EL OSCILOSCOPIO

 

EL OSCILOSCOPIO

Es un instrumento que mide  la señales eléctricas por medio de una representación gráfica, presenta las señales eléctricas en forma de coordenadas, esto lo podemos ver en una pantalla,  en la que normalmente el eje horizontal es “X” y es donde nos muestran los tiempos y por consiguiente el eje vertical es el eje “Y” y analiza las tensiones.

• 1. Botón de encendido/ apagado.
• 2. Control de posición horizontal.
• 3. Control de posición vertical.
• 4. Pantalla de visualización.
• 5. Selector de velocidad de barrido.Tiempo Division.
• 6. Control de brillo.
• 7. Control de enfoque.
• 8. Entrada canal A.
• 9. Entrada canal B.

Ajuste inicial de los controles

Después de conectar el osciloscopio a la toma de red y de alimentarlo pulsando en el interruptor de encendido: 

 Es necesario familiarizarse con el panel frontal del osciloscopio. Todos los osciloscopios disponen de tres secciones básicas que llamaremos: Vertical, Horizontal, y Disparo. Dependiendo del tipo de osciloscopio empleado en particular, podemos disponer de otras secciones.

Existen unos conectores BNC, donde se colocan las sondas de medida. 

La mayoria de los osciloscopios actuales disponen de dos canales etiquetados normalmente como I y II (ó A y B). El disponer de dos canales nos permite comparar señales de forma muy cómoda.

Algunos osciloscopios avanzados poseen un interruptor etiquetado como AUTOSET ó PRESET que ajustan los controles en un solo paso para ajustar perfectamente la señal a la pantalla. Si tu osciloscopio no posee esta caracteristica, es importante ajustar los diferentes controles del aparato a su posición standar antes de proceder a medir.

Estos son los pasos más recomendables:

• Ajustar el osciloscopio para visualizar el canal I. (al mismo tiempo se colocará como canal de disparo el I).

• Ajustar a una posición intermedia la escala voltios/división del canal I (por ejemplo 1v/cm).

 

• Colocar en posición calibrada el mando variable de voltios/división (potenciómetro central).

• Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales.
• Colocar el conmutador de entrada para el canal I en acoplamiento DC.

•  Colocar el modo de disparo en automático. 

  

• Desactivar el disparo retardado al mínimo ó desactivado.
• Situar el control de intensidad al mínimo que permita apreciar el trazo en la pantalla, y el trazo de focus ajustado para una visualización lo más nítida posible (generalmente los mandos quedaran con la señalización cercana a la posición vertical).

Los osciloscopios miden a través de un terminal activo o SONDA, que se conecta en algún punto del circuito, por lo que siempre mide tensiones eléctricas. Para estudiar señales de corriente, basta con analizar la tensión en una resistencia y dividir el valor obtenido entre el valor de la resistencia.

Qué podemos hacer con un osciloscopio?.

Basicamente esto:

• Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
• Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
• Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
• Localizar averias en un circuito.
• Medir la fase entre dos señales.
• Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo. 

 

Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:

• La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites. 

• La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos. 

• Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.

Por supuesto, también deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS. (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz).

  

Términos utilizados al medir

Existe un término general para describir un patrón que se repite en el tiempo: onda. Existen ondas de sonido, ondas oceanicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas de tensión. Un osciloscopio mide estas últimas. Un ciclo es la mínima parte de la onda que se repite en el tiempo. Una forma de onda es la representación gráfica de una onda. Una forma de onda de tensión siempre se presentará con el tiempo en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje vertical (Y).

La forma de onda nos proporciona una valiosa información sobre la señal. En cualquier momento podemos visualizar la altura que alcanza y, por lo tanto, saber si el voltaje ha cambiado en el tiempo (si observamos, por ejemplo, una linea horizontal podremos concluir que en ese intervalo de tiempo la señal es constante). Con la pendiente de las lineas diagonales, tanto en flanco de subida como en flanco de bajada, podremos conocer la velocidad en el paso de un nivel a otro, pueden observarse también cambios repentinos de la señal (angulos muy agudos) generalmente debidos a procesos transitorios.

Tipos de ondas

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:

• Ondas senoidales
• Ondas cuadradas y rectangulares
• Ondas triangulares y en diente de sierra.
• Pulsos y flancos ó escalones.

Ondas senoidales

Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal son también senoidales, la mayoria de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales senoidales. La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenomenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo. 

Ondas cuadradas y rectangulares

Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de señales contienen en si mismas todas las frecuencias). La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores.

Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales. 

Ondas triangulares y en diente de sierra

Se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico ó el barrido tanto horizontal como vertical de una televisión. Las transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas.

La onda en diente de sierra es un caso especial de señal triangular con una rampa descendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente. 

Pulsos y flancos ó escalones

Señales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan señales transitorias. Un flanco ó escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaria, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital ó también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

Medidas en las formas de onda

En esta sección describimos las medidas más corrientes para describir una forma de onda.

Periodo y Frecuencia

Si una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia (f). La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es igual al numero de veces que la señal se repite en un segundo, es decir, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo.
Una señal repetitiva también posee otro paramentro: el periodo, definiendose como el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo.
Peridodo y frecuencia son reciprocos el uno del otro:

Voltaje

Voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. Normalmente uno de esos puntos suele ser masa (GND, 0v), pero no siempre, por ejemplo se puede medir el voltaje pico a pico de una señal (V_pp) como la diferencia entre el valor máximo y mínimo de esta. La palabra amplitud significa generalmente la diferencia entre el valor máximo de una señal y masa. 

Fase

La fase se puede explicar mucho mejor si consideramos la forma de onda senoidal. La onda senoidal se puede extraer de la circulación de un punto sobre un circulo de 360º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360º. 

Cuando se comparan dos señales senoidales de la misma frecuencia puede ocurrir que ambas no esten en fase,o sea, que no coincidan en el tiempo los pasos por puntos equivalentes de ambas señales. En este caso se dice que ambas señales estan desfasadas, pudiendose medir el desfase con una simple regla de tres:

Siendo t el tiempo de retraso entre una señal y otra.

Sistema de visualización:    Intensidad

Se trata de un potenciómetro que ajusta el brillo de la señal en la pantalla.Este mando actua sobre la rejilla más cercana al cátodo del CRT (G1), controlando el número de electrones emitidos por este.

En un osciloscopio analógico si se aumenta la velocidad de barrido es necesario aumentar el nivel de intensidad. Por otra parte, si se desconecta el barrido horizontal es necesario reducir la intensidad del haz al mínimo (para evitar que el bombardeo concentrado de electrones sobre la parte interior de la pantalla deteriore la capa fluorescente que la recubre).

Sistema de visualización:    Enfoque

        Se trata de un potenciómetro que ajusta la nitidez del haz sobre la pantalla. Este mando actua sobre las rejillas intermedias del CRT (G2 y G4) controlando la finura del haz de electrones. Se retocará dicho mando para una visualización lo más precisa posible. Los osciloscopios digitales no necesitan este control. 

Sistema de visualización:    Rotación del haz

        Resistencia ajustable actuando sobre una bobina y que nos permite alinear el haz con el eje horizontal de la pantalla. Campos magnéticos intensos cercanos al osciloscopio pueden afectar a la orientación del haz.La posición del osciloscopio con respecto al campo magnético terrestre también puede afectar. Los osciloscopios digitales no necesitan de este control. Se ajustará dicha resistencia, con el mando de acoplamiento de la señal de entrada en posición GND, hasta conseguir que el haz esté perfectamente horizontal. 

Sistema vertical:    Posición

        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.

Sistema vertical:    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.

Sistema vertical:    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.

        Para realizar medidas es necesario colocarlo en su posición calibrada.

Sistema vertical:    Acoplamiento de la entrada

        Se trata de un conmutador de tres posiciones que conecta electricamente 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, permitiendonos situar el punto de referencia en cualquier parte de la pantalla (generalmente el centro de la pantalla cuando se trabaja con una sola señal). 

Sistema vertical:    Inversión

        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). 

Sistema vertical:    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. 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 msg. ó superior).  

Sistema vertical:    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. 

Sistema horizontal:    Posición

        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).

Sistema horizontal:    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 msg/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 µsg.

        El osciloscopio presentado puede visualizar un máximo de 2 sg en pantalla (200 msg x 10 divisiones) y un mínimo de 100 nsg por división, si empleamos la Amplificación  (0.5 µsg / 5). 

Sistema horizontal:    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.

        Para realizar medidas es necesario colocarlo en su posición calibrada.

Sistema horizontal:    Amplificación

        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).

Sistema horizontal:    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, utiles tanto para la medida de fase como de frecuencia.

Sistema de disparo:    Sentido

        Este control consta de un conmutador en forma de botón que permite invertir el sentido del disparo. Si está sin pulsar la señal se dispara subiendo (flanco positivo +) y si lo pulsamos se disparará bajando (flanco negativo -).Es conveniente disparar la señal en el flanco de transición más rápida.

Sistema de disparo:    Nivel

        Se trata de un potenciómetro que permite en el modo de disparo manual, ajustar el nivel de señal a partir del cual, el sistema de barrido empieza a actuar. Este ajuste no es operativo en modo de disparo automático.

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Explicación del funcionamiento del osciloscopio. Realizado por la universidad de granda en el departamento de tecnologia y electrónica: