Osciloscopio de Rayos Catodicos

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1. DEFINE EL OSCILOSCOPIO DE RAYOS CATODICOS(ORC)

1. Osciloscopio de rayos catódicos 2. Pantalla del osciloscopio 3. Barrido con circuito abierto 4. Barrido con circuito cerrado 5. Pila 6. Interruptor 7. Cátodo 8. Chorro o rayo de electrones dirigidos hacia la pantalla 9. Dispositivos de aceleración 10. Placas horizontales 11. Placas verticales

Es un instrumento que permite medir con gran precisión diferencias de potencial, corrientes, resistencias y otros parámetros eléctricos, en un amplio rango. Es una aplicación práctica de los rayos catódicos o electrones (partículas cargadas con electricidad negativa). Estas partículas se desprenden desde el cátodo de un circuito eléctrico cuando circula la corriente. Físicamente, es un verdadero cañón de electrones que se ubica en el interior de d e un tubo de alto vacío en el cual, en la cara opuesta al cátodo, se instala un pantalla (vidrio) recubierta de material fluorescente (tungstato de cadmio) que emite luz al ser impactada i mpactada por los electrones. Los electrones que salen del cátodo son acelerados en su trayectoria hacia el ánodo terminal que se encuentra en la pantalla. En la trayectoria de los electrones, que van configurando un verdadero haz, se han instalado dos placas llamadas horizontales entre las cuales pasa el haz de electrones. Estas placas están dispuestas verticalmente y ellas se pueden cargar eléctricamente a velocidad variable y controlada. Así, mientras una de ellas adquiere carga negativa la otra queda con carga positiva, estableciéndose entonces una diferencia de potencial entre ambas placas. Este cambio afecta al haz de electrones el cual se desvía horizontalmente, yendo a dar al lado de la pantalla donde está la placa

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con carga positiva. Así, el haz de electrones puede recorrer la pantalla de derecha a izquierda a la velocidad que es determinada a voluntad. Esto depende de la velocidad con que se cambien las cargas de una de las placas con respecto a la otra. Cuando esta velocidad es baja, se verá en la pantalla del osciloscopio un punto que se desplaza en sentido horizontal. Si la velocidad aumenta, se verá que el punto se desplaza con mayor rapidez y a velocidades más altas, el punto en movimiento se transformará en una línea. El osciloscopio dispone, además, de otro juego de placas llamadas esta vez, placas verticales. Estas pueden conectarse con fuentes de poder eléctrico (diferencias de voltaje), como por ejemplo, una pila eléctrica, cuyo potencial se puede medir. Si el polo positivo de la pila (ánodo) se conecta a la placa vertical inferior y el cátodo de la pila a la placa superior, esta última se cargará negativamente, lo cual provocará un salto vertical del haz de electrones en sentido descendente. Ello se traduciría en un desplazamiento de la línea de la pantalla a otra posición, en la parte inferior de ella. La magnitud del salto depende de la magnitud del voltaje de la pila, es decir, de la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo. Si se desconecta la pila del osciloscopio, la línea de la pantalla volverá a su posición inicial, que correspondería a una diferencia de voltaje igual a cero.

2. INDICA LAS CARACTERISTICAS PRINCIPALES ES UN ORC OSCILOSCOPIO ANALÓGICO 

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Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. Para solucionar este problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal (trigger level) o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada. Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla. Esto se soluciona colocando un potencial post-acelerador en el tubo de rayos catódicos. Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza. Otra forma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer toda la pantalla, y por ende pueden visualizarse señales de baja frecuencia pero se verá un punto desplazándose a través de la pantalla debido a que la persistencia fosfórica no es elevada. Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede utilizarse un osciloscopio con base de tiempo disparada. Este tipo de osciloscopio tiene un modo

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de funcionamiento denominado "disparo único". Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostrará este y sólo este, dejando de barrer una vez que la señal ya fue impresa en la pantalla. OSCILOSCOPIO DIGITAL Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales. La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo). La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como memoria, buffers, entre otros. Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes: 

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Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz. Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. también sirve para medir señales de tensión

3. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN ORC

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4. DEFINE EL TUBO DE RAYOS CATODICOS El tubo de rayos catódicos (CRT) es el corazón del CRO (Osciloscopio de rayos catódicos) y suministra una presentación visual de la forma de onda de una señal de entrada. Un CRT contiene cuatro partes básicas: 

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Un cañón de electrones para producir un flujo de electrones. Elementos de enfoque y aceleración para producir un haz de electrones bien definido. Placas deflectoras horizontales y verticales para controlar la trayectoria del rayo de electrones. Una ampolla de vidrio al vacío con una pantalla fosforescente que brilla en forma visible cuando incide sobre el haz de electrones.

5. INDICA Y EXPLICA LAS CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE UN TRC La finalidad del TRC es reproducir fielmente una imagen captada por la cámara del equipo emisor, a partir de la señal de video compuerta que recibimos en el receptor. Este tubo consiste en un cañón electrónico y una pantalla de fósforo dentro de una ampolla de cristal al cual se le ha realizado él vació. 6. DIBUJA UN ESQUEMA REFERENTE AL TRC E INDICA SUS PARTES Las partes que componen un TRC son: Filamento: Es el elemento calefactor del cátodo, es decir, le proporciona la energía calorífica necesaria para que se desprendan electrones del K. Cátodo: Cilindro hueco de níquel recubierto en su extremo derecho por sustancias emisoras de electrones (óxido de bario y estroncio). En su interior se encuentra el filamento. La tensión entre el K y el filamento no debe exceder del límite máximo marcado por cada tipo de tubo. Wenhelt: También conocida como rejilla de control consiste en un cilindro metálico con un orificio circular en el fondo, el cual rodea al cátodo y cuya misión es la de controlar el flujo de electrones que desde el K se dirigen a la pantalla. Ánodo acelerador: Existen 3, tienen forma de cilindro, ya dan una aceleración a los electrones a través de diferentes diferencias de potencial. Ánodo de enfoque: Como a partir del primer ánodo acelerador el haz se hace divergente, ese necesario concentrarlo y para ello se utiliza el ánodo de enfoque. Cada tubo tiene una tensión de enfoque óptima.

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Pantalla del tubo de imagen: Es la parte final del TRC y sobre la que va a incidir el haz de electrones que al chocar con ella producirá un punto luminoso. Está formada por: la parte externa de vidrio, la capa fluorescente que cubre la cara interna, y una película de aluminio vaporizado.

7. ¿QUÉ ES LA PANTALLA TRC? ¿CÓMO ESTA CONSTITUIDA? INDICA SUS CARACTERISTICAS La  pantalla fluorescente   del CRT está cubierta con fósforo. En el punto donde el haz de electrones golpea la pantalla, el fósforo emite una luz visible. El fósforo continúa emitiendo luz por un corto período de tiempo después que el haz ha cesado de golpearlo. Entonces, si el haz de electrones se mueve repetidamente a través de la pantalla a lo largo del mismo camino y si la acción se repite rápidamente la imagen "pintada" en la pantalla aparecerá como una línea sólida. Cuando el haz de electrones golpea la pantalla se genera calor y luz. El 90 por ciento de la energía del haz electrónico se convierte en calor y el 10 por ciento en luz visible. Por consiguiente, se debe tener cuidado y evitar que el haz queme y produzca huecos en la capa de fósforo. Esto se logra manteniendo la intensidad del haz en un valor pequeño, especialmente cuando el punto es estacionario. El enrejado o malla es el conjunto de líneas verticales y horizontales que se encuentran dibujadas permanentemente sobre la pantalla del CRT. Esta malla sirve como una escala para la medición de las cantidades mostradas por el CRT.

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8. DEFINE LO QUE ES UN CAÑON CONSTITUCION Y FUNCIONAMIENTO

ELECTRONICO.INDICA

SU

Los electrones son emitidos por un cátodo de caldeo, que tiene forma de un cilindro cerrado por un extremo mediante una plaquita. Esta placa está recubierta por óxidos de bario y estroncio que emiten un haz de electrones de alta densidad. El cátodo se calienta mediante un elemento calefactor en forma de hélice que está contenido en el cilindro. A continuación, y muy próximo al cátodo viene la rejilla de control que tiene un orificio más pequeño que la superficie emisora. Una segunda rejilla de control acelera los electrones que han pasado a través de la primera rejilla. El siguiente elemento dentro del tubo, es el denominado ánodo de enfoque. Que tiene forma cilíndrica con varios orificios. Finalmente, tenemos el ánodo acelerador.

El ánodo acelerador A2 está fijado a un potencial de varios miles de voltios respecto al cátodo. El primer ánodo de enfoque A1 funciona a un potencial V C que es aproximadamente   la cuarta parte de A2, V C+V    B.  La segunda rejilla R2 está conectada internamente a A2. Variando los potenciales V B  y V C se puede cambiar la energía del haz de electrones.   La rejilla de control R1 es siempre negativa respecto al potencial del cátodo C. La densidad del haz de electrones y por tanto, la intensidad de la imagen sobre la pantalla puede variarse cambiando esta diferencia de potencial, que recibe el nombre de tensión de polarización. Normalmente, la rejilla de control R1 funciona a un potencial de 20 voltios negativos respecto del cátodo. El tubo de rayos catódicos tiene dos pares de placas deflectoras que desvían el haz en dos direcciones mutuamente perpendiculares. Las placas no son completamente paralelas sino que se ensanchan para lograr grandes ángulos de desviación evitando que el haz de electrones choque contra los bordes de las placas. La diferencia de potencial entre las placas deflectoras suele ser de 0 a 45 voltios.

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9. ¿QUÉ CARACTERISTICAS PRESENTA EL TRC DE UN ORC DE 2 O MAS CANALES? El osciloscopio de doble canal se utiliza para obtener simultáneamente señales no periódicas en breve espacio de tiempo. Está constituido por un TRC con varios haces de electrones y varios juegos de pantallas deflectoras verticales; por ser un sistema muy caro apenas se usa en la actualidad.

10. TRAZA UN DIAGRAMA DE BLOQUES MÁS ELABORADO DE LA SECCIÓN VERTICAL Y HORIZONTAL DE ORC.

11. INDICA LAS CARACTERISTICAS Y EXPLICA LAS FUNCIONES DE CADA UNA DE LAS PARTES DE LA SECCION VERTICAL POSICION Este control consta de un potenciómetro que permite mover verticalmente la forma de onda hasta el punto exacto que se desee. Cuando se está trabajando con una sola señal el punto normalmente elegido suele ser el centro de la pantalla.

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CONMUTADOR Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema vertical. Por ejemplo si el mando esta en la posición 2 voltios/div significa que cada una de las divisiones verticales de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representan 2 voltios. Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 0.4 voltios. La máxima tensión que se puede visualizar con el osciloscopio presentado y con una sonda de 10X será entonces: 10 (factor de división de la sonda) x 20 voltios/div (máxima escala) x 8 divisiones verticales = 1600 voltios. En la pantalla se representa una señal de 1Vpp tal como la veriamos en diferentes posiciones del conmutador. MANDO VARIABLE Se trata de un potenciómetro situado de forma concéntrica al conmutador del amplificador vertical y podemos considerarlo como una especie de lupa del sistema vertical.

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ACOPLAMIENTO DE LA ENTRADA Se trata de un conmutador de tres posiciones que conecta eléctricamente a la entrada del osciloscopio la señal exterior. El acoplamiento DC deja pasar la señal tal como viene del circuito exterior (es la señal real).El acoplamiento AC bloquea mediante un condensador la componente continua que posea la señal exterior. El acoplamiento GND desconecta la señal de entrada del sistema vertical y lo conecta a masa, permitiéndonos situar el punto de referencia en cualquier parte de la pantalla (generalmente el centro de la pantalla cuando se trabaja con una sola señal).

INVERSION Es un conmutador de dos posiciones en forma de botón que permite en una de sus posiciones invertir la señal de entrada en el canal I (existen otros osciloscopios que invierten el canal II).

MODO ALTERNADO/CHOPEADO Es un conmutador de dos posiciones, en forma de botón, que permite, cuando nos encontramos en modo DUAL, seleccionar el modo de trazado de las señales en pantalla. En el modo alternado se traza completamente la señal del canal I y después la del canal II y asi sucesivamente.

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Se utiliza para señales de media y alta frecuencia (generalmente cuando el mando TIMEBASE está situado en una escala de 0.5 msg. ó inferior). En el modo chopeado el osciloscopio traza una pequeña parte del canal I después otra pequeña parte del canal II, hasta completar un trazado completo y empezar de nuevo. Se utiliza para señales de baja frecuencia (con el mando TIMEBASE en posición de 1 ms. ó superior). MODO SIMPLE/ DUAL/ SUMA Es un control formado por tres conmutadores de dos posiciones, en forma de botón, que permite seleccionar entres tres modos de funcionamiento: simple, dual  y suma. En el modo simple actuamos tan solo sobre el conmutador etiquetado como CH I/II. Si no está pulsado visualizaremos la señal que entra por el canal I y si lo está la señal del canal II. El modo dual se selecciona con el conmutador etiquetado DUAL. Si no está pulsado visualizaremos un solo canal (cual, dependerá del estado del conmutador CH I/II) y si lo está visualizremos simultáneamente ambos canales. El modo suma se selecciona pulsando el conmutador etiquetado I+II (si también lo está el etiquetado como DUAL) y nos permite visualizar la suma de ambas señales en pantalla.

12. INDICA LAS CARACTERISTICAS Y EXPLCIA LAS FUNCIONES QUE CUMPLEN CADA UNA DE LAS PARTES DE LA SECCION HORIZONTAL POSICION Este control consta de un potenciómetro que permite mover horizontalmente la forma de onda hasta el punto exacto que se desee. Cuando se está trabajando con una sola señal el punto normalmente elegido suele ser el centro de la pantalla.(Para observar mejor el punto de disparo se suele mover la traza un poco hacia la derecha).

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CONMUTADOR Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema de barrido horizontal. Por ejemplo si el mando esta en la posición 1 ms/div significa que cada una de las divisiones horizontales de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representan 1 milisegundo. Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 200 µs. El osciloscopio presentado puede visualizar un máximo de 2 s en pantalla (200 ms x 10 divisiones) y un mínimo de 100 ns por división, si empleamos la Amplificación (0.5 µs / 5).

MANDO VARIABLE Se trata de un potenciómetro situado de forma concéntrica al conmutador de la base de tiempos y podemos considerarlo como una especie de lupa del sistema horizontal.

AMPLIFICACION Este control consta de un pequeño conmutador en forma de botón que permite amplificar la señal en horizontal por un factor constante (normalmente x5 ó x10). Se utiliza para visualizar señales de muy alta frecuencia (cuando el conmutador TIMEBASE no permite hacerlo). Hay que tenerle en cuenta a la hora de realizar medidas cuantitativas (habrá que dividir la medida realizada en pantalla por el factor indicado).

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XY Este control consta de un pequeño conmutador en forma de botón que permite desconectar el sistema de barrido interno del osciloscopio, haciendo estas funciones uno de los canales verticales (generalmente el canal II). Como veremos en el capítulo dedicado a las medidas esto nos permite visualizar curvas de respuesta ó las famosas figuras de Lissajous, útiles tanto para la medida de fase como de frecuencia.

13. EXPLICA LAS CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE UN ORC CON ENTRADA DIFERENCIAL la característica del osciloscopio con entrada diferencial es que tiene dos terminales además del terminal de tierra para cada canal amplificador. Con una entrada diferencial, se puede medir el voltaje entre dos puntos no aterrizados de un circuito. Simplemente se conecta cada punto a uno de los dos terminales de la entrada diferencial y el amplificador electrónicamente sustrae los niveles de voltaje aplicados a los dos terminales y despliega la diferencia en la pantalla. Además, interferencias indeseadas y ruido en la señal se reducen con el uso del amplificador diferencial. Sin embargo, un amplificador diferencial es más complejo que un amplificador simple y por tanto los osciloscopios equipados con entradas diferenciales son más costosos. 14. EXPLICA EL FUNDAMENTO DE LOS ORC DE DOBLE TRAZO, DOBLE HAZ Y EL HAZ COMPARTIDO. DOBLE HAZ Este método utiliza un TRC especial en el cual se conforman dos haces de electrones. La deflexión horizontal, es decir, el eje del tiempo es el mismo para ambos haces, esto lo hace con un conjunto común de placas de deflexión horizontal  y una misma base de tiempo. La deflexión vertical la hace por medio de dos pares de placas de deflexión vertical.

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DOBLE TRAZO El tubo de rayos catódicos de un osciloscopio de doble trazo ha de disponer de dos cañones electrónicos y dos pares de placas de deflexión verticales. Ambos sistemas de deflexión son excitados por distintos amplificadores (canal A y canal B) de forma interrumpida. HAZ COMPARTIDO Otra forma de obtener un rayo doble consiste en dividir el rayo en dos. Después de la división cada rayo se desvía mediante una pareja de placas de deflexión vertical. Esta tecnología recibe el nombre de TRC de rayo compartido.

15. ¿CUÁLES SON LOS MODOS DE EMPLEO DEL ORC? EXPLIQUE CADA UNO. Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión,  ritmo cardiaco, potencia de sonido,  nivel de vibraciones en un coche, etc. 16. INDICA PROCEDIMIENTOS DE EMPLEO DEL ORC EN CADA UNO DE SUS MODOS (APLICACIONES). El aparato que se utiliza para medir el ritmo cardiaco es el osciloscopio, utiliza una señal física o vibraciones y las transforma en impulsos eléctricos para así mostrar en pantalla la actividad o no para este caso del corazón, pero el osciloscopio puede medir otras cosas como la presión arterial.

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BIBLIOGRAFIA Osciloscopio (Por Agustín Borrego Colomer) http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso0304/cce/practicas/manuales/osciloscopio/osciloscopio.htm 

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Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento de Ingeniería Eléctrica Experiencia Nº4: Osciloscopio http://www2.ing.puc.cl/~iee2172/files/instrumentacion/osciloscopio_guia.p df Electrónica Fácil http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Tubos-Rayos-Catodicos.php