Manejo del Osciloscopio

INDICE Capítulo 1. TIPOS DE FORMAS DE ONDA Generalidades................................................ Onda de corriente continua........................... Onda sinusoidal............................................. Onda cuadrada.............................................. Onda diente de sierra.................................... Onda trapezoidal........................................... Pulsos............................................................

INTRODUCCION 3 4 4 6 6 7 8

Capítulo 2. TUBO DE RAYOS CATODICOS (TRC) Función......................................................... 9 Cañón electrónico................................... 10 Sistema de desviación............................. 10 Pantalla fluorescente............................... 12 Capítulo 3. MANEJO DEL OSCILOSCOPIO Características................................................ 13 Ancho de banda de frecuencia óptica de alta velocidad.......................... 14 Gran capacidad de almacenamiento..................................... 14 Protección de la forma onda................... 14 Función múltiple..................................... 14 Salida..................................................... 14 TRC y lectura del cursor.......................... 14 Descripción del panel frontal y panel posterior............................................... 21 Función de cada bloque.......................... 21 Operaciones básicas ...................................... 28 Conexión para medir señales.................. 28 Ajuste básico para la operación inicial..................................... 29 Compensación de la punta de prueba............................................... 31 Especificaciones y ajustes........................ 32 Capítulo 4. METODOS DE MEDICION Mediciones de amplitud................................. 33 Mediciones de intervalo de tiempo................. 35 Medición de frecuencia.................................. 37 Medición del tiempo de elevación.................. 38 Medición de diferencia de tiempo entre dos señales............................................ 39 Medición de diferencia de fase entre dos señales.................................................... 40 Operación de la base de tiempo retardada (Delay Time)................................... 42 Capítulo 5. PRECAUCIONES EN LA OPERACION Medidas de seguridad.................................... 45

El osciloscopio es uno de los principales equipos de medición que se utilizan para realizar pruebas y reparaciones en cualquier sitio donde intervengan señales electrónicas. Es por ello que hemos dedicado el presente volumen de Teoría y Servicio Electrónico, a enseñar su manejo. Comenzamos con una descripción de los tipos de forma de onda, con son la corriente continua, sinusoidales, diente de sierra, trapezoidal y pulsos. Enseguida se hace una descripción del funcionamiento del tubo de rayos catódicos, así como de las características, especificaciones y controles de un osciloscopio, para entrar de lleno en materia: los métodos de medición. Mediante una serie de prácticas, se enseña al estudiante las siguientes mediciones: voltaje, formas de onda de corriente, intervalo de tiempo, frecuencia, tiempo de elevación, diferencia de tiempo y fase entre dos señales, desplazamiento de fase, etc. Igualmente, se enseña de una forma práctica el uso de la figuras de Lissajous. Y para concluir, se hace un recuento de las principales precauciones que deben seguirse en la operación de un osciloscopio, como son las que tienen que ver con el voltaje de línea, con campos magnéticos, con el tubo de rayos catódicos, etc.

Capítulo 1 TIPOS DE FORMAS DE ONDA

GENERALIDADES Normalmente, el uso que le damos al osciloscopio se enfoca sobre todo a los parámetros de tiempo (duración de los pulsos) en milisegundos, microsegundos, entre otros, y a las medidas absolutas de voltaje en milivolts, volts, etc. Sin embargo, las aplicaciones más amplias se refieren a la proyección de las características de modulación, a la combinación de video más la sincronización de una cámara o un televisor en una etapa de video, a las formas de onda en los circuitos de barrido de un televisor, o bien, a la localización de fallas, de falta de video, de linealidad, etc. Cada uno de los ejemplos anteriores, así como otros que requieren un análisis visual, se manifiestan como una forma de onda; ninguno de ellos es corriente contínua pura, estable, constante, ya que para

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el que lo fuera habría que utilizar entonces un voltímetro ordinario y no un osciloscopio. Además, pocas de estas formas de onda son comunes o clásicas (como las ondas sinusoidales, las cuadradas o los dientes de sierra). En una gran parte de las veces, las formas de onda que se proyectan en la pantalla del TRC están compuestas de dos o más formas clásicas y superpuestas sobre un nivel de corriente continua (CC). Este aspecto se aplica, por ejemplo, a las señales compuestas de video-sincronía, a los limitadores de frecuencia modulada, a los circuitos de control automático de frecuencia, a los separadores de sincronía, etc. Pero, ¿cómo saber si la forma de onda que se está proyectando en la pantalla del TRC es la misma que proporciona el fabricante de un determinado equipo? Es probable que esta comparación sirva de mu-

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cho cuando el aparato en cuestión funcione mal; el análisis y criterio que se sigan, producto de la preparación técnica y del completo conocimiento del circuito y de los instrumentos de prueba (en este caso, el osciloscopio) en turno, darán la pauta para una acción correctora. Es decir, si el técnico no entiende en forma adecuada lo que observa, no podrá reparar apropiadamente ningún equipo. Precisamente por esta razón, en el presente capítulo se ilustran y se analizan algunos ejemplos básicos de formas de onda y sus características. Tales muestras son fundamentales para el conocimiento de formas de onda más complicadas que usualmente se encuentran en los circuitos de equipos modernos.

ONDA DE CORRIENTE CONTINUA A pesar de que esta onda no se parece a ninguna otra, o mejor dicho, no parece ser

una de ellas, técnicamente puede clasificarse así. Es la más sencilla de todas las formas de onda, y su representación la podemos observar en la figura 1.1, en la que se especifica un voltaje estable de corriente continua (CC) de 100 volts. De acuerdo con lo mostrado en esta figura, tanto la amplitud como la polaridad permanecen independientes y constantes en el tiempo.

ONDA SINUSOIDAL Es una de las más comunes, y como ejemplo podemos citar a las fuentes de potencia de corriente alterna (CA), los generadores de señales de audio y de radiofrecuencia. En vista de la importancia extrema de esta forma fundamental de CA, es preciso dar una breve explicación de su nombre y de su origen: El nombre "seno" es el de la función trigonométrica que expresa la longitud de la proyección vertical del radio de un círculo en diferentes posiciones en el área de éste. La figura 1.2 nos aclara la descripción que acabamos de hacer. Supongamos que un círculo representa la carátula de un reloj con cuatro radios en diferentes posiciones: 3, 2, 1:30 y 12 horas, en ese orden; al porcentaje de longitud de la proyección vertical para la posición de cada uno de los radios se le denomina "seno del ángulo formado por el radio y la línea horizontal (0°)".

Figura 1.1

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Tipos de formas de onda

Figura 1.2

De tal forma, se considera que la longitud original de los radios es la unidad (1) ver tabla 1. Los valores del seno son los mismos para cada cuadrante del círculo, excepto por la polaridad [( + ) y ( - )], de tal manera que

Posición del radio

Longitud de la proyección

Valor del seno

3:00 (0°)

0

Sen 0°=0

2:00 (30°)

50%

Sen 30°=0.5

1:30 (45°)

70.7%

Sen 45° =0.707

12:00 (90°)

100 %

Sen 90° =1

Tabla 1

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los valores de 0° a 180° son positivos y los valores de 180° a 360° son negativos. Puesto que el coseno es el complemento del seno, la longitud de la proyección es diferente. Por lo tanto, el coseno tiene mayor longitud cuando el ángulo es menor y viceversa. Ahora bien, lo anterior se puede convertir en una forma de onda de corriente alterna o sea, una onda sinusoidal, como se observa en la figura 1.3. Para ello, en una línea horizontal se marcan intervalos en grados (iguales) de 0 a 360, mediante líneas verticales hacia arriba o hacia abajo (dependiendo de la polaridad del ángulo y de longitudes iguales de cada ángulo). Por consiguiente, si se unen los extremos de estas líneas verticales con una línea con5

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Figura 1.3

tinua, se obtendrá la onda sinusoidal o cosenoidal (línea punteada).

ONDA CUADRADA Una onda que aparenta estar constituída por líneas rectas y con vértices a 90°, es la llamada "onda cuadrada". En realidad esta

onda muestra algunas imperfecciones, como es el caso del redondeamiento de sus esquinas (figura 1.4). Ejemplo de las múltiples aplicaciones de la onda cuadrada, es la señal de la que se derivan los pulsos de sincronización horizontales y verticales (es decir, la forma de onda básica de la cual surgen las ondas de diente de sierra) y el “patrón” para calibrar los osciloscopios (mismo que es esencial en la obtención de la imagen en un tubo de rayos catódicos a través de sus circuitos de reflexión).

ONDA DIENTE DE SIERRA

Figura 1.4

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También de múltiples aplicaciones, esta onda debe su nombre precisamente a su apariencia (figura 1.5). La onda diente de sierra se utiliza frecuentemente en los osciloscopios, en los circuitos de barrido de televisión y en otros

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Tipos de formas de onda

Figura 1.5

instrumentos de medición, y está conformada por líneas rectas; la relación en tiempo entre las líneas delanteras y las líneas de retraso es diferente.

ONDA TRAPEZOIDAL Esta onda, que resulta ser la combinación de una onda diente de sierra con una onda

Figura 1.7a

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Figura 1.6

cuadrada, se utiliza ampliamente en televisión (sobre todo en los circuitos de barrido, en las entradas de los yugos de desviación, como se muestra en la figura 1.6). Los niveles de voltaje no se pueden expresar como en una onda sinusoidal, porque no hay una simetría ni en amplitud ni en tiempo. Además, en dicha figura puede observarse cómo los niveles de voltaje se

Figura 1.7b

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especifican en puntos determinados de una línea de referencia.

PULSOS Aunque puede considerarse que los pulsos son semejantes a una onda cuadrada, la diferencia radica en que ellos pueden presentarse en forma aislada o en grupos. Esto se aprecia en la figura 1.7, en donde se les compara con una onda sinusoidal. Cabe hacer notar que mientras en una onda sinusoidal existe una continuidad

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entre ciclo y ciclo, en el tren de pulsos no la hay (puesto que entre pulso y pulso existe un espacio que no forma parte de la señal). Además de las características propias de un pulso (tales como su duración -tiempoy amplitud -voltaje-), existe la Pendiente, misma que especifica qué tan cuadrado es el pulso. La Pendiente, que expresa el tiempo de subida o de bajada de los bordes de este último, se utiliza por ejemplo en los pulsos de sincronización horizontal y vertical de la señal de video.

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Capítulo 2 TUBO DE RAYOS CATODICOS (TRC)

FUNCION La función principal del osciloscopio de tubo de rayos catódicos, consiste en permitir la visualización del comportamiento de la corriente eléctrica; es decir, la con-

versión de los electrones en movimiento de señales luminosas, a través del TRC. La figura 2.1 muestra las tres unidades principales de que consta un TRC: el cañón electrónico, el sistema de desviación y la pantalla fluorescente.

Figura 2.1

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Cañón electrónico En el cañón electrónico se ubican los elementos que producen el haz de electrones que se mueve a gran velocidad en dirección de la pantalla. Estos elementos son: A) El calefactor, cuya función es calentar el cátodo a la temperatura de operación normal. B) El cátodo, que emite los electrones. C) La rejilla de control, que regula la intensidad del haz electrónico. D) El ánodo de enfoque, que concentra el haz de electrones en un punto fino en la pantalla. E) El ánodo acelerador, que imprime alta velocidad al haz electrónico.

Sistema de desviación Este sistema se encarga de trazar diferentes tipos de voltaje o de corriente, a partir del punto fino definido por el cañón electrónico en la pantalla.

El osciloscopio emplea el sistema de desviación del tipo electrostático, el cual también se utiliza en los radares y analizadores del espectro, entre otros equipos; otro tipo de desviación es el electromagnético, utilizado en los receptores de televisión. Desviación electrostática La desviación electróstatica se basa en el funcionamiento de un capacitor, ya que éste consiste en dos placas metálicas separadas por un dieléctrico. Luego entonces, cuando el capacitor se encuentra en estado neutro (o sea, sin carga), las placas tienen el mismo número de electrones; en el momento en que él se carga, una placa tiene más electrones que la otra (es decir, una es positiva y la otra negativa) y entonces entre ambas se genera una fuerza de atracción que tiende a unirlas y que además actúa sobre cualquier electrón que se encuentre entre ellas y el dieléctrico. Este efecto de un capacitor cargado en los electrones del dieléctrico, es el que precisamente se utiliza en la desviación electrostática.

Figura 2.2

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Tubo de rayos catódicos (TRC)

En la figura 2.2 se observan dos pares de placas, conocidas éstas como "placas horizontales" y "placas verticales". Supongamos que cada una de las placas tiene, con respecto a tierra, una diferencia de potencial de corriente continua, de tal forma que esta carga sea igual entre ellas. En tales circunstancias el haz no tendría desviación, sin que ello necesariamente implique que éste se ubique en el centro de la pantalla; para esto, habría que ajustar los potenciales (no forzosamente a un voltaje de cero), ya que debido a las variaciones propias de los circuitos se requeriría de un movimiento de cierta magnitud. Por otra parte, en la figura 2.3 se muestran los efectos que en las placas se producen al existir entre ellas una diferencia de potencial. En el ejemplo de la figura 2.3 (a) la placa superior resulta ser más positiva que la inferior, ya que siendo negativo el haz ella es la que lo atrae. Además, el voltaje de la misma provoca que el haz choque en la pantalla, arriba del centro de ésta. En la figura 2.3 (b) observamos un ejemplo del efecto inverso, ya que el haz choca

Figura 2.3a

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Figura 2.3b

en la parte inferior de la pantalla. Y como esta situación también se presenta en las placas horizontales, si se da el caso de que la placa derecha se hace más positiva que la izquierda, el haz se moverá hacia ella, y viceversa. Desviación lineal Ahora consideremos la aplicación de un potencial variable (por ejemplo, una onda sinusoidal de CA) al grupo de placas verticales, a las cuales al mismo tiempo se les aplica un voltaje de CC. A este último, que inicia con un valor negativo y en forma lineal va "subiendo" hasta llegar a cero y lue-

Figura 2.4

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go a números positivos, se le conoce como "diente de sierra" (ver figura 2.4). Al observar la figura anterior, nos damos cuenta de que la mancha del haz se moverá con una velocidad uniforme de izquierda a derecha a través de la pantalla, conforme al voltaje que se aplique en las placas horizontales. Por su parte, de acuerdo con los cambios de voltaje que se den en la onda sinusoidal, ésta, al ser aplicada a las placas verticales, hará que la mancha se desplace de arriba a abajo; en este caso, es precisamente la onda sinusoidal la que se trazará en la pantalla.

Figura 2.5

Pantalla fluorescente Base de tiempo En la mayoría de las aplicaciones del osciloscopio, al considerar cualquier voltaje o corriente, los valores que de este factor se presentan en el tiempo están representados por los puntos sucesivos de la onda. Y puesto que dichos puntos aparecen en la pantalla de izquierda a derecha, el barrido horizontal que observamos en ella es en realidad una escala de tiempo; esto es lo que en el osciloscopio constituye la base de tiempo. En la figura 2.5 se muestran dos ondas sinusoidales divididas en cuartos de onda por líneas verticales. Vemos cómo cada cuarto de onda ocupa una distancia igual, la cual corresponde, a su vez, a un intervalo igual en la base de tiempo horizontal y cómo cada uno de ellos tiene una duración de un décimo de segundo (por lo que representa un barrido lineal, aunque también puede haber barridos no lineales). 12

La conversión de la energía eléctrica en luz, se realiza a través del impacto del haz de electrones en la pantalla fluorescente o tubo de rayos catódicos, cuyo recubrimiento interior tiene dos características: A) Luminiscencia, que convierte la energía del haz de electrones en forma de luz a una temperatura baja. B) Fosforescencia, que es la propiedad de continuar dando luz después del impacto del haz de electrones a alta velocidad. La fosforescencia varía conforme al tipo de recubrimiento químico y a la aplicación que se quiera dar al TRC. Los recubrimientos a los que comúnmente se les llama "fósforos", pueden ser silicatos de zinc o, en el caso de los cinescopios de televisión, sulfuros de zinc.

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Capítulo 3 MANEJO DEL OSCILOSCOPIO

CARACTERISTICAS Si bien es cierto que la función de todos los osciloscopios es la misma, en realidad existe una gran variedad de tipos y marcas cuyas características hacen diferentes a unos de otros; tal es el caso del número de canales, ancho de banda, memoria digital, tipo de controles, etc. Todos estos factores se manifiestan en la funcionalidad y costo del instrumento, y sobre todo en la aplicación que se le vaya a dar. En este volumen consideraremos el modelo OS-3000SRS, osciloscopio de almacenamiento digital de la marca Goldstar (figura 3.1). Como se muestra en la figura anterior, se trata de un aparato de doble canal, equi-

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pado con un convertidor analógico-digital (A/D) y que combina las ventajas propias de su tipo (medición, almacenamiento, interpretación y comunicación de un trazo rápido) con las funciones de un osciloscopio analógico (medición de la duración del ancho de banda, exploración retarda-

Figura 3.1

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da -Delay Sweep- y generación de dos ejes de tiempo y de la señal de disparo -Triggerde televisión). Además, reduce el error de medición y utiliza un tipo de TRC cuadrado con escala interna fluorescente, la cual permite tomar fotografías de la forma de onda observada. A continuación se describen otras características de este modelo de osciloscopio. (Ver también tabla 2). Ancho de banda de frecuencia óptica de alta velocidad Un convertidor A/D instalado en cada canal, muestrea la señal de entrada en un rango máximo de 20 Mhz muestras/segundo. De esta manera, cualquier señal cíclica puede ser almacenada (20-60 Mhz máximo). También puede ser utilizado como un osciloscopio ordinario de tiempo real, con un rango de frecuencia de entre 20 y 60 Mhz.

Protección de la forma de onda Cuenta con una memoria de 1KW, para proteger dos formas de onda almacenadas en cada canal. Función múltiple Para interpretar un amplio rango de señales, dispone de varias funciones. Entre éstas, se encuentra la función del modo de “Roll”, para medir señales bajas, y la función promedio (Average), para eliminar el ruido de la señal y para medir únicamente la señal. Salida Utiliza la función de interfaz RS-232C para establecer con la computadora la entrada/ salida de información digital. Gracias a este enlace y a un trazador digital, ofrece la posibilidad de imprimir en papel -copiaslo mostrado por la pantalla. Además, interpreta y registra los datos almacenados.

Gran capacidad de almacenamiento

TRC y lectura del cursor

Cada canal tiene una memoria de 2 KW, ya que puede indicar la forma de onda compuesta de 1 KW de datos. Además, mide con alta precisión cualquier trazo cambiante.

Para mostrar la información del panel, mediante la lectura del TRC puede realizar rápidamente la operación y medición; para mostrar la diferencia de voltaje (∆V), la diferencia de tiempo (∆T) y la diferencia de frecuencia (1/∆T) entre dos cursores, utiliza la función de lectura del cursor.

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Tabla 2

Especificaciones

TRC

Modelo OS-3020

1. Configuración y pantalla útil

Pantalla rectangular de 6" con gratícula interna; 8x10 Div. (1 Div=1cm),marcas para medir el tiempo de bajada, subdivisiones de 2mm a lo largo del eje central.

2. Potencial de aceleración:

+1.9 Kv aproximadamente (cátodo de referencia).

3. Fósforo:

P31 (standard).

4. Enfoque:

Posible (con circuito de corrección de autoenfoque).

Entrada del eje Z

(modulación de intensidad)

1. Señal de entrada:

La intensidad decrece, cuando la señal se torna positiva.

2. Ancho de banda:

CD-2 Mhz (-3dB).

3. Acoplamiento:

CD.

4. Impedancia de entrada:

20-30 K-Ohms.

5. Voltaje máximo de entrada:

30 volts (CD + Pico CA).

Deflexión vertical 1. Ancho de banda (-3db) CD Acoplado: CA coplado:

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CD a 20 Mhz normal. CD a 7 Mhz magnificado 10 Hz a 20 Mhz normal. 10 Hz a 7 Mhz magnificado.

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2. Modos:

CH1, CH2, Add, Dual (Chop; Time/Div Switch - 0.2 Seg a 5 mSeg. Alt; Time/Div Switch 2 mSeg a 0.2µ Seg).

3. Precisión:

Normal: ± 3% Magnificado: ± 5%.

4. Impedancia de entrada:

Aproximadamente 1 Mohm en paralelo con 25 ±3pF.

5. Voltaje de entrada máximo:

Directo: 300 volts (CD+Pico CA). Con punta de prueba, referirse a la especificación de ésta.

6. Acoplamiento de entrada:

CA, CD, Tierra.

7. Inversión de polaridad:

Sólo CH2.

Deflexión horizontal 1. Modos de display:

A, A Int, B, B Trig’D, X-Y

2. Base de tiempo A:

0.2µ Seg/Div a 0.2 Seg/Div en 19 pasos calibrados, secuencia 1-2-5

Tiempo de aplazamiento (Hold-Off):

Variable con el control de aplazamiento (Hold Off).

3. Base de tiempo B:

0.2µSeg/ Div a 0.2 Seg/ Div en 7 pasos calibrados, secuencia 1-2-5

Exploración retardada:

1 Div o menos a 10 Div o más.

4. Magnificación del barrido:

10 veces (máximo rango de barrido: 20 nSeg/ Div).

5. Precisión:

± 3 % (0°C a 50°C); error adicional para magnificador:± 2%.

Sistema de disparo (trigger) 1. Modos:

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Auto, Normal, Tv-V, Tv-H

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2. Fuente:

CH1, CH2, Línea, Ext.

3. Acoplamiento:

CA.

4. Pendiente:

(+) ó (-)

5. Sensivilidad y frecuencia: Auto, Normal, Tv-V, Tv-H

20 Hz - 2MHz. Int. 0.5 Div-1.5 Div. Ext. 0.2 Vpp-0.8 Vpp.

6. Impedancia de entrada en el disparo externo:

1 Mohm en paralelo con aproximadamente 30 pF.

Voltaje de entrada máximo:

250 volts (CD + Pico CA).

Operación X-Y 1. Eje -X:

Igual que CH1, excepto para -Factor de deflexión: Igual que CH1. -Precisión: ± 5%. -Respuesta en frec.: CD a 500 Khz (-3db).

2. Eje -Y:

Igual que CH2.

3. Diferencia de fase X-Y:

3° ó menos (en CD a 50 Khz).

Función de lectura 1. Función de lectura del cursor:

Voltaje de referencia ∆V: ∆-REF. Tiempo de referencia ∆T: ∆-REF. Referencia de frecuencia 1/ ∆V: ∆-REF.

2. Disposición en la pantalla del panel:

Eje vertical: (CH1, CH2) V/Div,Uncal, Mag (valor convertido) Eje horizontal: S/Div, Uncal, Mag (valor convertido).

3. Rango efectivo del cursor desde el centro de la gratícula:

Vertical: Dentro de ± 3 Div. Horizontal: Dentro de ± 4 Div.

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4. Resolución

1/25 Div.

Función de almacenamiento digital 1. Memoria de la pantalla (display):

1000 palabras / CH.

2. Memoria de protección:

1000 palabras/ CH x 2.

3. Memoria de adquisición:

5µ Seg/ Div ~20 Seg/ Div: 2000 palabras/CH 0.2µ Seg/ Div~ 2 Seg/ Div:1000 palabras/ CH.

4.Resolución vertical:

25 puntos/1 Div.

5. Resolución horizontal:

100 puntos/ Div.

6. Rango máximo de muestreo:

20 Ms/Seg.

7. Ancho de banda digital:

5MHz (4 samples/ciclo).

8. Método de adquisición de datos:

Modo Norm: Almacena datos en cada tiempo de disparo. Modo Avg: Promediando de 4 a 256 veces. Modo Roll:El dato es continuamente almacenado en TRC Modo Hold: El dato es tomado para Norm, Avg,Roll. Modo Single: La forma de onda es tomada después de ser almacenada.

9. Función de la pantalla:

Smooth: La forma de onda almacenada es mostrada por puntos o suavemente. Interpolation: La forma de onda almacenada es mostrada por puntos, lineal de interpolación sinusoidal. Ali Mag: Simultáneamente se muestran la forma de onda original y su forma de onda magnificada.. Go-Nogo: Apreciación y comparación de una señal.

10. Protección de datos:

Pueden protegerse hasta dos datos almacenados. Los datos bajo protección pueden ser llamados a la pantalla cuando se les requiera.

11. Pre-disparo:

Variable (0.04 Div/ Step).

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12. Trazador:

Salida del trazador del TRC mostrando la información en un trazador HP-GL por la interfaz RS-232C.

13. Salida de datos:

RS-232C.

14, Magnificación de la pantalla:

Int. x 10 Time/ Div ó Int. Mag.

15. Operación X-Y:

Trazo Simple X-Y: Eje X = CH1. Eje Y= CH2. Trazo doble X-Y: Eje X = CH1. Eje Y = CH2. Sensitividad: Eje X = CH1. 1mV~5V/Div ± 5%. Eje Y = CH2. 1mV~5V/Div ±5% Error de fase: 3° ó menos DC ~50KHz.

16. Tiempo de barrido:

0.2µ Seg/Div ~20 Seg/Div. Señal repetida: 0.2µ Seg/Div~2µ Seg/ Div. Modo Roll: 0.5µ Seg/Div~20 Seg/ Div Alt: 0.5 µ Seg/Div~ 20 Seg/ Div. Chop: 1m Seg/Div ~ 20 Seg/ Div.

17. Función de lectura:

V/Div, Descalibrado, Mag. Seg/Div,Descalibrado, Mag. X-Y, punto de disparo, número de promedio, Modo Roll, Método de interpolación. Información de la memoria protegida. Disposición de la punta de prueba. Diferencia de voltaje ∆V: ∆ -REF. Diferencia de tiempo ∆T: ∆ -REF. Frecuencia 1/∆ t: ∆-REF. Predisparo TRG:∆.

Calibrador (Ajuste de la punta de prueba):

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Aproximadamente una frecuencia de 1 KHz, onda cuadrada 0.5 volts (±3%).

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Fuente de alimentación 1. Rango de voltaje:

Rango de voltaje 100 (90-110volts)/ CA 120 (108-132 volts)/ CA 220 (198-242 volts)/ CA 240 (216-250 volts)/ CA

2. Frecuencia:

50/60 Hz

3. Consumo de energía:

Aproximadamente 65W.

Fusible 2A 125 volts. 2A 125 volts 1A 250 volts. 1A 250 volts.

Características físicas 1. Peso:

Aproximadamente 8 Kg.

2. Dimensiones:

320 mm (W) x 140 mm (H) x 430 mm (L).

Características ambientales 1. Rango de temperatura durante la operación adecuada:

+10° C a + 35° C (+50° F a + 95° F).

2. Temperatura ambiente máxima de operación:

0° C a + 40° C (+32° F a + 104° F).

3. Temperatura máxima de almacenamiento:

-20° C a + 70° C (-4° F a + 158° F).

4. Rango de humedad durante la operación adecuada:

45% a + 85% RH.

5. Máxima humedad ambiente para la operación:

35% a 85% RH.

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DESCRIPCION DEL PANEL FRONTAL Y PANEL POSTERIOR Las figuras 3.2 (a) y 3.2 (b) muestran las partes frontal y posterior del osciloscopio 0S-3020.

Función de cada bloque Los números mostrados en las descripciones de la tabla 3, representan la información de las funciones que desarrolla, para la operación de este equipo, cada terminal indicada en las figuras 3.2 (a) y 3.2 (b).

Figura 3.2a

Figura 3.2b

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Tabla 3

Bloque de alimentación y pantalla 1. Interruptor de encendido:

Oprimirlo para encender y apagar el equipo.

3. Intensidad:

Ajusta la brillantez del TRC. En el sentido de rotación de las manecillas del reloj, se incrementa la brillantez.

4. Foco:

Ajusta las líneas de barrido para obtener la mejor definición

5. Rotación:

Ajusta la alineación del trazo en relación a las líneas horizontales de la gratícula del TRC.

6. Iluminación:

Ajusta la brillantez de la escala, y es útil cuando la observación se realiza en un lugar oscuro o cuando se fotografía la pantalla.

7. Selector de voltaje:

Realiza el cambio de rango del voltaje de operación adecuado.

8. Conector de alimentación:

Permite colocar o retirar el cable de alimentación de CA.

Bloque del amplificador vertical 9. Conector del CH1 ó X In:

Para conectar una señal de entrada al CH1 del amplificador vertical, o una señal en el eje X, durante la operación X-Y.

10. Conector del CH2 ó Y In:

Para conectar una señal de entrada al CH2 del amplificador vertical, o una señal en el eje Y, durante la operación X-Y.

11 y 12. Interruptor CA/CD/Tierra: CA:

Se utiliza para seleccionar el método de acoplamiento de la señal de entrada al amplificador vertical. Se aplica un capacitor entre el conector de entrada y el amplificador vertical, a fin de bloquear cualquier componente de CD de la señal. Se realiza una conexión directa entre el conector de entrada y el amplificador vertical, para que pasen al amplificador vertical todos los componentes de la señal de entrada. Se le conecta a ésta la entrada del amplificador vertical. Para el efecto, su propio nivel es tomado como un punto de referencia.

CD:

Tierra:

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13 y 14 Volts/Div:

Selecciona el atenuador para cada paso de la sensitividad de deflexión vertical. La medición de la forma de onda se lleva a cabo sin tener en cuenta la magnitud de la señal; para facilitar dicha tarea, el selector se coloca en una posición adecuada.

15 y 16 Variable:

Se utiliza para variar continuamente la sensitividad de deflexión vertical, si es girado completamente en sentido contrario al curso de las manecillas del reloj. La relación de atenuación se convierte en 1/2.5 del valor indicado. Cuando se jala la perilla, la sensitividad del eje vertical se incrementa 5 veces. La máxima sensitividad es de 1 mV.

17 y 18 Posición:

Se utiliza para mover la forma de onda sobre el eje vertical. Al girar en sentido de las manecillas, el trazo sube; al girarlo en sentido contrario, baja.

Interruptor pull CH2 Inv 18

Cuando se jala, la señal aplicada al CH2 se invierte.

19 Interruptor V Mode:

Es utilizado para seleccionar el modo de la pantalla del eje vertical.

CH1:

Se exhibe solamente la señal de entrada al CH1 en el TRC

CH2:

Se exhibe solamente la señal de entrada al CH2 en el TRC.

Dual:

Dos señales que son introducidas al CH1 y al CH2, aparecen simultáneamente en el TRC. Chop: Time/Div 0.2 Seg ~5m Seg. Alt: Time/Div 2m Seg ~ 0.2µ Seg. Exhibe la suma algebraica de las señales del CH1 y del CH2

Add: 20. Conector de salida del CH1:

Proporciona una salida amplificada de la señal que se conecta al CH1, para excitar a un contador de frecuencia u otros dispositivos.

Bloques de barrido y disparo 21. Exhibición horizontal:

Selecciona el modo de barrido.

A:

Cuando es oprimido, el botón A explora el TRC en el rango de la base de tiempo principal (A).

TEORIA Y SERVICIO ELECTRONICO

23

Manejo del osciloscopio moderno

A Int B:

Cuando es oprimido, el botón A Int B explora el TRC en el rango de la base de tiempo principal (A). La base de tiempo B intensifica una sección de los trazos.

B:

El sector cuya brillantez es modulada, se exhibe en la pantalla en forma magnificada. La exploración de retardo B’TRIG’D es disparada por el primer pulso de disparo.

X-Y:

Este botón permite la operación X-Y.

22. Tiempo/Div A:

Selecciona el rango de barrido calibrado de la base de tiempo principal (A) y la operación X-Y.

23. Tiempo/Div B:

Selecciona el rango de barrido calibrado de la base de tiempo (B).

24. Posición del tiempo de retardo (Delay Time):

Determina el punto exacto de inicio dentro del rango de retraso de la base de tiempo A, en la cual la base de tiempo B comenzará a explorar.

25. Variable A:

Se utiliza para tener una variación continua en el barrido A desde la posición de calibración.

Pull X 10 Mag:

Cuando se localiza la parte que se magnifica, se alínea con la escala central del eje vertical ajustando la posición del eje horizontal. Cuando se jala el interruptor X 10 Mag, la forma de onda es centrada a la mitad. Para esto, el tiempo de barrido es 1/10 del valor indicado por Time/Div.

26. Posición horizontal:

Se utiliza para ajustar la posición horizontal de los trazos exhibidos en la pantalla, de manera independiente con respecto a la medición de tiempo de las formas de onda. Si es girado en dirección de las manecillas, los trazos se mueven hacia la derecha; si se gira en dirección contraria, los mueve hacia la izquierda.

27. Interruptor de modo disparo (Trigger):

Selecciona el modo de disparo del barrido.

Auto:

El barrido se produce de manera automática. Cuando hay una señal de disparo, se obtiene el disparo del barrido normalmente y la forma de onda se detiene. Cuando no hay señal y el disparo no se realiza, el barrido también se produce automáticamente. Esta posición se recomienda para propósito general.

24

TEORIA Y SERVICIO ELECTRONICO

Manejo del osciloscopio

Norm:

Se puede obtener el barrido disparado; pero cuando no hay señal de disparo y éste no se realiza, aquél no se produce. Este modo es efectivo cuando la frecuencia de la señal es de 25 Hz o menor.

TV-V:

Se utiliza para medir una señal de video compuesta en la frecuencia de campo.

Tv-H:

Se utiliza para medir una señal de video compuesta en la frecuencia de línea.

28. Interruptor de fuente(source) de disparo:

Selecciona la porción conveniente de la fuente de disparo.

CH1:

Selecciona al CH1 como fuente de disparo, cuando se aplica por él una señal.

CH2:

Selecciona al CH2 como fuente de disparo, cuando se aplica por él una señal.

Línea:

Se utiliza para observar una señal que es disparada en la frecuencia de alimentación de CA. También se pueden estabilizar los componentes de una señal relacionada con la línea en la cual ellos estén contenidos

Ext;

Selecciona la señal que se aplica en el conector Ext Trig In.

29. Control de retención Permite el disparo en algunas señales complicadas, al cambiar (Hold Off): el tiempo de retención (Hold Off) del barrido principal. También es efectivo en el disparo de señales de alta frecuencia, señales irregulares o digitales, por la extensión del tiempo de barrido. El ajuste se realiza de manera lenta, para la estabilización del disparo. Normalmente se le utiliza después de tenerlo completamente girado en sentido contrario a las manecillas. 30. Control del nivel de disparo:

Selecciona el punto de inicio de la señal de disparo. Cuando el control es girado en sentido de las manecillas, el punto de disparo se mueve hacia el máximo valor positivo (+); si es girado en sentido contrario, el punto de disparo se mueve hacia el máximo valor negativo (-).

Pendiente (slope) del disparo:

Se utiliza para seleccionar la inclinación del disparo del barrido inicial. Al ser oprimido el interruptor, éste selecciona la inclinación positiva (+); al ser jalado, indica la inclinación negativa (-).

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25

Manejo del osciloscopio moderno

31. Conector Ext Trig In:

Para aplicar señales de disparo externo hacia los circuitos de disparo.

32. Dispositivo de lectura:

a) Select:

Este botón selecciona el cursor a cambiar, entre los cursores de ∆ ,Ref, Tracking ( , Ref). El cursor seleccionado se exhibe en la parte superior (o en el lado izquierdo), ( , ).

b) ∆ V, ∆ T, 1/ ∆ T:

Este botón elige entre los modos ∆V, ∆T, 1/ ∆T.

c)On/Off:

Al oprimir los botones ∆V y Select, la función del dispositivo de lectura se activa o desactiva ( On , Off).

d)

Mueve el cursor seleccionado hacia arriba, abajo, derecha o izquierda.

33. Almacenamiento

e) Interruptor de almacenamiento (storage):

26

Cuando el LED se apaga, realiza la función normal de osciloscopio de tiempo real. No operan todos los interruptores. Oprimiendo este botón una vez, se enciende el LED y registra el modo de almacenamiento; funcionan todos los interruptores. Oprimiendo este botón una vez más, registra el modo de tiempo real. En el modo de almacenamiento, el LED parpadea asincrónicamente junto con el muestreo.

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Manejo del osciloscopio

f) Interruptor de menú:

Este botón se oprime para cambiar el promedio, la interpolación, las condiciones de la punta de prueba, la lista y el control On/Off del suavizado. Cada vez que se presiona este botón, el modo cambia y el que se selecciona es exhibido en el ángulo superior derecho del TRC. Cada ajuste de modo es cambiado, al oprimir el botón Select, el cual está debajo del botón de menú.

g) Interruptor de Hold:

Al oprimir este botón, se detiene el muestreo; esto mismo le sucede a la forma de onda exhibida en la pantalla, en tanto que el LED se enciende. Al volver a oprimirlo, se libera el estado de Hold y empieza el muestreo.

h) Interruptor de save:

En modo de Hold, este botón "guarda" en la memoria de almacenamiento la forma de onda de la pantalla. En modo de No-Hold, solamente cambia el estado del botón.

i) Interruptor de single:

Este botón mide el cambio en la forma de onda instantánea (interminente).

j) Interruptor de select:

Este botón cambia el modo de posición del botón de menú.

k) Interruptor de plot:

Este botón proporciona la exhibición de la forma de onda en el trazador X-Y. Al oprimir el botón, éste transmite datos y enciende el LED. Opera sólo en la condición de Hold (enciende el LED Hold).

l) Interruptor de Recall:

Se le utiliza para exhibir nuevamente la forma de onda almacenada en el TRC. Al oprimir este botón, el LED enciende. Cuando el LED se apaga después de oprimir el botón, continuamente se libera este interruptor.

Diversos 34. Interruptor DIP y conector RS-232C Interruptor DIP:

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Coloca al Plot o modo de comunicación en el tiempo de salida del trazador o en comunicación con la computadora.

27

Manejo del osciloscopio moderno

Conector RS-232C

Conecta el cable RS-232C en el tiempo de salida del trazador o en comunicación con la computadora.

35. Conector Ext Blanking In:

Se le aplica una señal para la modulación de intensidad del TRC. La brillantez trazada se reduce con una señal positiva y se incrementa con una señal negativa.

36. Terminal de calibración:

Proporciona la onda cuadrada (0.5 volts, 1 KHz) para calibrar la punta de prueba y el amplificador vertical

37. Conector de tierra(GND):

Proporciona un punto de enlace para separar la terminal de tierra.

OPERACIONES BASICAS Conexión para medir señales Existen tres métodos diferentes para la observación de señales por medio del osciloscopio: 1. Método de un solo cable Aunque este es el más simple, únicamente puede ser utilizado en caso de que la señal que se pretenda medir sea de un nivel alto o que se trate de un circuito de baja impedancia (por ejemplo, un circuito TTL). Aquí, los alambres de tierra deben ser conectados entre la terminal de aterrizaje del osciloscopio y la superficie de aterrizaje de los equipos que son medidos. Sin embargo, si sucede que el cable produce un zumbido (HUM) y ruido a causa de carecer de blindaje, frecuentemente la medición puede resultar con problemas (sobre todo cuando se miden señales de 28

bajo nivel). Ya que es difícil tener el cable acoplado al conector del osciloscopio, se recomienda tener un adaptador tipo BNC.

2. Método de cable coaxial Este método, el más común, se utiliza ampliamente cuando un conector de salida es colocado al objeto de medición. Como la capa de blindaje del cable coaxial evita el zumbido (HUM) y el ruido, las mediciones que se llevan a cabo son más precisas. Usualmente, los cables coaxiales se adaptan con conectores BNC en cada extremo. Y puesto que para ello existe una gran variedad de tipos -según el uso que se les vaya a dar-, se recomienda elegir el más adecuado para las necesidades en turno. Por otra parte, cuando se midan señales de alta frecuencia, se debe colocar una carga cuyo valor de impedancia sea igual al de la señal de la fuente que se está midiendo. Los cables coaxiales deben ser

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combinados con la carga, en términos de impedancia. 3. Método de punta de prueba para osciloscopio Para realizar mediciones en los circuitos, lo más recomendable es la punta de prueba. Las puntas de prueba se pueden disponer en las posiciones de 1 X (conexión directa) y 10 X (con atenuación). Como la señal de entrada se atenúa 1/ 10 con la impedancia de entrada del osciloscopio, la punta de prueba permite incrementarla hasta la posición 10 X. Por eso es que la unidad de medición Volt/Div debe ser multiplicada por diez (10). Además, para evitar zumbido (HUM) y ruido, la punta de prueba del osciloscopio también utiliza alambres de blindaje. Cuando se desee realizar una medición utilizando el cable coaxial, un aspecto muy importante a tomar en cuenta es el de que debe conocerse la impedancia de la fuente, la frecuencia implicada más alta, la capacitancia del cable, etc. Si se desconoce alguno de estos factores, es necesario utilizar la punta de prueba en la posición 10 X.

Ajuste básico para la operación inicial Se recomienda la ejecución del procedimiento que a continuación se describe, (incisos A a F), antes de realizar cualquier medición. A) Ajuste de controles (ver tabla 4).

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B) Instalar el cable de alimentación al conector de alimentación (8). C) Presionar el interruptor de encendido (1). Después de 30 segundos, girar el control de intensidad (3) en el sentido de las manecillas del reloj hasta que aparezca el trazo. Ajustar la brillantez, de tal manera que sea adecuada para la observación. PRECAUCION: El material que utiliza el TRC para la retención de imagen es muy resistente; sin embargo, si se mantiene por mucho tiempo a este dispositivo en condiciones de extrema brillantez para realizar el trazo, la pantalla puede dañarse. Por lo tanto, si se requiere de alta brillantez para una medición, inmediatamente después de hacer ésta asegúrese de bajar el control de intensidad; en cada periodo corto que deje de utilizar la pantalla, disminuya su brillantez. D) Ajustar el control de foco (4), a fin de obtener la definición más nítida posible del trazo. E) Asegurarse de alinear el trazo con las líneas horizontales de la pantalla, mediante el uso del control de posición vertical (17) del CH1. En caso de que no se logre de esta manera el alineamiento, ajustar con el control de rotación (5). F) Girar el control de posición horizontal (26), con el propósito de alinear el trazo con la línea que en la pantalla se encuentra más a la izquierda. 29

Manejo del osciloscopio moderno

Manejo del osciloscopio

Tabla 4

A) Ajuste de controles 1. Interruptor de alimentación:

Apagado

3. Control de intensidad:

Completamente en sentido contrario al giro de las manecillas del reloj.

4. Control de foco:

Medio rango.

11, 12. Interruptor AC-GND-DC:

AC.

13,14. Interruptor Volt/Div:

20 mV.

15,16. Control variable:

Completamente en el sentido de las manecillas del reloj (y empujarlo).

17, 18. Control de posición vertical:

A medio rango (y empujarlo).

19. Interruptor modo V:

CH1.

22. Time /Div:

0.5 mSeg.

25. Tiempo variable:

Completamente en el sentido de las manecillas del reloj (y empujarlo.

26. Posición horizontal:

Medio rango.

27. Modo disparo:

Auto.

28. Fuente disparo:

CH1.

29. Hold Off:

Normal (completamente en sentido contrario al giro de las manecillas del reloj).

30. Nivel de disparo:

Medio rango.

30

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Compensación de la punta de prueba Como ya se ha mencionado, las puntas de prueba pueden tener un factor de atenuación 1 X ó 10 X. Pero, además, están equipadas con ajustes de compensación de frecuencia, ya que este es uno de los errores más comunes en que suele incurrirse. En la figura 3.3 podemos observar las partes principales de una punta de prueba. Con la finalidad de asegurar una óptima exactitud en las mediciones, es conveniente, antes de hacer éstas, verificar la compensación de la punta de prueba. Para el efecto, apéguese al siguiente procedimiento: 1. Prefijar los controles del osciloscopio, y obtener la línea de trazo como se des-

Figura 3.3

cribe en el apartado "ajuste básico para la operación inicial". 2. Conectar las dos puntas de prueba a las entradas del CH1 y del CH2 (9 y 10, respectivamente). 3. Conectar la punta de prueba a la terminal de calibración (36) del osciloscopio.

Figura 3.4a

Figura 3.4c

Figura 3.4b

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31

Manejo del osciloscopio moderno

4. Ajustar el control de nivel de disparo (30), para obtener un trazo estable. 5. Ajustar el control Tiempo/ Div (22), para obtener aproximadamente 5 ciclos de la señal de onda cuadrada con una amplitud de 4 ó 5 divisiones. 6. Verificar que la forma de onda cuadrada no tenga sobre-impulso (overshoot), atenuación o inclinación en las esquinas de la onda. De ser necesario, ajustar el condensador de compensación (trimmer) de la punta de prueba, en la forma que se indica en la figura 3.4 7. Repetir los seis pasos anteriores, para el CH2. (Vea nuevamente la figura 3.4)

Especificaciones y ajustes Mediciones en 1 X La sensitividad del osciloscopio puede ser utilizada de esta manera. Sin embargo, si se presenta una capacitancia de entrada tan alta como 150 pF, pueden producirse efectos adversos.

Figura 3.6

Mediciones en 10 X En este modo, la punta de prueba tiene alta resistencia y baja capacitancia. Tal como ya se señaló, cuando se mide un voltaje la señal de entrada es atenuada 1/ 10, según se observa en la figura 3.5. Luego entonces, se tiene que "voltaje medido = sensitividad del osciloscopio (Volts/ Div) X amplitud del TRC (Div) X 10. Punta Recta Para utilizar la punta recta, se quita la punta de gancho (como se muestra en la figura 3.6). Esta opción es útil para realizar mediciones en los puntos de prueba delgados de los circuitos.

Figura 3.5

32

Conexión a tierra La conexión a tierra deberá ser tan corta como sea posible.

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Capítulo 4 METODOS DE MEDICION

Después de familiarizarse con los controles, indicadores, consideraciones de operación y capacidades del osciloscopio, se pueden realizar las mediciones de acuerdo con los métodos propios de cada usuario. El principal objetivo del presente capítulo, es desarrollar una técnica más eficiente en las mediciones específicas realizadas con este aparato. Por lo tanto, se han considerado para su revisión y ejecución algunas de las más importantes aplicaciones que se le puede dar al osciloscopio, conforme a sus funciones anteriormente descritas. De estas últimas, sin embargo, es conveniente enfatizar a las dos que se consideran las más relevantes: mediciones de amplitud y mediciones de intervalo de tiempo.

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MEDICIONES DE AMPLITUD Para llevar a cabo esta función, el osciloscopio tiene dos formas de medir voltaje: A) Medición de voltaje pico a pico (p-p) 1. Colocar los interruptores del modo vertical del osciloscopio, en la forma que se indica en el apartado "ajuste básico para la operación inicial". 2. Ajustar el control Tiempo/Div (22), de tal manera que la forma de onda tenga dos o tres ciclos en la pantalla del TRC. 3. Ajustar el control de posición vertical (17 ó 18), de tal manera que la forma de onda quede alineada con las líneas horizontales de la pantalla del TRC, como se muestra en la figura 4.1 4. Ajustar el control de posición horizontal (29), de tal manera que la forma de onda 33

Manejo del osciloscopio moderno

PRECAUCION: Cuando la forma de onda está cargada con un alto voltaje de CD, la medición anterior se dificulta. Por lo tanto, la medición se ha de realizar con los interruptores CA/CD/ Tierra en posición CD.

Figura 4.1

quede centrada en la línea vertical de la pantalla del TRC, como se muestra en la figura 4.1 5. Contar el número de divisiones del extremo superior al inferior de la forma de onda, y multiplicar el resultado por el valor del control Volts/Div para obtener el voltaje pico a pico de dicha señal. Por ejemplo, si el valor del control Volts/ Div está colocado en 2 V y la forma de onda es la misma que se muestra en la fig. 4.1, entonces tendremos: 4.0 Div X 2.0 Volts/Div = 8 Volts p-p 6. Si la indicación de la magnificación vertical es X 5, dividir el valor medido entre 5. Pero si la punta de prueba está atenuada 10:1, multiplicar el voltaje por 10. 7. Cuando se mide una onda seno inferior a 100 Hz o una onda cuadrada inferior a 1 KHz, se deben colocan los interruptores CA/CD/Tierra (11 y 12) en CD. 34

Si la medición se realiza mediante la función de lectura, el cursor deberá colocarse en la parte superior e inferior de la forma de onda; la diferencia de potencial V será mostrada en la pantalla. B) Medición de voltaje instantáneo 1. Colocar los interruptores del modo vertical del osciloscopio, en la forma que se indica en el apartado "ajuste básico para la operación inicial". 2. Ajustar el control Tiempo/Div (22 ó 23), de tal manera que aparezca la forma de onda completa; colocar el control Volts/ Div para observar de 4 a 6 divisiones, como se muestra en la figura 4.2 3. Colocar el interruptor CA/CD/Tierra (11 ó 12) en tierra. 4. Girar el control de posición vertical (19 ó 20), y alinear el nivel de tierra con la línea horizontal más baja o más alta de la pantalla, cuando, respectivamente, la señal sea positiva (+) o sea negativa (-). NOTA: En tanto que la medición no se haya completado, los controles de la posición vertical NO deben tocarse. 5. Colocar el interruptor CA/CD/Tierra en CD.

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Métodos de medición

Figura 4.2

Si la señal es positiva (+), la forma de onda aparece arriba del nivel de referencia de tierra; si es negativa ( - ), la forma de onda aparece abajo de ese nivel. PRECAUCION: Cuando el voltaje DC es relativamente muy grande comparado con la forma de onda, la porción de CA debe medirse por separado. Para ello, el interruptor CA/CD/Tierra se coloca en posición CA. 6. A fin de que el punto que se desea medir quede alineado con la línea central de la pantalla del TRC, hay que mover el control de posición horizontal (29). Una vez que la línea vertical del centro esté graduada en escalas de 0.2 de división, la medición se realizará facilmente. Retomemos el ejemplo de la figura 4.2. Si el control Volts/Div estuviese coloca-

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do en 0.5 Volts, tendríamos: 5.0 Div X 0.5 Volts/Div = 2.5 Volts. 7. Si el control de magnificación X 5 está activado, hay que dividir el valor medido en el punto anterior. Si se utiliza la punta de prueba en X 10, el resultado debe multiplicarse por 10. 8. Luego de colocar al cursor (x) de la función de lectura en el nivel de tierra, el mismo debe ser posicionado ( ∆ ) en el punto que de la forma de onda se desea medir; el valor del voltaje instantáneo es mostrado en la pantalla.

MEDICIONES DE INTERVALO DE TIEMPO La segunda medición más importante del osciloscopio de barrido sincronizado, es la medición del intervalo de tiempo. Gracias a que las divisiones uniformemente marcadas en la pantalla del TRC 35

Manejo del osciloscopio moderno

están calibradas conforme a las bases de tiempo, se puede ejecutar la medición del intervalo de tiempo. A) Técnica básica En este apartado describiremos la técnica para realizar la medición del intervalo de tiempo. Además, si se aplica el siguiente procedimiento, la medición de las características y variaciones hecha mediante esta técnica será de gran ayuda. 1. Colocar los interruptores en la manera que se indica en el apartado "ajuste básico para la operación inicial". 2. Ajustar el control de Tiempo/Div (24), de tal manera que la forma de onda aparezca en la pantalla del TRC lo más grande que sea posible. Girar el control de tiempo variable (27) completamente en el sentido de las manecillas del reloj, hasta que inicie el tope. Esto debe hacerse con sumo cuidado, pues de lo contrario el valor de la medición será erróneo. 3. Ajustar los controles de posición vertical (19 y 20), de tal manera que la forma de onda que se desea medir quede alineada con la línea horizontal del centro de la pantalla. 4. Girar el control de posición horizontal (29), y hacer que el lado izquierdo de la forma de onda corresponda con la línea vertical de la pantalla. 5. Contar el número de divisiones de la pantalla, hasta el punto que se quiera medir. La línea horizontal del centro está 36

graduada (dividida) en intervalos de 0.2 mm. 6. Si el valor obtenido en el paso anterior se multiplica por el factor que indica el control Tiempo/Div, se obtendrá el tiempo que se desea medir. Si el control de variable (25) se coloca en el modo de magnificación ( X 10 ), el valor medido se divide entre 10. B) Medición del periodo, ancho del pulso y ciclo de trabajo Si las mediciones se ejecutan a través de la técnica básica, se puede medir el periodo y el ancho del pulso, así como el ciclo de trabajo, entre otras cuestiones. Cuando un periodo de pulso completo de una señal aparece en la pantalla del TRC, la duración del mismo se puede medir. Por ejemplo, si el control Tiempo/Div está en la posición de 10 m Seg, el valor medido de un ciclo entre los puntos A y C de la figura 4.3 (a), será: Periodo de un ciclo = 10 mSeg/Div X 7 Div = 70 mSeg. El ancho del pulso representa el tiempo que hay entre el punto A y el B, de la figura 4.3 (a). Es decir, Ancho del pulso = 10 mSeg/Div X 1.5 Div = 15 mSeg. Sin embargo, tomando en cuenta que en este ejemplo la medición de 1.5 por división es muy pequeña, el control Tiempo/Div debe colocarse en 2 mSeg. Por ello

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Métodos de medición

es que se magnifica la forma de onda, como se muestra en la figura 4.3 (b), y de esta manera la medición es más precisa. Cuando se conoce el periodo y ancho del pulso, el ciclo de trabajo se puede calcular de la siguiente forma:

Del ejemplo, tenemos:

Figura 4.3a

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MEDICION DE FRECUENCIA Si se desea obtener una medición exacta en relación a una cierta frecuencia, se debe calcular esta última con un contador de frecuencia conectado a la salida del CH1 (20) del panel posterior del osciloscopio, ya que de este modo, además de medirse la frecuencia, es posible observar la forma de onda. No obstante, cuando no se cuenta con un contador de frecuencia, el osciloscopio puede medir directamente la forma de onda modulada. Esto se debe a que la frecuencia está relacionada con el periodo, puesto que: f = 1/T . Una vez que mediante la medición del intervalo de tiempo conozcamos el valor de T, en la rela-

Figura 4.3b

37

Manejo del osciloscopio moderno

ción anterior podemos introducirlo. De esta manera, tenemos que para: T(segundos)Seg f (Hertz) Hz. T(milisegundos)mSeg f(Kilohertz) KHz. T(microsegundos) µSeg f (Megahertz) MHz. La exactitud de la frecuencia está determinada por una calibración precisa de la base de tiempo y una medición meticulosa del periodo.

MEDICION DEL TIEMPO DE ELEVACION El "tiempo de elevación" es el tiempo requerido para que el borde de subida de un pulso se eleve del 10% al 90% de la amplitud total de este último. Por el contrario, "el tiempo de bajada" es el tiempo que requiere un pulso para caer del 90% al 10% de su amplitud total. El tiempo de elevación y el tiempo de bajada, a los que también se les llama "tiempo de transición", son medidos de la misma manera. Para ello se procede como explicaremos a continuación: 1. Aplicar el pulso que se desea medir al conector del CH1 (9) y colocar el interruptor CA/CD/TIERRA (11) en CA. 2. Ajustar el control de Tiempo/Div (24) para mostrar 2 ciclos del pulso, y asegurarse de que el control variable (25) esté girado completamente en el sentido de 38

las manecillas del reloj y que además se encuentre oprimido. 3. Centrar el pulso verticalmente, mediante un ajuste de la posición vertical (17) del CH1. 4. Ajustar el control Volts/Div (13), de tal manera que la parte superior del pulso se acerque al 100% de la línea superior de la pantalla y que la parte inferior del mismo se acerque al 0% de la linea inferior de ella. Si no se logra dicha correspondencia, habrá que girar el control de variable (15) en sentido contrario a las manecillas del reloj; así se ajustará el pulso exactamente a los límites de la pantalla, como se muestra en la figura 4.4a. 5. Ajustar el control de posición horizontal (26), y hacer que el borde de elevación descanse en la línea vertical del centro de la pantalla. 6. Si el tiempo de elevación es largo comparado con el periodo, no se requiere la magnificación. Pero si el tiempo de elevación es corto, casi como la línea vertical de la pantalla, el ajuste se realiza de la manera que se ha indicado en los cinco pasos anteriores; luego se jala el control de variable (25) en la posición de X 10 Mag, tal como se muestra en la figura 4.4b. 7. Contar el número de divisiones horizontales entre los puntos del 10% al 90%. 8. Dicho número de divisiones se multiplica por el valor del control Tiempo/Div, a fin de obtener la medición del tiempo de elevación.

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Métodos de medición

Figura 4.4a

Si por ejemplo se ha seleccionado el modo de X 10 Mag, y además el control Tiempo/Div está en 0.2µ Seg y la medición se efectúa como en la figura 4.5, el tiempo de elevación será: 200 nSeg/Div ÷ 10x1.12 DIV = 22.4 nSeg

Figura 4.4b

9. Para realizar la medición del tiempo de bajada, simplemente se hace coincidir el punto del 10% con la línea vertical del centro de la pantalla; luego, se sigue el procedimiento señalado en los pasos 7 y 8.

MEDICION DE DIFERENCIA DE TIEMPO ENTRE DOS SEÑALES

Figura 4.5

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Aprovechando que el osciloscopio tiene capacidad para dos canales, es posible realizar esta medición. Veamos el procedimiento: 1. Las señales que se desea medir, se aplican a los conectores del CH1 (9) y del CH2 (10), respectivamente. 2. Puesto que el osciloscopio utiliza un disparo fijo en el CH1 o en el CH2, es posible medir con exactitud su diferencia de tiempo. Para el efecto, con el inte39

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rruptor del modo vertical (19) se selecciona la posición de Dual. 3. Se ajustan apropiadamente los controles de posición vertical (17 y 18) y posición horizontal (26), como se muestra en la fig. 4.6. 4. Se acciona el interruptor de la fuente de disparo (28), para elegir el CH1; entonces el tiempo de retraso del CH2 es medido, tomando como referencia la señal del CH1. Cuando este tiempo de diferencia es muy corto, se utiliza la función del variable (25) en la posición de X 10 Mag. 5. De acuerdo con la figura 4.6, el control Tiempo/Div se encuentra en 2µ Seg. Por lo tanto, tenemos que: Diferencia de tiempo = =2µ Seg/Div X 2.2 Div = 4.4µ Seg.

MEDICION DE DIFERENCIA DE FASE ENTRE DOS SEÑALES

1. Las señales que se desea medir, se aplican a los conectores del CH1 (9) y del CH2 (10), respectivamente. NOTA: Cuando la frecuencia es muy alta, se debe utilizar el mismo tipo de puntas de prueba o cables cuya longitud sea igual, con el propósito de reducir el error de medición. 2. Se coloca el interruptor de la fuente de disparo (28) en el CH1, para estabilizar la forma de onda. Como se muestra en la figura 4.7, con los controles de posición vertical (17 y 18) se ajustan las señales en el centro de la pantalla, de tal manera que la forma de onda ocupe 4 divisiones. 3. Se ajusta el control de nivel de disparo (30), y se verifica que el punto de inicio de la forma de onda corresponda exactamente con el punto de inicio de la línea horizontal de la pantalla.

La diferencia de fase entre dos señales puede ser medida utilizando el método de trazo doble, o bien, el método esquemático de Lissajous en el modo X-Y del osciloscopio. A) Método de trazo doble Este método trabaja con cualquier tipo de formas de onda, aun y cuando sean diferentes entre sí o a pesar de que la diferencia de fase entre ellas sea muy grande. Veamos el procedimiento: 40

Figura 4.6

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Métodos de medición

B) Método esquemático de Lissajous. Modo X-Y

Figura 4.7

4. Se ajustan apropiadamente el control Tiempo/Div (22), el control de variable (25) y el control de posición horizontal (26), de tal manera que 1 ciclo de la forma de onda cubra 8 divisiones. Por lo tanto, tenemos que: 1 división = 45° y 1 subdivisión = 9° 5. La distancia horizontal entre los puntos de inicio en el eje horizontal de las dos formas de onda, es la Diferencia de Fase. De ahí que en este ejemplo tengamos que: Distancia Horizontal = 0.7 divisiones Diferencia de fase = 45°/Div X 0.7 Div = = 31.5° 6. Si la diferencia de fase es más pequeña, la medición puede hacerse mediante el modo de X 10 Mag del control variable (25). En este caso, sería: 1 división = 4.5 ° 1 subdivisión = 0.9 °

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La diferencia de fase entre dos señales que tienen la misma frecuencia puede ser medida utilizando el modo X-Y, para obtener un patrón o esquema de Lissajous. Este método sólo puede utilizarse cuando la forma de onda es sinusoidal. Las mediciones pueden hacerse a frecuencias aun superiores a 500KHz, dependiendo del ancho de banda del amplificador. No obstante, para obtener la máxima exactitud, es preferible que la medición de la diferencia de fase se haga en frecuencias inferiores a 20 KHz. Veamos el procedimiento a seguir en este método de medición: 1. Girar el control de Tiempo/Div completamente en el sentido de las manecillas del reloj, hasta la posición X-Y. PRECAUCION: Puesto que en este modo el trazo en la pantalla del TRC es muy brillante y puede entonces dañar al fósforo de este último, debe reducirse adecuadamente la intensidad del mismo. 2. Aplicar una señal al conector CH1 X In (9) y otra al conector CH2 Y In (10). 3. Con el control de posición vertical CH2 (18), centrar la forma la onda. Ajustar el control Volts/Div del CH2 (14) junto con el control Variable (16), de tal manera que la forma de onda cubra 6 divisiones. 41

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Figura 4.9

Figura 4.8

4. Ajustar el control Volts/Div del CH1 (13) y el variable (15), para que, como en el caso anterior, la forma de onda cubra 6 divisiones. 5. Ajustar el control de posición horizontal (26), a fin de centrar exactamente la forma de onda. Esto se muestra en la figura 4.8. 6. Contar el número de divisiones indicadas por la forma onda a lo largo de la línea vertical del centro de la pantalla, tanto para A como para B. 7. Por lo tanto, la diferencia de fase se va a definir como: Diferencia de fase (ángulo Ø ) = Arc Seno

A B

Al tomar de la figura 4.8 los valores para A y B, tendríamos: Diferencia de fase (ángulo Ø) = Arc Seno

2 6

= Arc Seno 0.333 = 19.5°

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NOTA: La conversión del ángulo seno se obtiene de acuerdo con la tabla de la función trigonométrica. Este método puede ser aplicado a ángulos mayores y menores de 90º, de tal manera que -como se muestra en la figura 4.9- su valor se determine tomando como referencia varios ángulos de fase.

OPERACION DE LA BASE DE TIEMPO RETARDADA (DELAY TIME) En vista de que la función de magnificación X 10 Mag está limitada a 10 veces, en muchos casos no es posible aplicarla. Esto se debe a que existen señales o pulsos para cuya observación no es suficiente dicha magnificación. Por lo tanto, la función del tiempo de retardo (Delay Time), la cual consiste en atrasar el momento en que se genera la señal de disparo, constituye una ventaja muy importante para el trabajo desarrollado por el usuario, ya que resulta bastante útil para efectuar mediciones precisas de señales complejas e incluso alguna porción de éstas.

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Métodos de medición

Cabe mencionar, sin embargo, que no todos los osciloscopios cuentan con ella. A continuación se explica el proceso para utilizar tan valiosa función: A) Barrido retardado básico 1. Colocar el instrumento en el modo vertical deseado. 2. Asegurarse de que el botón B TRIG’D esté desactivado. 3. Oprimir el botón A Int de la exhibición horizontal (21). Al hacer esto, se intensificará la brillantez de una sección del trazo. NOTA: Si hay una diferencia grande entre la posición de los controles de Tiempo/Div A y B, la sección cuya brillantez ha aumentado será muy pequeña. 4. Girar el control Tiempo/Div B (23), hasta que la sección que ha incrementado su brillantez abarque con su anchura mayor, por supuesto, a la del resto del trazo- a toda la parte que de este último se desea magnificar. Esto se muestra en la figura 4.10 (b). 5. Girar el control de Posición del Tiempo de Retardo (24), con el propósito de colocar la intensificación de brillantez en la parte que del trazo se desea magnificar. 6. Oprimir el botón B de la exhibición horizontal (21). Al hacer esto, la parte que del trazo aumentó en brillantez aparecerá desplegada abarcando toda la pan-

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talla del TRC. Como se aprecia en la figura 4.10 (c), el trazo que ahora se muestra es barrido por la base de tiempo B. 7. Si es necesario, ampliar la forma de onda. Para ello se debe activar la función X 10 Mag, lo cual es posible al jalar el control de variable (25). B) Disparo del barrido B En el barrido retardado básico el eje de tiempo B no es disparado por ninguna señal, sino que empieza cuando el nivel del barrido principal A es ajustado por el Control de Posición del Tiempo de Retardo (24). El problema de la condición arriba descrita, es que el eje de tiempo principal aparece con fluctuaciones y que éstas afectan al barrido B. Para prevenir esto, el barrido B puede ser disparado por su propia señal o por una señal de disparo de tiempo relativo; por lo tanto, el control de posición ya mencionado determina el tiempo mínimo de retardo entre los barridos A y B. Para disparar el barrido B, se procede de la siguiente forma: 1. Se ajusta el osciloscopio para el barrido retardado básico, en la forma que anteriormente se ha especificado. 2. Se oprime el botón B TRIG´D (21) y si es necesario, se ajusta el Control de Nivel de Disparo (30). Luego de esto, el eje de tiempo B será disparado en la misma señal de disparo que la base de tiempo de A.

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Figura 4.10

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Capítulo 5 PRECAUCIONES EN LA OPERACIÓN

MEDIDAS DE SEGURIDAD Antes de empezar a operar el osciloscopio, y con el propósito de prevenir daños en él, es conveniente tener siempre en cuenta las siguientes medidas de seguridad: 1. Selección de la línea de alimentación Este aparato debe operarse con la alimentación del voltaje de línea adecuado, de acuerdo con las especifícaciones de la fuente. Es decir, lo que hay que hacer es: - Seleccionar el rango de voltaje y fusible, conforme a la especificación del aparato. - Asegurarse de que el mismo esté desconectado de la fuente de alimentación. - Deslizar la marca de flecha a la posición deseada, y conectar el aparato.

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2. Campos magnéticos fuertes La operación del osciloscopio en campos magnéticos fuertes, puede ocasionar que la forma de onda se module y que el trazo se incline. Por ejemplo, nunca se debe utilizar el aparato cerca de motores de alta potencia. 3. Tubo de Rayos Catódicos (TRC) Cuando la intensidad es incrementada y aparece continuamente un punto o una línea en la pantalla del TRC, pueden ocasionarse quemaduras en el fósforo de ésta. Por eso se sugiere mantener la intensidad del haz en un nivel apropiado, cuando se observen las formas de onda; durante los momentos que no se utilice el aparato, el nivel de intensidad debe bajarse y el trazo debe ser desenfocado. 45

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4. Alta temperatura y humedad Evitar la operación del osciloscopio en lugares extremadamente calientes o fríos. Se recomienda utilizar el aparato en sitios cuyo rango de temperatura sea de entre 0° y + 40° C y cuyo rango de humedad sea de entre 45% y 85%, ya que su operación en extremas condiciones ambientales puede reducir su tiempo de servicio. 5. Conexión a equipos sin transformador En algunos equipos sin transformador, el primario de la línea de alimentación es conectado al chasis.

Por lo que, cuando se conecta el osciloscopio a este tipo de equipos, debe tenerse cuidado para prevenir choques eléctricos. Esto se torna especialmente crítico al medirse circuitos CMOS, puesto que el aterrizaje puede ser muy peligroso y ocasionar serios daños al aparato; se recomienda entonces insertar un transformador 1:1 en la línea de alimentación, tal como se muestra en la figura 5.1 6. Conexión a tierra Tomado en cuenta que el osciloscopio tiene la tierra conectada al chasis, el cable de alimentación es de tres alambres.

Figura 5.1

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