Tp3 - Osciloscopio - Ide - Fiuner

Universidad Nacional de Entre Ríos - Facultad de Ingeniería – Bioingeniería Rivera, Gonzalo Facultad de Ingeniería – Bioingeniería - Instrumental y Dispositivos Electrónicos

INSTRUMENTAL Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

TP3 - GUÍA PARA TRABAJO PRÁCTICO DE

LABORATORIO

OSCILOSCOPIO Y GENERADOR DE FUNCIONES

I NTEGRANTES

Rivera, Gonzalo

O BJETIVOS Recordar los controles de un osciloscopioReconocer las características de señales medidas con osciloscopioReconocer y utilizar los controles de un generador de señalesRealizar mediciones con el osciloscopio en circuitos prácticos

C ONCEPTOS NECESARIOS PARA ESTE T RABAJO P RÁCTICO

Para realizar este trabajo práctico debe estudiar previamente los siguientes temas:Osciloscopio: sensibilidad o ganancia, cómo se la modifica; barrido, cómo se cambia la velocidad de barrido; sincronismo (trigger), controles relacionados; métodos de medición de voltaje, período y frecuencia.Generador de funciones: qué es; qué funciones genera; controles básicos disponibles

M ATERIALES Juegos de puntas banana-cocodrilo; multímetro digital, osciloscopio, alicate, cables de conexión.

I NTRODUCCIÓN

Protección de la vida de las personas y del instrumental - Precauciones de manejo

Tenga en cuenta que durante el manejo de un instrumento USTED ES RESPONSABLE del mismo, por lo que trate de observar estas indicaciones para poder trabajar con seguridad para su vida y sin riesgo para el instrumental.Como con cualquier instrumento, tenga siempre la precaución de leer las instrucciones de uso que acompañan al mismo. En el caso de un osciloscopio, debe controlar los voltajes de entrada al mismo, que en este caso no deben superar los 300 V (DC + AC pico) o 500 Vpp a 1 kHz o menos (voltajes máximos de entrada a CH1 y CH2). Refiérase al anexo de esta Guía.Nunca intente desarmar el instrumento ni intervenir en las llaves selectoras de entrada de voltaje de línea, ya que esto viene ajustado de fábrica con el fusible correspondiente a cada voltaje. Debido a su alta impedancia de entrada, este instrumento posee puntas de medición acondicionadas para que el valor de la misma sea compatible con su resistencia interna (generalmente en el orden de 1 M en paralelo con 30 pF), por lo que debe cuidarse de usarlo únicamente con las puntas que viene provisto, verificando que las misma se encuentren en buen estado (chequear, p. ej. que no esté cortada la conexión de referencia).Si es necesario y posible, calibre el instrumento de modo de poder observar con claridad la onda bajo estudio, teniendo en cuenta que el mismo tiene un error de +/- 3 % y un error adicional, al magnificar imagen, de +/- 2 %.

M ATERIALES Osciloscopio, generador de funciones, conectores banana-cocodrilo.

TP3 - Osciloscopio y generador de señales (2015) - Ing. J.M. Triano Hoja 1 de 6Martes 21 de abril de 2015


Realización

A) Reconocimiento y verificación de los conectores y controles básicos de un osciloscopio Se reconocieron los siguientes:- Llave de encendido: Enciende y apaga el equipo.

- Control de intensidad del haz: Potenciómetro que ajusta el brillo del haz. Éste aumenta rotando el control en el sentido de las agujas del reloj.

- Control de foco del haz: Aumenta o disminuye el grosor del haz, para darle foco.

- Control de rotación del haz: Corrige la inclinación del haz provocada por un campo externo, utilizado para alinear el trazo con la gradilla horizontal.

- Conector de calibración o ajuste: Otorga una señal de salida de 1kHz con 0,5VPP para calibrar el osciloscopio.

- Conectores de entrada de señal: Son los bornes donde se conectan las puntas del osciloscopio para conexión con el sistema de deflexión vertical. Hay uno para el canal 1 (CH1) y otro para el canal 2 (CH2). La señal que entra por el terminal del CH1 se convierte en señal del eje x en el modo X-Y, y la señal que entra por el terminal del CH2 en la del eje Y.

B) Amplificación Vertical: Se conectó el canal 1 al conector de calibración en el frente del osciloscopio.

- Selector de sensibilidad de canales: El rango de valores del selector va desde un mínimo de 5[mV/Div] a un máximo de 5[V/Div]; la señal de calibración en la escala de 0,1[V/Div] ocupa 5 divisiones, en 0,5[V/Div] ocupa una sola división y en 1[V/Div] ocupa medio cuadrado. Este control actúa sobre el bloque del sistema de deflexión vertical.

- Control de sensibilidad sin calibración: Cambia la escala del eje de tensiones pero sin mantener una proporción determinada, por eso no se puede utilizar para una medición.

- Selectores de acoplamiento de entrada: Si se coloca en GND, se ve un trazo recto sobre el eje x porque conecta la entrada directamente a tierra (masa). Si se cambia la llave en posición DC se observa la señal tal cual entra al equipo debido a que la entrada se conecta directamente al amplificador vertical. Por último, si se la coloca en la posición AC, se muestra la señal sin su componente de continua, que es eliminada (filtrada), debido a que la entrada es conectada al sistema de deflexión vertical a través de un capacitor.

- Controles de posición vertical del haz: Actúa sobre el bloque vertical, porque modifica la posición sobre el eje Y del haz.

- Selector de modos: En CH1 muestra la señal que entra por el canal 1 (nuestra señal de calibración), por lo tanto, en CH2 muestra lo que entra por el canal 2, que como en nuestro caso, no tenemos conectada ninguna entrada en este canal, lo que se ve es un trazo horizontal en cualquiera de los modos de acoplamiento de la entrada, correspondiente a que ninguna señal está aplicada al vertical por este canal. En el modo ALT se aplican las señales del canal 1 y 2, que aparece en pantalla alternativamente. En el modo CHOPP las señales del canal 1 y 2 son switcheadas a 250kHz, sin depender de la base de tiempo, apareciendo en la pantalla al mismo tiempo. En cada uno de estos 2 últimos modos, podemos observar la señal de calibración que entra por el canal 1 y un trazo horizontal sobre el eje x, debido a la ausencia de una señal, en el canal 2.

- Llave de atenuación de la punta de prueba: La señal de entrada se puede atenuar con esta llave, disminuyendo la amplitud 10 veces. Lo que vemos es que la señal de amplitud 0,5 V pp que entra, disminuye su amplitud a 0,05 Vpp, que se midió, viendo que ocupa una división con el selector de sensibilidad en 50[mV/div].



C) Reconocimiento y verificación de los controles de un generador de funciones Se conectó el canal 1 del osciloscopio a la salida del generador (se utilizó, para esta parte, un generador Protek sweep function generator 9205A) donde se seleccionó una señal senoidal.

- Llave de encendido: Enciende y apaga el generador.

- Display: Tiene 4 dígitos, que muestra la frecuencia generada, dos leds que indican cuando está en Hz o kHz y un led (led gate) que indica cuando se actualiza el display.

- Conector de salida: Es el borne donde se entrega la señal de salida elegida.

- Control de amplitud de salida: Se puede obtener, variando este control, una señal desde 1 VPP hasta 24 VPP, cuando está presionado (pull off), y si se pone en modo atenuado (tirando de él, pull on) se obtienen desde 0,1 V PP

hasta 2,5 VPP.

- Selectores de tipo de función: Permite el cambio entre una señal de salida triangular, cuadrada o sinusoidal.

- Selectores de rangos de frecuencia: Permite elegir el rango de frecuencia de salida, varía de 1 Hz a 1MHz. Tanto la coma en el display, como los leds de Hz-kHz se adaptan según el rango.

- Control de frecuencia fina: Permite un ajuste fino de la frecuencia de salida.

- Control de ciclo de trabajo: Se generó una señal cuadrada y se la observó con el osciloscopio. El control en este generador se lo identifica como “sweep”. Se varió este control y se midió en el osciloscopio el tiempo en alto (T H) de la señal y el período de esta (T), para el mínimo valor de variación y el máximo. Se calculó que:

En el mínimo valor de rango del control: T H=0,8 [¿ ]∗0,2 [ μseg¿ ]=0,16 μseg, y

T=3,6 [ ¿ ]∗0,2[ μseg¿ ]=0,72 μseg . Entonces el ciclo de trabajo mínimo (CTmín) que se puede elegir para la

señal es de

CTmín=T H

T∗100≅ 22 %.

En el máximo valor de rango del control: T H=2,8 [¿ ]∗0,2[ μseg¿ ]=0,56 μseg, y

T=3,6 [ ¿ ]∗0,2[ μseg¿ ]=0,72 μseg . Entonces el ciclo de trabajo máximo (CTmáx) que se puede elegir para la

señal es de

CTmáx=T H

T∗100≅ 78 %.

- Control de Offset: Con la señal cuadrada generada en el punto anterior modificamos el nivel de offset de la señal, es decir su nivel de continua. Para hacerlo debemos tirar del control para variarlo, si está presionado el nivel de continua es cero. Al variarlo podemos medir en el osciloscopio, que el rango del nivel de continua es entre -11 V a +11 V, en ambos casos, teníamos en 5[V/div] que el offset ocupaba 2,2 div.

- Conector de salida TTL / CMOS: Como este generador no disponía de este conector de salida, para este punto se cambió por el generador BK Precision 3011B. De este conector se obtiene una señal cuadrada de 5V PP de amplitud.Con el control de amplitud presionado y variando no se modifica, ya que está preparada para ser tratada por integrados con tecnología transistor-transistor logic que requieren 5 VPP, sin valores negativos, ya que 5V representa un 1 lógico, y 0V representa un 0 lógico. Si se tira del control mencionado anteriormente, se puede ajustar la tensión de salida si se requiere, para una salida CMOS, y varía de 5-15 VPP.

D) Amplificación horizontal Se conectó para este punto el canal 1 del osciloscopio al generador.



- Control de nivel de disparo : Si se mueve, se controla en qué parte de la señal se debe comenzar a sincronizar con la base de tiempo, si está muy baja o muy alta la señal se muestra desincronizada y se ve como múltiples señales juntas (Fig.1-a). En la fig.1-b se ve la señal sincronizada. Se utilizó una señal senoidal de 250Hz (Fig.1-c).

Fig.1-a: Señal desincronizada Fig.1-b: Señal sincronizada

Fig. 1-c: Configuración del selector de velocidad de barrido en 1ms/div. Vemos que el período de la señal ocupa unas 4 divisiones, es decir, es de 4ms (frecuencia de 250 Hz).

- Control de pendiente de disparo: Si se tira de la perilla se está configurando al osciloscopio para que detecte una tensión negativa para sincronizar, entonces la señal (se utilizó la señal generada para el punto anterior, pero se cambio la velocidad de barrido para una mejor observación) se barre desde la parte decreciente de la función

primero (Fig.2-a). En la fig.2-b, se ve la señal sin tirar de la perilla, y vemos que comienza en el borde izquierdo de la pantalla con la parte creciente de la señal.



Fig. 2-a: sin tirar la perilla Fig. 2-b: al tirar la perilla

- Selector de modos de disparo interno: Si está seleccionado NORM se observa que, si no encuentra una señal de sincronismo coherente, directamente no muestra la señal, a diferencia de AUTO que muestra las señales superpuestas cuando está desincronizada.

- Conector de entrada de disparo externo: Si se configura correctamente el osciloscopio toma esta entrada como señal para sincronizar el barrido.

- Pulsador de magnificación horizontal: Muestra, cuando está activado, solo para el CH1 debajo de la señal original la misma señal pero amplificada 10 veces. Se utilizó una señal triangular de 250Hz con un ciclo de trabajo del 22% (Fig. 3-a)

Fig.3-a

E) Visualización de señales simultáneas en el osciloscopio Se inyectó una señal senoidal de 10kHz y se observó en ambos canales del osciloscopio en distintos modos, y variando la frecuencia entre 100kHz y 1Hz. Se observó y se sacaron las siguientes conclusiones.a) El modo ALT primero barre una señal entera y luego barre otra, entonces a frecuencias lentas se ve una parte de una entrada y otra parte de la otra entrada cortadas, resultando este modo mucho más conveniente para frecuencias medias y altas.b) El modo CHOPP a frecuencias bajas corrige el error del modo ALT al cambiar el canal que muestra permanentemente, pero a frecuencias altas cambiar de canal de esta forma puede ocasionar pérdida de información o una observación que “titile”, resultando así el modo CHOPP mucho más conveniente para frecuencias bajas.

F) Uso del Frecuencímetro a) Se inyectó una señal cuadrada de 100Hz aprox., se observó en un canal del osciloscopio, se midió

el período, se calculó la frecuencia y se comparó con la indicada por el frecuencímetro del



generador. El valor leído a partir del osciloscopio es: f = 1

T= 1

5,6 [¿ ]∗2 [ ms¿ ]

= 111,2ms

=89,3 [ Hz ]

, que es menor al indicado por el frecuencímetro que es de 99Hz.

b) Se calculó para otros 2 valores de frecuencia:Se aumentó la frecuencia de la señal a aproximadamente 1kHz.

El valor leído a partir del osciloscopio es: f = 1

T= 1

5,2 [¿ ]∗0,2 [ ms¿ ]

= 11,04 ms

=961,54 [ Hz ], que

es menor al indicado por el frecuencímetro que es de 990 Hz.Luego, se aumentó a 10kHz. El valor leído a partir del osciloscopio es:

f = 1

T= 1

5,2 [¿ ]∗20 [ μs¿ ]

= 10,104 ms

=9,615 [ kHz ], que es menor al indicado por el

frecuencímetro que es de 10,01 kHz. Se puede concluir que en el osciloscopio al ver la señal que verdaderamente se está generando y al tener distintos selectores de velocidad de barrido, se puede obtener una estimación más certera de la frecuencia de la señal de salida del generador, y no atender demasiado al frecuencímetro del generador que a medida que aumenta la frecuencia aumenta la diferencia de medición comparado con la realizada a partir del osciloscopio.


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