Prctica 6

INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVASDIQILABORATORIO DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESIQIE

DIQI

PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N 6

FUNCIONAMIENTO Y OPERACIN DEL OSCILOSCOPIO

PRACTICA N6

Funcionamiento y Operacin del OsciloscopioOBJETIVOS GENERALES Al trmino de la prctica el alumno conocer las partes que integran un osciloscopio, as como su uso. Encontrara las aplicaciones que se le dan al osciloscopio, obteniendo las diferentes ondas senoidales y rectificadas, con diodos semiconductores. Definir el uso de cada uno de los controles encontrados en el osciloscopio, tanto fsicamente como en video. En esta prctica se demostrara que la corriente alterna se transmite en forma senoidal, y se pretende mostrar tambin otras propiedades como su fase, amplitud, periodo y frecuencia. Establecer como el osciloscopio desempea un papel fundamental en el laboratorio de electricidad aplicada.

MATERIAL EMPLEADOa) Fuente de energa de C.A. (127 V de C.A.)b) Fuente de energa de C.D. (0 a 20 volts.)c) Osciloscopiod) Generador de funciones (modelo 4040 A para 20MHz)e) Puente de rectificacin (4 diodos rectificadores 1N4004) f) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Wattsg) Resistencia de 100 a Watt h) Resistencia de 270, 2 Watt o 330i) Resistencia de 1 K, Wattj) Diodo rectificador de silicio (1N4004)k) Terminales de tornillosl) Terminales de caimanes (20 pares)m) Voltmetro de C.A. y C.D.n) Ampermetro de C.A. y C.D.o) Cable para conexiones o 20 (caimanes pares)p) Multmetro digital.q) Tabla de perfocel de 40 x 40

CONSIDERACIONES TERICASEl osciloscopio es uno de los ms importantes aparatos de medida que existen actualmente. Representa grficamente las seales que le llegan, pudiendo as observarse en la pantalla muchas ms caractersticas de la seal que las obtenidas con cualquier otro aparato.Con el osciloscopio, no solo podemos averiguar el valor de una magnitud, sino que, entre otras muchas cosas, podemos saber la forma que tiene dicha magnitud, es decir, podemos obtener la grafica que la representa. Una grafica es una curva que tiene dos ejes de referencia, el denominado de abscisas u horizontal y el eje de ordenadas o vertical. Para representar cada punto de la grafica tenemos que dar dos coordenadas, una va a corresponder a su posicin respecto al eje horizontal y la otra va a ser su posicin respecto al eje vertical. Esta grafica se va a representar en la pantalla que tienen todos los osciloscopios.La forma de trabajo de un osciloscopio consiste en dibujar una grafica debido al movimiento de un haz de electrones sobre una pantalla de fosforo que es la parte interna del tubo de rayos catdicos. Parar representar dicha seal sobre el tubo se realiza una diversin en 2 partes: seal vertical y seal horizontal. Dichas seales son tratadas por diferentes amplificadores y, despus de, son compuestas en el interior del osciloscopio.Un osciloscopio puede ser utilizado para estudiar propiedades fsicas que no generan seales elctricas, por ejemplo las propiedades mecnicas. Para poder representar en la pantalla del osciloscopio en la pantalla del osciloscopio dichas propiedades, es necesario utilizar transductores que conviertan la seal que le llega, en este caso la mecnica, en impulsos elctricos. Un osciloscopio es un aparato que se basa su funcionamiento en alta sensibilidad que tiene a la tensin, por lo que se podra entender como un voltmetro de alta impedancia. Es capaz de analizar con mucha precisin cualquier fenmeno que podamos transformar mediante un transductor de tensin elctrica.Partes de un osciloscopioLas partes principales de las que est formado todo osciloscopio son: el tubo de rayos catdicos, un amplificador para la seal vertical y otro para la horizontal, una fuente de alimentacin, una base de tiempos y un sistema de sincronismo.El tubo de rayos catdicos es lo que comnmente denominamos pantalla, aunque no solo est compuesto esta sino que en el interior tiene ms partes. El fundamento de estos tubos es igual al de la televisin. Su principal funcin es que permite visualizar la seal que se est estudiando, utilizando para ello sustancias fluorescentes que proporcionan una luz normalmente verde.En la pantalla aparecen un conjunto de lneas reticuladas que sirven como referencia para realizar las medidas. Dichas lneas estn colocadas sobre la parte interna del cristal, estando as la traza dibujada por el haz de electrones y la cuadricula en el mismo plano, lo cual evita muchos errores de apreciacin. Segn el modelo de osciloscopio la cuadricula que se utiliza puede ser de un tamao o de otro. Algunos de los ms comunes son de 8x10, 10x10, 6x10, etc. Adems de las divisiones principales representadas por la cuadricula, normalmente suele haber otras subdivisiones que son utilizadas para realizar medidas ms precisas.Otra de las partes del osciloscopio es la base de tiempos. La funcin de este circuito es conseguir la tensin aplicada aparezca en la pantalla como funcin del tiempo. El sistema de coordenadas est formado por el eje vertical y el horizontal, siendo en este ltimo donde se suelen representar los tiempos. El circuito de base de tiempos debe conseguir que el punto luminoso se desplace peridicamente y con una velocidad constante en el eje horizontal sobre la pantalla de izquierda a derecha, volviendo luego rpidamente a la posicin original y repitiendo todo el proceso. Para conseguir este proceso el circuito de base de tiempos debe proporcionar a las placas horizontales una tensin hasta un punto mximo, a partir del cual desciende rpidamente en lo que se denomina tiempo de retorno, ya que retorna al punto original (0 de tensin).El tiempo que se tarda en alcanzar el punto mximo de tensin es exactamente el mismo que se va a tardar en recorrer toda la pantalla de izquierda a derecha en el eje horizontal. El tiempo de retorno es lo que se tarda en volver al punto origen de la pantalla, es decir, a la izquierda de la misma. El tiempo en recorrer la pantalla de izquierda a derecha siempre va a ser mayor que el tiempo de retorno; de hecho, cuanto menor sea el tiempo de retorno mejor ser la reproduccin de la seal en la pantalla. Segn sea la frecuencia de la tensin de diente de sierra, el punto luminoso se desplazara con mayor rapidez menor en la pantalla. Por lo tanto, nos interesa que el circuito de base de tiempos proporcione una frecuencia variable, para que el rango de frecuencias que se puedan analizar sea muy grande y abarque desde las frecuencias muy cortas hasta las muy elevadas.El amplificador horizontal tiene como cometido amplificar las seales que entren por la entrada horizontal (X). Normalmente se emplea para amplificar las seales que son enviadas desde el circuito de base de tiempos. A dichas seales se les proporciona una amplitud suficiente para que se pueda producir el desvo del haz de electrones a lo ancho de toda la pantalla. Algunas veces no es necesario conectar las seales de la base de tiempos ya que estas tienen la amplitud necesaria. Por lo tanto, como ya hemos dicho, no solo se va a amplificar la seal de la base de tiempos sino que podemos amplificar cualquier seal y luego componerla con la seal procedente del sistema vertical para obtener la grafica final que va a aparecer en la pantalla.El amplificador vertical es, como su nombre indica, el encargado de amplificar la seal que entre por la entrada vertical (Y). Para que el osciloscopio sea bueno debe de ser capaz de analizar seales cuyos valores estn comprendidos en un rango lo ms grande posible. Normalmente, los amplificadores verticales constan de tres partes: Amplificador, atenuador y seguidor catdico.El amplificador vertical es el encargado de aumentar el valor de la seal. Est formado por un preamplificador que suele ser un transistor y es el encargado de amplificar la tensin. Despus, tenemos unos filtros que son los encargados de que el ancho de banda de paso sea lo mayor posible, y pueden aumentar tanto la banda de bajas como de altas frecuencias. Por ltimo, se pasa por el amplificador final que se puede estar formado por uno o dos transistores. Hay veces que la seal que llega es demasiado grande y necesitamos disminuirla, con este fin se utilizan los atenuadores, que son una parte de los amplificadores, aunque su funcin no es aumentar la seal sino todo lo contrario, disminuirla. Esta en disminucin de la seal es necesaria en algunos casos para que no se produzca distorsin, pudiendo disminuirse en 10, 100, etc., veces el valor de la amplitud inicial.Despus de producirse la disminucin de la seal suele ser necesario el uso de un seguidor catdico, cuya funcin consiste en adaptar las impedancias de entrada del osciloscopio a la salida del emisor del transistor.El sistema de sincronismo es el encargado de que la imagen que vemos en el tubo de rayos catdicos sea estable. Para poder conseguir esto se utiliza una seal de barrido que tiene que ser igual mltiplo de la frecuencia de la seal de entrada (vertical). Para sincronizar la seal vertical con base de tiempos ( seal horizontal) se puede utilizar la denominada sincronizacin interna. Consiste en inyectar en el circuito base de tiempos la tensin que se obtiene del nodo o del ctodo del amplificador vertical (dependiendo de cul sea la ms adecuada). As se consigue que el principio de la oscilacin de la base de tiempos coincida con el inicio del ciclo de la seal de entrada. Este tipo de sincronizacin no siempre es el ms adecuado. Existen otros tipos de sincronizacin como la sincronizacin externa y la sincronizacin de red.Por ltimo, todo el osciloscopio necesita una fuente de alimentacin que va a ser encargada de proporcionar las tensiones necesarias para alimentar las diferentes etapas que forman los circuitos de un osciloscopio.Controles de un osciloscopioExisten diferentes controles para cada una de las partes de un osciloscopio; as, hay mandos para centrar la imagen vertical y horizontalmente, para dar brillo, intensidad, etc. Segn la parte del osciloscopio que analicemos y el tipo osciloscopio que tengamos vamos a encontrarnos con unos controles u otros. Aunque hay un conjunto bastante amplio de controles que se encuentran en todos los osciloscopios.Uno de los controles tpicos del sistema de visualizacin es el control de la intensidad que proporciona ms menos brillo a la grafica que vamos a ver en la pantalla ya que, segn sean las condiciones externas, podemos necesitar ms o menos brillo en la pantalla. Otro control de la visualizacin es el control del foco que controla el lugar donde se va a enfocar el haz de electrones sobre la pantalla del tubo de rayos catdicos. Con este mando tambin se puede controlar el grosor del trazo de la grafica.El sistema vertical tambin tiene varios controles propios. Existe un control de la amplificacin vertical. Con el podemos polarizar ms o menos la base del transistor encargado de amplificar la seal vertical. En la pantalla del osciloscopio esta amplificacin se traduce en la altura de la grafica que vamos a ver. Con el control de la posicin vertical se puede colocar la traza en una zona u otra de la pantalla.Los controles para el sistema horizontal son bastante parecidos a los del sistema vertical. Hay un control de la amplificacin horizontal que es el encargado de controlar la ganancia del amplificador horizontal, lo que se traduce en el ancho de la grafica. Tambin existe un mando para centrar la imagen horizontalmente. Para el sistema de sincronismo existen varios controles. El control de sincronismo y el control de ajuste de barrido se utilizan conjuntamente .

El primero asegura inmovilidad de la imagen actuando sobre la base de tiempos y el segundo permite el control de la frecuencia de la base de campos. Otro control necesario es el control de la frecuencia de barrido. Es un conmutador que permite fijar los mrgenes de frecuencia de la base de tiempos.Existen otros mandos totalmente necesarios en el osciloscopio. Un mando que tienen prcticamente todos los aparatos electrnicos es el interruptor que enciende o apaga el aparato al conectarlo o desconectarlo de l red. Tambin suele haber un botn que permita conectarse a una red de 125 de 220. Hay dos bornes para las entradas horizontal y vertical. Existen muchos ms controles especficos de cada modelo de osciloscopio.Ajuste del osciloscopioAl trabajar con el osciloscopio es muy importante saber usar los controles que tiene, ya que, aunque la medida que est realizando sea correcta, si la pantalla no est bien ajustada podemos obtener una representacin incorrecta. La posicin de dichos controles se debe comprar antes de realizar la medida. Debemos comprobar los controles de posicin tanto vertical como horizontalmente, los controles relacionados con el sincronismo, la intensidad, el foco, etc.Es muy comn que en la pantalla no aparezca la medida realizada por una mala colocacin de algn mando por lo que, en este tipo de aparatos de medida, es importantsimo revisar continuamente la posicin de todos los controles. La forma ms correcta de colocar los controles antes de encender el aparato es la siguiente: lo primero es ver que la tensin coincide con la de la red donde vayamos a enchufar al aparato. El mando del brillo hay que ponerlo bastante alto para poder localizar bien el punto luminoso que vamos a obtener, una vez encendido bajaremos el nivel de este mando. El mando de control del foco debemos ponerlo ms o menos en la mitad de su recorrido, el sincronismo lo podemos en el modo interno y el selector de barrido y ajuste de frecuencia en un valor pequeo y el mando de ganancia horizontal lo ponemos al mnimo.Despus encendemos el osciloscopio y, tras esperar un tiempo para que todo se prepare, podemos observar un punto luminoso, ya que el mando horizontal estaba al mnimo. Segn vayamos aumentando el mando de ganancia horizontal vamos a ver cmo el punto luminoso se va convirtiendo en una lnea horizontal que va aumentando hasta ocupar toda la pantalla, disminuyendo un poco dicha ganancia si la lnea sobrepasa los lmites de la pantalla. Est lnea que se ha obtenido hay que encuadrarla en el centro de la pantalla usando los mandos de posicin vertical y horizontal. Otra operacin que debemos realizar antes de introducir la seal es enfocar bien el trazo para que sea lo ms ntido posible. Con todos estos ajustes no vamos a conseguir una visualizacin completa ya que siempre tendremos que retocar un poco ms cuando aparezca la seal en la pantalla.Parmetros de un osciloscopioPara que un osciloscopio funcione bien es muy importante el diseo que se ha realizado de este. Despus de elegir un buen diseo es igual de importante comprobar que cumple todas las especificaciones que de el se requieren a la hora de realizar una medida. Para que esto sea posible es necesario hacer una calibracin adecuada del aparato, ya que, de lo contrario, podra funcionar mal y no realizar las medidas adecuadas.Uno de los parmetros que se deben tener en cuenta es el tiempo de respuesta ya que afecta a la exactitud de los tiempos de transicin medidos. Para que el osciloscopio sea bueno tiene que ser ms rpido que la seal observada. Otro parmetro importante es el ancho de banda. Al disear un osciloscopio es importante procurar que los canales verticales tengan un ancho de banda grande, abarcando desde frecuencias pequeas hasta las ms grandes posibles. Normalmente suele haber una constante que relaciona el ancho de banda y e tiempo de respuesta del osciloscopio, por lo que ambos parmetros estn relacionados.Aplicaciones del osciloscopioEl osciloscopio es probablemente uno de los instrumentos ms importantes en el laboratorio de cualquier aficionado o profesional de la electrnica, pudiendo sustituir con xito a otros medidores, como pueden ser el frecuencmetro o el voltmetro.Los mandos bsicos Cuando vemos por primera vez un osciloscopio es probablemente que nos asustemos por la gran cantidad de mandos de manejo que tiene, pero si analizamos estos detenidamente podemos ir comprobando que no es tan complicado manejar un osciloscopio.Bsicamente se pueden dividir en dos grandes grupos, el grupo de botones que afecta al eje horizontal y el que afecta al eje vertical. En un osciloscopio de doble trazo, que es lo ms normal, estn duplicados todos los botones de manejo del eje vertical, ya que necesitemos controlar independientemente cada canal.Mandos del eje vertical Estos botones controlan el amplificador de entrada de la seal que ms tarde se aplicara a las placas deflectores del eje vertical. El mando principal es el que representa la magnitud, dada en mili volts volts, que tendr cada cuadricula en sentido vertical. Normalmente alcanza desde los valores de 20 volts por divisin, hasta 10, 5, 2 mV por divisin, dependiendo de la calidad del aparato. Normalmente, cuanto mejor sea el amplificador utilizado para este fin, mayor sensibilidad y precisin tendr la indicacin.Sobre este mando, normalmente se encuentra otro botn del tipo control, cuya finalidad es ampliar la seal en pantalla para hacerla ms grande y poder observarla ms claramente. El inconveniente de esta funcin es que se pierde la escala de referencia, es decir, si tenemos el mando en 20mV por cada cuadrcula, al accionar el magnificador de imagen, ya no tendremos la misma referencia y no seremos capaces de poder medir una seal con precisin.Otro mando, tambin del tipo potencimetro, es del que regula la posicin, en sentido vertical, que tendr la seal sobre pantalla. Con l se puede mover arriba y abajo la onda que estemos visualizando para colocarla sobre alguna referencia conocida y as poder medir con mayor precisin. Algunas veces tenemos seales en las que se monta una tensin continua de valor fijo. A la hora de representar esto en el osciloscopio el resultado es que la parte de seal alterna, que es lo que nos interesa, queda demasiado arriba o incluso desaparece de la pantalla. Esta situacin se puede evitar con un interruptor que elimina la parte de continua de cualquier seal de entrada. Este conmutador nos permite elegir si queremos que la seal se represente con su parte de corriente continua o que aparezca la parte cambiante de la seal. Tambin sirve para referenciar la entrada del canal corresponde con la masa del aparato, es decir, conecta la entrada a masa.Estos se utilizan para manejar la base de tiempos que utilizara el osciloscopio para representar las seales. El mando principal de estos es el que selecciona el tiempo que marca cada divisin. Con este elegimos en realidad la frecuencia que tendr el barrido del haz sobre la pantalla, y el resultado prctico ser que la seal que estamos visualizando aparece en pantalla de una forma ms grande o pequea, en sentido horizontal. Cuando tenemos frecuencias ms altas tendremos que seleccionar tiempos ms bajos y, cuando las frecuencias son bajas haremos lo contrario.Las posiciones que puede tener este mando varan de un aparato a otro, sobre todo en los tiempos ms lejos. Para un osciloscopio de 20MHz, la base de tiempos puede llegar hasta 0.1 s por divisin. Cuando tenemos aparatos con un margen de frecuencia mayor, la divisin ms baja tambin deber ser de un tiempo inferior. En el centro de este mando suele ser normal que haya otro tipo potencimetro que ampla la imagen para poderla ver con ms detalle, igual que ocurra con el mando de amplitud vertical. En este caso tambin se pierde de la referencia de las divisiones cuando se utiliza esta opcin.Dentro de este aparato podemos encontrar otro grupo de mandos que se encargan de regular y controlar el disparo de la seal. Para que lo entendamos ms claramente, el disparo es el momento exacto en el que la seal se empieza a representar en la parte izquierda de la pantalla.Esta referencia es muy importante para hacer ciertos tipos de medida de la seal relacionados con su frecuencia o con su fase. El disparo de la seal se tiene que producir en cada barrido de haz, es decir, en cada representacin de la onda sobre la pantalla. Cuando esto no se produce por algn motivo, el resultado es que tenemos una imagen inestable, con una onda que se mueve continuamente de atrs hacia adelante o al revs. Para evitar este tipo de cosas tenemos cierto control sobre el sistema de disparo del osciloscopio. En los aparatos de doble trazo es posible decidir si el disparo se producir con la seal procedente del canal 1 en la del canal 2. Con otro mando podemos elegir el rango aproximado de frecuencias con las que trabajaremos, para que de alguna forma el sincronismo de disparo se produzca ms fcilmente. Igualmente, se puede seleccionar con sendos mandos, el nivel de amplitud de la seal en el momento de disparo, o si queremos que este se produzca en el semiciclo positivo o negativo de la onda.Tambin se puede hacer que la seal quede sincronizada con otra distinta de la que estamos representando. Para ello empleamos la opcin de disparo exterior y, por otra entrada especial, aplicaremos la seal que nos servir como referencia de disparo.

Otros mandos del osciloscopioAunque las principales funciones ya estn descritas, existen otros mandos que aunque sean secundarios tambin son interesantes de aprender. Relacionados en gran medida con los amplificadores del eje vertical estn una serie de pulsadores que modifican el aspecto visual de la seal de entrada. Por ejemplo, se puede invertir la onda y visualizarla al revs, o tambin se pueden sumar los dos canales, de modo qu3e obtengamos otra forma de onda y resultado de la suma algebraica de las dos. Existen otros mandos capaces de eliminar el barrido horizontal, de modo que en la pantalla slo se aparece un punto en el centro. Esto se utiliza para aplicar directamente una seal en el eje vertical y otra directamente al eje horizontal, para medida de desfases entre dos seales, o para medir una frecuencia a partir de otro patrn.En algunos aparatos de cierta calidad podemos encontrar lneas de retardo. Se utilizan para retrasar el tiempo que transcurre entre el disparo de la seal y la representacin en pantalla. Esto es muy prctico cuando se intenta ver impulsos muy distanciados uno de otro, que en condiciones normales quedaran representados fuera de pantalla.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 11.-Un dispositivo semiconductor no puede soportar una sobrecarga de corriente, cuando esto sucede, el diodo quedara daado permanentemente. Generalmente se sigue el procedimiento para determinar si un diodo esta en buen estado y constituye tambin una demostracin practica de la polarizacin inversa y directa usando la fuente de potencial que se tiene en un ohmmetro.Coloque el ohmmetro en la escala de R x 100. La terminal comn del voltmetro debe tener polaridad negativa. Conecte el ohmmetro al diodo en la condicin de polarizacin directa, como se indica en la figura 1a y mida su resistencia en sentido directo.RDIRECTA= _____________________________ Ohm

Observaciones.

Es importante verificar que la conexin de circuito sea correcta para que no exista un corto o algo parecido. Es necesario haber estudiado el tipo de instalacin que se va hacer. Por qu pudiera ser que en algunos casos se necesite corriente alterna y en otras corrientes directas. Tomar en cuenta el voltaje al que va a estar al igual que las resistencias que se utilizaron.

Conclusin.

La electricidad es muy importante en la vida cotidiana ya que con ello funciona todo desde el celular hasta en un carro, por ello debemos de saber qu tipo de corriente utiliza cada objeto, tomar en cuenta las medidas de seguridad para manejar la corriente dependiendo del tipo de instalacin y as poder armar nuestro circuito. En este caso es ms fcil manejar la corriente alterna debido a que es ms fcil de distribuir y que se puede incrementar o reducir con los transformadores. La mxima corriente para un circuito est limitada para la resistencia de los conductores, la potencia disipada en los cables, causa un calentamiento de estos en casos muy extremos se pueden incendiar o incluso fundirse. Para esto se utiliza un fusible para cortar la corriente.

Nayeli Diego Aquino