1 El Osciloscopio Y Generador De Funciones.docx

EL OSCILOSCOPIO Y GENERADOR DE FUNCIONES 1. OBJETIVOS Capacitarse con el manejo del Osciloscopio y Generador de Funciones; asimismo entender las magnitudes registradas por los instrumentos del laboratorio de este curso. 2. MARCO TEORICO 2.1 OSCILOSCOPIO Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría. 𝑈 =𝐴∗𝐻 U: Tensión o amplitud en voltios de la señal medida. H: Altura o amplitud en divisiones DIV de la imagen en la pantalla del osciloscopio. A: Coeficiente de deflexión en VOLTS/DIV ajustado en la perilla del canal correspondiente. 𝑇 =𝐿∗𝑍 T: Tiempo en segundos de un periodo. L: Longitud en DIV de un periodo de onda en la imagen de la pantalla del osciloscopio. Z: Coeficiente de tiempo en SEG/DIV ajustado en el conmutador de la base de tiempos.

2.1.1 OSCILOSCOPIO ANALÓGICO La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos. Limitaciones del osciloscopio analógico El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento:

 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 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.

2.1.2 OSCILOSCOPIO DIGITAL En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD. En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo. 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:  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.

2.2 GENERADOR DE FUNCIONES En 1943 Hewllet-Packard(HP) desarrolló el primer generador de funciones para el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos. En este mismo año, HP se convierte en líder reconocido en la producción de estos dispositivos. Un generador de funciones es un instrumento utilizado en electrónica para generar las diferentes formas que una onda eléctrica puede adoptar, permitiendo modificarlas mediante la atenuación o la introducción de ruido. Se usa en el desarrollo, prueba y reparación de aparatos electrónicos Existen dos tipos de generadores, los analógicos y los digitales. Los de tipo analógico generan los tipos básicos de ondas eléctricas: sinusoidal, cuadrado y triangular, mientras que los digitales pueden generar cualquier tipo de onda.

Los analógicos basan la producción de todos los tipos de ondas en la triangular. La onda triangular se produce por la carga y descarga de un capacitor. Este cambio en la carga del capacitor produce una variación ascendente y descendente del voltaje. A medida que el voltaje alcanza sus valores máximo y mínimo, un comparador (dispositivo electrónico que compara dos voltajes o corrientes, cambiando su salida para indicar cuál es mayor) revierte el proceso de carga y descarga del capacitor. Este comparador permite también la generación de los restantes tipos de ondas. Mediante la variación de la corriente y el tamaño del capacitor pueden obtenerse diferentes frecuencias. Sin embargo los generadores digitales utilizan el DDS (Direct Digital Shyntesis), un tipo de sintetizador de frecuencias, que permite la producción de todo tipo de ondas. Generalmente, presentan las siguientes partes:  Botón de encendido.  Una luz, que indica si el generador está o no encendido.  Botones de función, que permiten seleccionar las diferentes funciones que el aparato puede generar.  Botones de rango, posibilitan la elección de la frecuencia de la onda en el conector de salida.  Control de frecuencia, junto con el rango, permiten el ajuste de la frecuencia en el conector de salida.  Control de amplitud, determina el nivel de la señal en función del voltaje de salida.  Botón de rango del voltaje de salida, que se encarga de controlar el rango de la amplitud.  Botón de inversión, que invierte la señal de salida en el conector principal.

3. RECALCULO 3.1 Seleccione en el Generador de Señales el rango de frecuencias en 100, la perilla de frecuencias en 3.0, la AMPL en MIN, y la forma de onda en cuadrada. Mida la amplitud de la señal, y la frecuencia empleando el osciloscopio. 𝑈 =𝐴∗𝐻 𝑉𝑂𝐿𝑇𝑆 𝑈 = 0.5 ∗ 2.4 𝐷𝐼𝑉 𝐷𝐼𝑉 𝑈 = 1.2 [𝑉] 𝑇 =𝐿∗𝑍 𝑇 = 3.3 𝐷𝐼𝑉 ∗ (1 ∗ 10−3 ) 𝑇 = 3.3 [𝑚𝑠]

𝑠 𝐷𝐼𝑉

1 𝑇 1 𝑓= 3.3 ∗ 10−3 𝑓=

𝑓 = 303.03 [𝐻𝑧] 3.2 Seleccione en el Generador de Señales el rango de frecuencias en 1k, la perilla de frecuencias en 1.5, la AMPL en el centro entre MIN y MAX, y la forma de onda en triangular. Mida la amplitud de la señal, y la frecuencia empleando el osciloscopio. 𝑈 =𝐴∗𝐻 𝑉𝑂𝐿𝑇𝑆 𝑈=2 ∗ 4.2 𝐷𝐼𝑉 𝐷𝐼𝑉 𝑈 = 8.4 [𝑉] 𝑇 =𝐿∗𝑍 𝑇 = 3.5 𝐷𝐼𝑉 ∗ (0.2 ∗ 10−3 )

𝑠 𝐷𝐼𝑉

𝑇 = 0.7 [𝑚𝑠] 1 𝑇 1 𝑓= 0.7 ∗ 10−3 𝑓=

𝑓 = 1428.57 [𝐻𝑧] 3.3 Seleccione en el Generador de Señales el rango de frecuencias en 10k, la perilla de frecuencias en 0.3, la AMPL en MAX, y la forma de onda en senoidal. Mida la amplitud de la señal, y la frecuencia empleando el osciloscopio. 𝑈 =𝐴∗𝐻 𝑉𝑂𝐿𝑇𝑆 𝑈=5 ∗ 4 𝐷𝐼𝑉 𝐷𝐼𝑉 𝑈 = 20 [𝑉] 𝑇 =𝐿∗𝑍 𝑇 = 3.2 𝐷𝐼𝑉 ∗ (0.1 ∗ 10−3 )

𝑠 𝐷𝐼𝑉

𝑇 = 0.32 [𝑚𝑠] 1 𝑇 1 𝑓= 0.32 ∗ 10−3 𝑓=

𝑓 = 3.125 [𝐾𝐻𝑧] 4. TABLA COMPARATIVA Forma de Onda Cuadrada Triangular Senoidal

Amplitud [V] 01.2 08.4 20.0

Periodo [mS] 3.30 0.70 0.32

Frecuencia [Hz] 0303.03 1428.57 3125.00

5. CUESTIONARIO 5.1 ¿Cuál es la diferencia entre el osciloscopio digital y analógico? Entre las diferencias entre un osciloscopio digital y un analógico podemos decir que: Osciloscopio Analógico Osciloscopio Digital Pantalla que es o bien un tubo de rayos Pantalla de cristal líquido (LCD, al igual catódicos (CRT, como los más antiguos que algunos, televisores de pantalla televisores de gran forma). plana más recientes). Capaces de manejar frecuencias altas. No puede manejar frecuencias tan altas. Una mayor frecuencia de muestreo se Se tiene la limitación de las perillas para entiende el que puedas ver una señal más poder acercar o hacer más grande la de cerca, con mayor precisión y realizar visualización de la señal. ajustes más finos. Memoria del osciloscopio determina qué parte de una forma de onda se puede capturar en el dispositivo. Por lo general vienen equipadas con un No cuenta con puerto USB, por lo tanto puerto USB 2.0. Esto significa que el no puede guardarse las señales dispositivo puede ser conectado a un analizadas en un ordenador. ordenador que se puede utilizar para guardar las formas de onda que ha analizado. 5.2 ¿Cuántas señales de voltaje pueden ser medidas simultáneamente en el osciloscopio? Si se presiona el botón “DUAL” en el osciloscopio pueden verse dos señales al mismo tiempo, una que entra por el canal 1 y la otra señal que entra por el canal 2, también pueden sumarse algebraicamente estas dos señales si se aprieta el botón de “ADD”. 5.3 Indique como se puede realizar la medición de corriente en el osciloscopio Ya que el osciloscopio tiene la función principal de medir Voltaje, periodo y frecuencia, se asume que no se puede medir de forma directa la corriente, pero podemos medirla de forma indirecta, como ya se mencionó, con el osciloscopio medimos el voltaje y lo dividimos por la resistencia, esto nos dará el valor de la corriente. 6. CONCLUSIONES En esta práctica pudimos aprender la parte teórica como también aprendimos el uso correcto de los dos instrumentos que son: el osciloscopio y el generador de funciones. Aprendimos que con el osciloscopio podemos ver las formas de ondas cuadradas, triangulares y senoidales, también aprendimos a medir correctamente la amplitud pico a pico, el periodo y la frecuencia de manera indirecta. Se recomienda verificar el correcto funcionamiento de los canales antes de proceder con las mediciones, para el osciloscopio tener en cuenta que para empezar todos los botones tienen que estar para afuera. Se recomienda tener mucho cuidado con el manejo de los osciloscopios y los cables, verificar el buen estado de los cables, porque estos pueden inducir error en la señal que recibe el osciloscopio.