Osciloscopiode Almacenamiento Digital

Electrónica Analógica

Osciloscopio de Almacenamiento Digital

Objetivo de Aprendizaje autogestivo: Que el alumno manipule con conocimiento de causa los controles de un osciloscopio de almacenamiento digital para realizar mediciones de amplitud y tiempo de señales deterministicas. Estrategia de aprendizaje: 1.‐ Leer cuidadosamente el contenido relacionado con los subsistemas del osciloscopio de almacenamiento digital. 2.‐ . Realizar las actividades correspondientes. 3.‐ . Responder el cuestionario.

¿Qué es un osciloscopio? Un osciloscopio es un instrumento de medición, el cual además de visualizar la forma de onda de una señal, realiza mediciones de Voltaje y de Tiempo.

Subsistemas de un osciloscopio 1. Diagrama a bloques de un osciloscopio de almacenamiento digital En la figura siguiente se muestra un diagrama de bloques de los distintos subsistemas de un osciloscopio digital y la relación entre ellos.

2. Descripción de subsistemas DISPARO El disparo determina el momento en que el osciloscopio empieza obtener datos y a presentar una forma de onda. Cuando se configura correctamente un disparo, el osciloscopio convierte las presentaciones inestables o las pantallas en blanco en formas de ondas descriptivas ver fig.2

FUENTE Puede utilizarse las opciones de fuente de disparo para seleccionar la señal que el osciloscopio utilizará como disparo. Las fuentes pueden ser cualquier señal conectada a un BNC de canal 1 y canal 2, al BNC DIS. EXT., o a la línea de alimentación (disponible sólo en disparos por flanco). TIPOS El osciloscopio ofrece tres tipos de disparo: por flanco, por video y por ancho de pulso. MODO S Puede utilizar un modo de disparo para definir la manera en que el osciloscopio adquiere los datos cuando no se detecte condición de disparo. Los modos son Automático y Normal. ACOPLAMIENTO Puede utilizar la opción de acoplamiento de disparo para filtrar la señal que va a pasar por el circuito de disparo. Esto puede ayudar a obtener una representación estable de la señal en la pantalla. Para utilizar el acoplamiento de disparo, pulse el botón de MENÚ DISPARO, seleccione un disparo por flanco o por pulso y una opción de acoplamiento. Para ver la señal condicionada que se pasa al circuito de disparo, en algunos osciloscopios incluyen una tecla, pulse y mantenga pulsado el botón VER SEÑAL DE DISPARO. POSICIÓN El control de posición horizontal establece el tiempo que transcurre entre el disparo y la línea central de la pantalla. PENDIENTE Y NIVEL Ayudan a definir el disparo la opción pendiente (sólo en el tipo de disparo por flanco) determina si el osciloscopio busca el punto de disparo en el flanco ascendente o en la bajada de una señal. El mando Nivel de disparo controla el lugar del flanco en el que se produce el punto de disparo.

3. Adquisición de datos Cuando se adquiere una señal, el osciloscopio la convierte en una forma digital y presenta una forma de Onda. El modo de adquisición define la manera en que la señal se digitaliza. Modos de adquisición Existen tres modos de adquisición: a) Muestreo En este modo, el osciloscopio realiza un muestreo de la señal a intervalos regulares. b) Detección de pico En este modo de adquisición, el osciloscopio busca los valores más altos y más bajo de la señal de entrada en cada intervalo de muestreo y utiliza dichos valores para presentar la forma de onda. c) Promediado En este modo de adquisición, el osciloscopio adquiere varias formas de onda, las promedia y presenta la forma de onda resultante 4. Base de tiempo. El osciloscopio digitaliza formas de onda adquiriendo el valor de una señal de entrada en distintos puntos. La base de tiempos permite controlar la frecuencia con que se digitalizan los valores. En la mayoría de los osciloscopios se ajusta la base de tiempos en una escala horizontal utilizando el mando TIME/DIV o SEC. /DIV. a) Escala y posición horizontal Puede ajustara el control de POSICIÓN HORIZONTAL para ver datos de la forma de onda hacia la izquierda o hacia la derecha. La escala horizontal de todas la formas de onda se cambia girando el mando SEC/DIV. b) Delayed: Visualiza la señal mediante una segunda base de tiempo en algún tramo de la misma para observar detalles que con la base de tiempo normal no son apreciables. 5. Vertical a) Acoplamiento Vertical La señal de entrada es acoplada al osciloscopio digital mediante un selector de entrada dc gnd ac. En el acoplamiento de dc la señal entra al osciloscopio digital puede contener un componente de frecuencia que va desde 0‐ 100 Hz. El acoplamiento de gnd la señal de

entrada es dirigida a tierra por lo que en la pantalla solo aparece una línea horizontal, en el acoplamiento de ac la componente de directa de la señal es rechazada mediante un filtro pasa altas. b) Escala y posición vertical Puede cambiar la posición vertical de las formas de onda desplazándola hacia arriba o hacia abajo en la pantalla. Puede cambiar la escala vertical de la forma de onda. La presentación de la forma de onda se contrae o expande con respecto al nivel de tierra. 6. Toma de medidas: El osciloscopio muestra gráficos comparativos de Voltaje y Tiempo que pueden ayudar a medir la forma de onda presentada. Existen varias maneras de tomar medidas: 1) Puede utilizar la retícula. 2) Los cursores. 3) Automáticas Medidas automáticas: a) Voltaje: Peak to Peak, Maximum, Minimum, Average, Amplitude, Top, Base , Overshoot, Preshoot, RMS (DC ). b) Tiempo: Frequency, Period, + Width, ‐ Width and Duty Cycle, Rise time, Fall time, Max, Min, Delay y Phase. Cursores: Tiempo (X, ΔX y 1/ΔX), tensión (Y y ΔY) c) Procesado de formas de onda: Suma, diferencia, producto, FFT, derivación e Integración..

INFORMACIÓN QUE TRANSMITE EL DISPLAY Los diferentes elementos del panel de control no tienen escalas cuantitativas y así mismo su función puede variar según el estado de operación que se encuentre el osciloscopio. Las informaciones correspondientes se visualizan directamente sobre los bordes del display, y se van modificando según se vaya accionando los elementos de control. La forma habitual de operar es mover los dispositivos de control y observar sobre el display los efectos que producen los cambios.

CONTROL DE LOS CANALES VERTICALES

Las sondas introducen una atenuación para compensar la capacidad parásita de entrada en la entrada del osciloscopio.

CONTROL DE LA BASE DE TIEMPO Fig.7 Control de base de tiempo

Medidas automáticas

Generales: Comunes a los diversos menus: Source: 1 o 2 : Selecciona el canal sobre el que se hacen las medidas. Clear Meas: Elimina las opciones de medida seleccionadas previamente. Next Menu y Previous menú: Opciones para navegar por los sucesivos menús.

Voltaje: Permiten calcular características sobre las tensiones de las formas de onda que se está visualizado en la pantalla.

Vpp : Tensión pico a pico de la señal representada en la pantalla. Vavg : Tensión media de la señal representada en la pantalla (nivel de continua). Vrms : Valor rms de la señal representada en la pantalla. Vmax: Valor de pico positivo de la señal representada en la pantalla. Vmin: Valor de pico negativo de la señal representada en la pantalla. Vtop: Valor estacionario positivo al que tiende la señal representada en la pantalla. Vbase: Valor estacionario negativo al que tiende la señal representada en la pantalla.

Tiempo: Permiten calcular caracteristicas de la temporización de las formas de onda que se están visualizando sobre la pantalla:

Freq: Frecuencia de la señal seleccionada. Period: Periodo de la señal seleccionada. Duty cycle: Relación pulso/no pulso de una señal cuadrada. ‐ Width, +Width, Rise time y Fall time: Cálculo de tiempos de una forma de onda tipo pulso.

Medida con las trazas

Los cursores son los recursos con los que el operador hace medidas sobre la pantalla. Los cursores horizontales (V) que miden tensiones y los cursores verticales (t) que miden tiempos pueden ser introducidos o retirados de la pantalla. Los valores numéricos que aparecen en la zona de medidas de la pantalla indican su situación.

Source (1/2): Se selecciona para evaluar la situación de los cursores horizontales las escalas de tensiones que corresponden a los canales 1 o 2. V1: Se visualiza el primer cursor horizontal. V2: Se visualiza el segundo cursor horizontal. t1: Se visualiza el primer cursor vertical. t2: Se visualiza el segundo cursor vertical. Clear Cursors: Deja de visualizar los cursores.

Modos de visualización

Display: Controla el origen de la traza que se visualiza en la pantalla. Normal: Se visualiza en la pantalla la señal que se ha adquirido en el último barrido. Peak Det: Monitoriza en la traza cualquier impulso de anchura superior a 5 μs aún cuando sea inferior al periodo de muestreo que corresponda a la base de tiempo establecida. (Sólo es necesaria en bases de tiempo mas lentas de 1ms/div) Average: Representa en la pantalla una traza que corresponde al promedio de las señales obtenidas en los 8,64, 256 últimos barridos. Con ello se reduce en un factor 2.8, 8 y 16 la amplitud de los ruidos que sean asíncronos con el instante de disparo.

Vector (Off/On): Elimina o introduce los segmentos que unen las sucesivas muestras de la traza. Grids (Off/On): Elimina o visualiza la regilla superpuesta a la pantalla.

Configuración del Osciloscopio

Autoscale: Configura automáticamente el osciloscopio de acuerdo con las señales que están presentes en sus canales. Setup: Permite salvar en memoria la configuración actual del equipo y recuperar una previamente salvada. 1/2/3/4/5: Código del registro de memoria para configuración con el que se trabaja. Save: Almacena en el registro de memoria la configuración actual del osciloscopio. Recall: Establece en el osciloscopio la configuración que previamente se almacenó en el registro de memoria. UndoAutoscale: Recupera la configuración que había antes de pulsar autoscale. DefaultSetup: Establece la configuración del osciloscopio de encendido. Trace: Permite almacenar en memoria las trazas que están visualizadas en la pantalla y recuperarlas posteriormente. Mem1/Mem2: Selección del registro de memoria para traza con el que se va a operar. Trace (Off/On): Visualiza o deja de visualizar la traza en la pantalla. Save to: Salva las trazas actuales de la pantalla en el registro de memoria. Clear: Borrar el registro de trazas de memoria. Recall setup: Recupera la configuración que había cuando se almaceno la traza en el registro seleccionado. Print/Utility: Conjuntos de comandos que permiten configurar el osciloscopio para comunicarse con otros equipos o para procesos de calibración y verificación.

Actividades No. 1 Realiza las actividades a, b, c, d, e.

En la pagina de http://proymoodle.cucei.udg.mx/ hay un archivo (lo que los reportes de actividades deben contener) donde le indica al alumno como reportar los resultados de su actividad.

a) Prueba de funcionamiento

Realice una rápida prueba para verificar que el osciloscopio funciona correctamente: 1.‐ .‐ Encienda el osciloscopio. 2.‐ .‐ Conecte la sonda al canal 1 del osciloscopio; alinee la ranura del conector de la sonda con el conector BNC de CH ‐ 1, en seguida enganche la punta de la sonda en el punto marcado como probe com output y el cable de referencia tierra del panel frontal esquina inferior derecha. 3.‐ Pulse primero botón Save/Recall y luego Default Setup, el osciloscopio se configura. 4.‐ Luego presione Autoescale, observara en la pantalla una onda cuadrada con una amplitud de de 5 divisiones y un periodo de 4 divisiones. Pulse el botón MENU CH ‐ 1 dos veces para eliminar el canal 1, pulse el botón MENU CH2 para mostrar el canal 2, repita los pasos 2‐ 4.

b) Compensación de la sonda manual La sonda que conecta la señal que se quiere observar con el osciloscopio deberá estar compensada la mayoría de los osciloscopios contemplan en su panel frontal un test poin (COMP SONDA), la cual brinda un tren de pulsos cuadrados de cierta amplitud y frecuencia (5 V p‐ p y 1 Khz) y es precisamente en este punto de prueba el que se aprovecha para compensar la misma; Ajuste al tornillo en la cabeza de la punta de prueba hasta obtener la forma de onda correcta en la pantalla: Como método alternativo a la comprobación de la sonda, puede realizar el siguiente ajuste de forma manual. 1.‐ Pulse el botón MENU CH 1, seleccione la opción sonda en 10X, establezca el conmutador de la sonda P2200 en 10X. 2.‐ Conecte la punta de la sonda al conector COMP SONDA y el cable de referencia al conector de tierra. 3.‐ Compruebe el aspecto de la forma de onda de las figura no.1. 4.‐ Si es necesario ajuste la sonda, girando el tornillo de la cabeza de la sonda.

c) Sistema de ayuda

El osciloscopio cuanta con un sistema de ayuda con temas que abarcan todas las características del osciloscopio. Basta mantener pulsado cualquier botón y en la pantalla aparecerá la descripción correspondiente.

Una práctica común para aprender sistemáticamente el uso del osciloscopio digital es mover los diferentes dispositivos de control y observar en el display los efectos que provocan los cambios. Como puedes apreciarse en la pantalla para este ejemplo se visualizan la información de los diferentes elementos del panel de control con respecto a la onda que se muestra Ejemplo: 1.‐ La escala del control vertical del canal 1 del osciloscopio de la fig. 1 esta en la escala de posición 10 V / div. ‐ Esta información coincide con valor pico a pico de la señal mostrada Te toca a ti seguir describiendo las características que te brindan el display y el panel frontal.

d) Medición del desfasamiento de dos señales Calcular el desfasamiento entre dos ondas que se generarán en el siguiente circuito, previamente conectando los dos canales del osciloscopio y el generador de funciones al circuito como se muestra en la siguiente figura:

El material requerido fue: 1 capacitor de 4.4 μF 1 resistencia de 22Ω 1 osciloscopio 1 generador de funciones Conforme se han conectado los componentes, se procede a echar a andar el generador de funciones a 800 Hz con una amplitud de 5V. La imagen del osciloscopio (previamente ajustado) es la siguiente:

Se puede observar el desfasamiento que sufre una de las ondas debido al capacitor conectado en serie con la resistencia. La ecuación para determinar el desfasamiento de las 2 ondas es la siguiente:

Utilizando el mismo circuito podemos usar un método alternativo llamado “método de Lissajous”, para obtener también el desfasamiento. El método consiste en cambiar el osciloscopio al modo X‐Y para así usar una fórmula que expresa el desfasamiento entre dos ondas

donde A y B se pueden observar en la siguiente imagen de Lissajous (así es como se ve en el osciloscopio):

Donde A es el punto donde el eclipse cruza el eje Y, observe que si el trazo es una lineal diagonal A=0 y A/B =0 por tanto el ARCOSEN (0) = 0, ESTO SIGNIFICA QUE LAS DOS ONDAS ESTAN EN FASE ( circuito RC en baja Frecuencia). Por otra parte si el trazo es un circulo A/B = 1, y el arcosen A/B ( en radianes ) =1.5 0 90º con lo que indica que las dos señales están pi/2 radianes o 90º fuera de fase ( circuito RC a alta freceuncia).

De esta manera usando cursores podemos encontrar los valores de A y B en el osciloscopio: A=2.15 B=4.15 Y sustituyendo en la fórmula:

¿Calcular el porcentaje de error para los tres casos? e) Como parte de la actividad uno conteste el siguiente cuestionario. 1.‐ ¿Para que es útil un osciloscopio? 2.‐ ¿Cuales son los principales subsistemas de un osciloscopio digital? 3.‐ ¿Cuáles son los tres modos de adquisición de señal? 4.‐ ¿Qué es la base de tiempo de un osciloscopio digital? 5.‐ ¿Que tipo de medidas existen en un osciloscopio digital? 6.‐ ¿Cómo probarías el buen funcionamiento de un osciloscopio digital? 7.‐ ¿Que función tiene la tecla autoescale? 8.‐ ¿Qué función tiene la tecla delayed? 9.‐ ¿Hasta que frecuencia puedo medir con este osciloscopio? 10..‐ ¿Que valor máximo de voltaje puedo medir con el osciloscopio?