Introduccion al osciloscopio

29 de abril de 2009

Objetivos

Aprender el funcionamiento y el manejo basico de un osciloscopio.

Material

Figura 1: Montaje de la practica de introduccion al osciloscopio.

1 osciloscopio.

1 generador de ondas.

1 transformador.

1 pila.

Cables coaxiales.

Fundamentos

El osciloscopio es un aparato que permite medir diferencias de potenciales (voltajes) practi-camente de cualquier tipo. Basicamente, consiste en un tubo de rayos catodicos en el cual las

1

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?

-

+

V0

Y0

desviaciones horizontales y verticales producidas en un haz de electrones son proporcionales, res-pectivamente, a las tensiones Vx y Vy aplicadas a dos pares de placas horizontales y verticales.

Ası, si el ”spot”(la interseccion del haz de electrones con la pantalla) se encuentra inicialmenteen la posicion (0,0), al aplicar dos senales continuas, Vx y Vy, aparecera en la posicion (x0, y0).

Si, sin aplicar ninguna senal a las placas horizontales, aplicamos a la placa vertical una senalsinusoidal del tipo Vy = V0 cos ωt, el ”spot”describira sobre el eje Y un movimiento armonicosimple de amplitud V0 y de frecuencia ω. Si la frecuencia ω es muy grande, el ojo humano no escapaz de seguir el movimiento del ”spot”sobre la pantalla, por lo que este aparecera como unalınea vertical continua. Por ello, para poder ver con claridad la forma de la senal, el osciloscopioaplica automaticamente un voltaje interno a las placas horizontales. Este es el llamado dientede sierra.

Si en las placas horizontales y verticales introducimos dos senales del tipo Vx = V1 cos ωt, Vy =V2 cos ωt, el ”spot”describira el movimiento resultante de la composicion de dos movimientosarmonicos perpendiculares entre sı, produciendose las conocidas figuras de Lissajous.

Manejo del osciloscopio HAMEG HM203-7 1

Puesta en marcha y ajustes previos

Antes de conectar el osciloscopio a la red

• Comprobar que ninguna de las teclas esta pulsada.

• Girar los tres mandos con flecha TIME/DIV, VOLTS/DIV hacia la derecha hastaque encajen en sus posiciones CAL con un clic.

• Girar los mandos con rayas grabadas hacia la derecha, hasta que hagan clic.

• Colocar los conmutadores TV.SEP y TRIG en su posicion superior.

Poner el aparato en funcionamiento pulsando la tecla roja POWER. La luz piloto debe en-cenderse, indicando que el aparato funciona. Al cabo de un breve espacio de calentamientodebera aparecer el haz sobre la pantalla en forma de lınea horizontal continua.

Ajustar los potenciometros Y-POS.I y X-POS para centrar la imagen.

Con los potenciometros INTENS y FOCUS, ajustar la luminosidad y el enfoque optimodel haz. Para proteger el tubo de rayos catodicos (TCR), se aconseja trabajar solo con laluminosidad justamente necesaria para la medida en cuestion. Hay que tener muchaprecaucion cuando el trazo tiene forma de punto y permanece fijo, ya que estepuede perjudicar la capa fosforescente del TCR.

1La mayorıa de los osciloscopios del laboratorio de Tecnicas Experimentales I son de este modelo, sin embargo

estas notas son generales para la mayorıa de los osciloscopios que se encuentran en el mercado. Si el osciloscopio

que tiene delante el alumno no corresponde a este modelo, se deberan leer con mayor atencion estas notas para

identificar las distintas funciones correctamente.

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Ası el osciloscopio quedara dispuesto para el trabajo.

Conexion de la tension de senal

No conectar nunca la red a la entrada del osciloscopio. Inicialmente, la tecla AC/DC(DC = corriente continua; AC = corriente alterna) del canal donde se conecta la senal a medirdebe estar en posicion AC. En la posicion DC solo se puede trabajar con bajas frecuencias ocuando sea preciso medir la componente continua de una senal.

La senal a medir se conecta a la entrada Y (INPUT) del osciloscopio a traves de un cablede medida blindado.

Si el haz desaparece repentinamente despues de haber conectado la tension de senal, es posibleque la amplitud de la senal sea demasiado grande. En tal caso hay que girar el conmutadorVOLTS/DIV a la izquierda hasta que la amplitud de la tension vertical solo sea de 3 a 8div. No conectar nunca tensiones superiores a 100 V pico a pico. Si el haz se oscurecemucho al conectar la senal, probablemente el perıodo de la senal sea notablemente mas largoque el valor ajustado en el conmutador TIME/DIV. Este debera girarse a la izquierda paraseleccionar un coeficiente de tiempo mayor.

Tension de la senal

Generalmente los datos de corriente alterna se refieren a los valores eficaces Vef . Sin embargo,con un osciloscopio lo que se mide es el valor Vpp (voltaje pico a pico), que corresponde a ladiferencia de potencial entre el punto mas positivo y el mas negativo de la senal. La relacionentre ambos valores es

Vpp = 2√

2Vef = 2,83Vef . (1)

El valor Vpp de la tension a medir se determina multiplicando la altura de laimagen (en divisiones) por el valor del factor de escala seleccionado en el conmutadorVOLTS/DIV.

Antes de efectuar una medicion, con la tecla de entrada en la posicion GD y mediante elpotenciometro Y-POS, se puede ajustar una lınea horizontal de la retıcula de la pantalla comoreferencia para el potencial de tierra.

Perıodo de la senal

Normalmente todas las senales a medir son procesos que se repiten periodicamente (perıodos).El numero de perıodos por segundo es la frecuencia de la senal. La duracion de un perıodose calcula multiplicando la seccion de tiempo correspondiente (distancia horizontalen divisiones) por el coeficiente de tiempo que se haya ajustado en el conmutadorTIME/DIV.

Si la seccion de tiempo a medir es relativamente pequena en relacion con el perıodo completode la senal, se puede trabajar con la escala de tiempos expandida (tecla X-MAG x 10). Entonceshay que dividir por 10 los valores de tiempo calculados.

Modos de funcionamiento de los amplificadores verticales

Si las teclas CH I/II, DUAL y ADD estan sin pulsar, solo trabaja el canal I.Si se quiere utilizar el canal II, hay que pulsar la tecla CH I/II (esta tecla tambien se

denomina TRIG I/II).Si se pulsa la tecla DUAL, trabajan ambos canales. En esta posicion las imagenes de ambos

canales se presentan alternativamente una detras de la otra, pero con coeficientes de tiempossuficientemente rapidos su visualizacion es aparentemente simultanea. Si ademas se pulsa la teclaADD (CHOP), las imagenes de los dos canales se conmutan con una frecuencia elevada.

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Funcion XY

Para activar esta funcion, se acciona la tecla X-Y. La senal X debe conectarse a la entradadel canal I (CH I) y la senal Y al canal II, o viceversa (depende del modelo de osciloscopio).En este caso, el conmutador VOLTS/DIV del canal del eje X se utiliza para el ajuste de laamplitud en la direccion X. Para el ajuste de la posicion horizontal, sin embargo, se utiliza elmando X-POS.

Medidas de diferencia de fase en modo DUAL

La diferencia de fase entre dos senales con la misma frecuencia y forma se puede medirfacilmente en la pantalla en modo DUAL (tecla DUAL pulsada). El barrido se dispara con lasenal que sirve de referencia (posicion de fase = 0). La otra senal puede tener un angulo de faseavanzado o retrasado.

Si t es la distancia horizontal entre los cruces de las dos senales con el eje y = 0, y Tla longitud horizontal del perıodo, en divisiones. Entonces, la diferencia de fase es, en grados,ϕ = 360◦(t/T ), y en radianes

ϕ = 2πt

T. (2)

Experimentos

Efecto antena

Conectar a la entrada del canal I (CH. I) un cable coaxial, en que el polo de la senal vapor el cable interior y el de tierra por la envoltura exterior. Medir la tension pico a pico y lafrecuencia de la senal que se observa en la pantalla. ¿Que sucede cuando se toca un extremo delhilo blindado con la mano? ¿Y si se toca el otro? ¿Por que?

Calibrado de la escala vertical (voltios/div)

Poner el conmutador AC/DC en posicion DC (corriente continua). Medir el voltaje de unapila y compararlo con su valor nominal y con el medido mediante un polımetro (pedir ayuda alprofesor para esto ultimo).

Calibrado de la escala horizontal (seg/div)

Poner el conmutador AC/DC en posicion AC (corriente alterna). Conectar un transforma-dor a la red y observar la senal del secundario. Medir la tension Vpp y la frecuencia de la senal.Comparar Vpp y la frecuencia medidos en el osciloscopio con los valores nominales.

Fucion XY

Pulsar la tecla X-Y. Metiendo una senal primero en el canal I y despues en el II, com-probar que eje corresponde a cada canal. Introducir en el canal del eje X una onda sinusoidalproporcionada por un generador de senales, y en el canal del eje Y la salida del secundario deltransformador. Dibujar esquematicamente las figuras de Lissajous que se observan cuando lafrecuencia del generador es

Igual a la frecuencia de la red.

El doble que la frecuencia de la red.

El triple que la frecuencia de la red.

El cuadruple que la frecuencia de la red.

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La mitad que la frecuencia de la red.

La tercera parte que la frecuencia de la red.

Medidas

Tocando Vpp ± ∆Vpp (V) T ± ∆T (s) f ± ∆f (Hz)

Nada (cables al aire)Cable interior (senal)Cable exterior (tierra)

Cuadro 1: Medida del voltaje pico a pico y del periodo del efecto antena.

Valor V ± ∆V (V)

NominalMedido con polımetro

Medido con osciloscopio

Cuadro 2: Medida del voltaje de una pila.

Magnitud Valor medido Valor nominal

Vpp ± ∆Vpp (V) —Vef ± ∆Vef (V)

T ± ∆T (s) —f ± ∆f (Hz)

Cuadro 3: Medida de la senal de un transformador.

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fy = fx fy = 2fx

fy = 3fx fy = 4fx

fy = fx/2 fy = fx/3

Figura 2: Figuras de Lissajous observadas para diferentes relaciones entre las frecuencias de lassenales de los ejes x e y.

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