FUNDAEO TERICO
Los osciloscopios digitales al igual que los osciloscopios
anlogos, son instrumentos que permiten visualizar y medir una seal
elctrica, con la diferencia que utilizan la digitalizacin de la
entrada. La digitalizacin consiste en asignar un cdigo binario a
muestras que se toman de la seal de entrada anloga. Estos cdigos se
ordenan y almacenan secuencialmente de mo la digitalizacin se
necesita un circuito que obtenga las muestras y unconversor
anlogo-digital (ADC); para su almacenamiento es necesario una
memoria tipos de clculos realizados por el mismo osciloscopio o
asistido por computador (Fig.1).El control de disparo, la deflexin
horizontal, la sincronizacin, etc., se realiza con bloques
especializdos
Fig.2 (Proceso de digitalizacin)
El bloque acoplador se seal entrega una seal anloga adecuada
para el circuito de muestreo. Adems para la sincronizacin se
comunica con el circuito de disparo. El circuito de muestreo y
mantenimiento toa una muestra del voltaje de entrada cuando el
comparador le enva un pulso. La muestra la almacena en un
condensador con bajas perdidas. Este voltaje debe ser constante
durante el tiempo que necesite el ADC de tal manera que la
conversin sea correcta. Para realizar esto se cuenta con buffers
que son dispositivos activos que presentan muy alta impedancia de
entrada, ganancia unitaria y muy baja impedancia de salida. De esta
manera no cargan al circuito acoplador de seal y reducen el tiempo
de transferencia del voltaje al condensador.
1. GENERADOR DE ONDAS
Un Generador de Funciones es un aparato electrnico que produce
ondas senoidales, cuadradas y triangulares, adems de crear seales
TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibracin de sistemas de
audio, ultrasnicos y servo.Este generador de funciones,
especficamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a
2 MHz. Tambin cuenta con una funcin de barrido la cual puede ser
controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC.
El ciclo de mquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la
amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el
usuario.Funcionamiento y usos generalesUn generador de funciones es
un instrumento verstil que genera diferentes formas de onda cuyas
frecuencias son ajustables en un amplio rango. Las salidas ms
frecuentes son ondas senoidales, triangulares, cuadradas y diente
de sierra. Las frecuencias de estas ondas pueden ser ajustadas
desde una fraccin de hertz hasta varios cientos de kilo hertz.Las
diferentes salidas dl generador se pueden obtener al mismo tiempo.
Por ejemplo, proporcionando una sola cuadrada para medir la
linealidad de un sistema de audio, la salida en diente de sierra
simultnea se puede usar para alimentar el amplificador de deflexin
horizontal de un osciloscopio, con lo que se obtiene la a exhibicin
visual de los resultados de las mediciones. La capacidad de un
generador de funciones de fijar la fase de una fuente externa de
seas es otra de las caractersticas importantes y tiles.Un generador
de funciones puede fijar la fase de un generador de funciones con
una armnica de una onda senoidal del otro generador. Mediante el
ajuste de fase y amplitud de las armnicas permite general casi
cualquier onda obteniendo la suma de la frecuencia fundamental
generada por un generador de funciones de los instrumentos y la
armnica generada por el otro. El generador de funciones tambin se
puede fijar en fase a una frecuencia estndar, con lo que todas las
ondas de salida generadas tendrn la exactitud y estabilidad en
frecuencia de la fuente estndar.El generador de funciones tambin
puede proporcionar ondas a muy bajas frecuencias. Ya que la
frecuencia baja de un oscilador RC es limitada, la figura ilustrada
otra tcnica. Este generador entrega ondas senoidales triangulares y
cuadradas con un rango de frecuencias de 0.01 Hz hasta 100 kHz. La
red de control de frecuencia est dirigida por el selector fino de
frecuencia en el panel frontal del instrumento o por un voltaje de
control aplicado externamente. El voltaje de control de frecuencia
regula dos fuentes de corriente.La fuente de corriente superior
aplica una corriente constante al integrador, cuyo voltaje de
salida se incrementa en forma lineal con el tiempo. La conocida
relacin da el voltaje de salida.Un incremento o decremento de la
rriente aplicada por la fuente de corriente superior aumenta o
disminuye la pendiente del voltaje de salida. El multivibrador
comparador de voltaje cambia de estado a un nivel predeterminado
sobre la pendiente positiva del voltaje de salida del integrador.
Este cambio de estado desactiva la fuente de corriente superior y
activa la fuente inferior.Dicha fuente aplica una corriente
distinta inversa al integrador, de modo que la salida disminuya
linealmente con el tiempo. Cuando el voltaje de salida alcanza un
nivel predeterminado en la pendiente negativa de la onda de la
salida, el comparador de voltaje cambia de nuevo, desactiva la
fuente de corriente inferior y activa al mismo tiempo la fuente
superior.El voltaje a la salida del integrador tiene una forma de
onda triangular cuya frecuencia est determinada por la magnitud de
la corriente aplicada por las fuentes de corriente constante. El
comparador entrega un voltaje de salida de onda cuadrada de la
misma frecuencia. La tercera onda de salida se deriva de la onda
triangular, la cual es sintetizada en oda senoidal por una red de
diodos y resistencias. En ese circuito la pendiente de la onda
triangular se altera a medida que su amplitud cambia resultado una
onda senoidal con menos del 1% de distorsin.Los circuitos de salida
del generador de funciones consisten de dos amplificadores que
proporcionen dos salidas simultneas seleccionadas individualmente
de cualquiera de las formas de onda.Controles, Conectores e
Indicadres (Parte Frontal)
Fig.2 (Partes del generador de ondas)
1. Botn de Encendido (Power button). Presione este botn para
encender el generador de funciones. Si se presiona este botn de
nuevo, el generador se apaga.2. Luz de Encendido (Power on light).
Si la luz est encendida significa que el generador esta
encendido.3. Botones de Funcin (Function buttons). Los botones de
onda senoidal, cuadrada o triangular determinan el tipo de seal
provisto por el conector en la salida principal.4. Botones de Rango
(Range buttons) (Hz). Esta variable de control determina la
frecuencia de la seal Control). Esta variable de control determina
la frecuencia de la seal del conector en la salida principal
tomando en cuenta tambin el rango establecido en los botones de
rango.6. Control de Amplitud (Amplitude Control). Esta variable de
control, dependiendo de la posicin del botn de voltaje de salida
(VOLTS OUT), determina el nivel de la seal del conector en la
salida principal.7. Botn de rango de Voltaje de salida (Volts Out
range button). Presiona este botn para controlar el rango de
amplitud de 0 a 2 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 1 Vp-p con una
carga de 50W . Vuelve a presionar el botn para controlar el rango
de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 10 Vp-p con
una carga de 50W .8. Botn de inversin (Si se presia este botn, la
seal del conector en la salida principal se invierte. Cuando el
control de ciclo de mquina esta en uso, el botn de inversin
determina que mitad de la forma de onda a la salida va a ser
afectada. La siguiente tabla, muestra esta relacin.
Fig.3 (Tipos de ondas)9. Control de ciclo de mquina (Duty
control). Jala este control para activar esta opcin.10. Offset en
DC (DC Offset). Jala este control para activar esta opcin. Este
control establece el nivel de DC y su polaridad de la seal del
conector en la salida principal. Cuando el control est presionado,
la seal se centra a 0 volts en DC.11. Botn de Barrido (SWEEP
button). Presiona el botn para hacer un barrido interno. Este botn
activa los controles de rango de barrido y de ancho del barrido. Si
se vuelve a, cuadrada o triangular.15. Conector de la salida TTL
(SYNC (TTL) output connector). Se utiliza un conector BNC para
obtener seales de tipo TTL.
Eldiodosemiconductores el dispsitivo semiconductor ms sencillo y
se puede encontrar, prcticamente en cualquiercircuito electrnico.
Losdiodosse fabrican en versiones de silicio (la ms utilizada) y
degermanio.Viendo el smbolo deldiodoen el grfico se observan: A -
nodo, K - ctodo.(Fig.4)
Fig.4 Representacin del diodo
Losdiodosconstan de dos partes, una llamada N yla otrallamada P,
separados por unajunturallamada barrera o unin. Esta barrera o unin
es de 0.3 voltios en eldiododegermanioy de 0.6 voltios
aproximadamente en eldiodode silicio.Principio de operacin de un
diodoElsemiconductor tipo Ntiene electrones libres (excesode
electrones) y elsemiconductor tipo Ptienehuecoslibres (ausencia o
falta de electrones)Cuando unatensinpositiva se aplica alladoP y
una negativa alladoN, los electrones en elladoN son empujados
alladoP y los electrones fluyen a travs del material P mas all de
los lmites delsemiconductor. De igual manera loshuecosen el
material P son empujados con una tensin negativa alladodel material
N y loshuecosfluyen a travs del material N.En el caso opuesto,
cuando una tensin positiva se aplica alladoN y una negativa
alladoP, los electrones en elladoN son empujados alladoN y
loshuecosdelladoP son empujados alladoP. En este caso los
electrones en elsemiconductorno se mueven y en consecuencia no
haycorrienteEldiodose puede hacer trabajar de
2manerasdiferentes:Polarizacin directa
Fig.5 Polarizacin directaEs cuando la corriente que circula por
eldiodosigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del nodo al
ctodo.En este caso la corriente atraviesa eldiodocon mucha
facilidad comportndose prcticamente como uncortocircuito. Fig.5
Polarizacin directaPolarizacin inversa
Fig.5 Polarizacin inversaEs cuando la corriente en eldiododesea
circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha deldiodo), o sea
del ctodo al nodo. En este caso la corriente no atraviesa eldiodo,
y se comporta prcticamente como uncircuitoabierto.
2. CONDENSADORES
Fig.6 (Condensador bsico)Fig.7 (Smbolos del condensador)Es un
componente electrnico que almacena cargas elctricas para
utilizarlas en un circuito en el momento adecuado.Est compuesto,
bsicamente, por un par de armaduras separadas por un material
aislante denominado dielctrico. La capacidad de un condensador
consiste en almacenar mayor o menor nmero de cargas cuando est
sometido a tensin.
CARACTERSTICAS TCNICAS GENERALES Capacidad nominal.- Es el valor
terico esperado al acabar el proceso de fabricacin. Se marca en el
cuerpo del componente mediante un cdigo de colores o directamente
con su valor numrico. Tolerancia.- Diferencia entre las
desviaciones, de capacidad, superior o inferior segn el fabricante.
Tensin nominal.- Es la tensin que el condensador puede soportar de
una manera continua sin sufrir deterioroCLASIFICACIN Condensadores
fijosSon componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en
funcin del material dielctrico y su forma. Pueden ser: de papel, de
plstico, cermico, electroltico, de mica, de tntalo, de vidrio, de
polister, Estos son los ms utilizados. A continuacin se describir,
sin profundizar, las diferencias entre unos y otros, as como sus
aplicaciones ms usuales. De papel
Fig.8 (Condensador de papel)El dielctrico es de celulosa
impregnada con resinas o parafinas. Destaca su reducido volumen y
gran estabilidad frente a cambios de temperatura. Tienen la
propiedad de autor regeneracin en caso de perforacin. Las armaduras
son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1uF
y 480uF con tensiones entre 450v y 2,8Kv.Se emplean en electrnica
de potencia y energa para acoplamiento, proteccin de impulsos y
aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a
50Hz.
De plstico
Fig.9 (Condensador de plstico bobinado))Sus caractersticas ms
importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite
conservar la carga gran ), volumen reducido y excelente
comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura,
adems, tienen la propiedad de autor regeneracin en caso de
perforacin en menos de 10s. Los materiales ms utilizados son: poli
estireno (styroflex), polister (mylar), poli carbonato (Macrofol) y
politetrafluoretileno (tefln). Se fabrican en forma de bobinas o
multicapas.Tambin se conocen como MK. Se fabrican de 1nF a 100mF y
tensiones de 25-63-160-220-630v, 0.25-4Kv. Se reconocen por su
aspecto rojo, amarillo y azul.
Cermico
Fig.10 (Condensador cermico de placa))Los materiales cermicos
son buenos aislantes trmicos y elctricos. El proceso de fabricacin
consiste bsicamente en la metalizacin de las dos caras del material
cermico.Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo
II) con tensiones comprendidas entre 3 y 10000v.Su identificacin se
realiza mediante cdigo alfanumrico. Se utilizan en circuitos que
necesitan alta estabilidad y bajas prdidas en altas
frecuencias.
Electroltico
Fig.11 (Condensador electroltico)))Permiten obtener capacidades
elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los
de aluminio, y los de tntalo. El fundamento es el mismo: se trata
de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante. Los
condensadores electrolticos deben conectarse respetando su
polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo
contrario se destruira. De mica
Fig.12 (Condensador de mica)))Son condensadores estables que
pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez dielctrica que
presenta es muy elevada. Sobre todo se emplean en circuitos de alta
frecuencia. Se utilizan en gamas de capacidades comprendidas entre
5pf y 100000pF. La gama de tensiones para las que se fabrican
suelen ser altas (hasta 7500v). Se estn sustituyendo por los de
vidrio, de parecidas propiedades y ms barato.3. FIGURA DE
LISSAJOUS
Las figuras de Lissajous son el resultado de la composicin de
dos movimientos armnicos simples (MAS) segn dos direcciones
perpendiculares. Si denominamos a estas direcciones X e Y podemos
describir sus trayectorias individuales como: = ( ) = ( tfYYtfXX +
) x y 2;2cos 0 0 donde X0 e Y0 son las amplitudes de los MAS, fX y
fY son las frecuencias los MAS y es el desfase entre ambas MAS.
Eliminando la variable tiempo en las expresiones anteriores se
obtiene una ecuacin de la trayectoria del tipo: ( ) ,, = cteYXf que
corresponde a las figuras de Lissajous. En la figura se muestran
las figuras de correspondientes a relaciones de frecuencias fX:fY
sencillas (en distintas filas), para algunos desfases (en distintas
columnas). En nuestra experiencia es la proyeccin del haz lser
sobre la pantalla la que realiza esta composicin de MAS en
direcciones perpendiculares, siendo fX y fY las frecuencias con las
que vibran los espejos acoplados a los osciladores y el desfase
entre ambos osciladores.
Fig.13 (Curva de Lissajous en un osciloscopio)
