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El Osciloscopio de Rayos Catódicos El Osciloscopio de Rayos Catódicos medida y visualizaciónmedida y visualización
Tema 2: OsciloscopioTema 2: Osciloscopio
Pantalla cubierta de material fosforescente
Da una representación visual de una señal (tensión)
Análisis en el dominio del tiempo: frecuencia, diferencias de fase,
anchura de pulsos, etc
Tubo de rayos catódicos (TRC)
Tubo de vacío + elementos de enfoque
Genera un haz de electrones
Representación X-Y- Canal X/1: abscisa: tiempo o voltaje- Canal Y/2: ordenada: voltaje
Para medir otras magnitudes físicas es necesario usar transductores
La frecuencia máximaLa frecuencia máxima admisible en el canal vertical (canal Y)admisible en el canal vertical (canal Y) Osciloscopios de baja frecuencia (hasta 10 Osciloscopios de baja frecuencia (hasta 10 MHzMHz) ) Osciloscopios de alta frecuencia (hasta 500 Osciloscopios de alta frecuencia (hasta 500 MHzMHz))
El número de canales El número de canales verticales que posea el osciloscopio. verticales que posea el osciloscopio. Osciloscopios de Osciloscopios de un canalun canal 2 canales o más2 canales o más. Si el osciloscopio tiene 2 canales puede haber dos . Si el osciloscopio tiene 2 canales puede haber dos opciones:opciones: Que tenga Que tenga dos cañonesdos cañones de haz de electrones, cada uno con sus sistemas de de haz de electrones, cada uno con sus sistemas de deflexión horizontal y vertical: DUAL GUNdeflexión horizontal y vertical: DUAL GUN Puede tener Puede tener un único cañónun único cañón con un sistema de deflexión horizontal y dos sistemas con un sistema de deflexión horizontal y dos sistemas de deflexión verticales: DUAL BEAMde deflexión verticales: DUAL BEAM La persistencia de los trazos sobre la pantalla es alta de modo que parece una representación simultánea (es la más usual)
El tipo de pantallaEl tipo de pantalla Pantalla "pasivas"(con distintos grados de persistencia) Pantalla "pasivas"(con distintos grados de persistencia) Pantalla de "memoria” que retienen la forma de onda de la señalPantalla de "memoria” que retienen la forma de onda de la señal durante durante tiempos muy largos comparados con la duración de la señaltiempos muy largos comparados con la duración de la señal Osciloscopio de memoria digital: Osciloscopio de memoria digital: no necesita de una pantalla especial, sino que previamente digitalizan la señal a representar
Tema 2: Osciloscopio: clasificaciónTema 2: Osciloscopio: clasificación
Panel frontal de un osciloscopio:Panel frontal de un osciloscopio: Area de pantalla Area de controles:
Tema 2: Osciloscopio: clasificaciónTema 2: Osciloscopio: clasificación
Canales verticales Canal horizontal Controles(canal X/1, canal Y/2) o base de tiempos de disparo
Tektronics, TDS 220
El osciloscopio presenta una gran cantidad de conceptos: gran variedad de osciloscopios existentes en el mercado Todos los osciloscopios poseen unos circuitos básicos comunes Todos los osciloscopios poseen unos circuitos básicos comunes A. A. NucleoNucleo central del osciloscopio: TRCcentral del osciloscopio: TRC (convierte la señal en imagen)(convierte la señal en imagen) Tubo de vidrio al vacío: genera electrones dirigidos hacia la Tubo de vidrio al vacío: genera electrones dirigidos hacia la pantalla pantalla fosforescente fosforescente Osciloscopios digitales recientes no emplean TRC sino que utiliOsciloscopios digitales recientes no emplean TRC sino que utilizan paneles de zan paneles de cristal líquido, pero no permiten observar las señales en tiempocristal líquido, pero no permiten observar las señales en tiempo realreal
B. B. Sistemas de deflexión vertical y horizontalSistemas de deflexión vertical y horizontal: posicionan el haz en el punto : posicionan el haz en el punto adecuadoadecuado
Esquema de bloques general de un osciloscopio
Tema 2. Osciloscopio: esquema de bloquesTema 2. Osciloscopio: esquema de bloques
R. Pallás. 1987
Todos los osciloscopios poseen unos circuitos básicos comunes Todos los osciloscopios poseen unos circuitos básicos comunes A. A. TRCTRC (convierte la señal en imagen)(convierte la señal en imagen)
1. 1. Generación y EnfoqueGeneración y Enfoque 2. 2. Placas de deflexiónPlacas de deflexión 3. 3. Sistema de postSistema de post--aceleraciónaceleración 4. 4. PantallaPantalla
B. B. Sistemas de deflexión vertical Sistemas de deflexión vertical 1. 1. Selector de entradaSelector de entrada 2. 2. AtenuadorAtenuador 3. 3. AmplificadorAmplificador
C.C. Sistema de deflexión horizontalSistema de deflexión horizontal: : 1. 1. Generador de barridoGenerador de barrido
Señal de barrido horizontalSeñal de barrido horizontal Impulso de borradorImpulso de borrador
2. 2. Sincronismo Sincronismo Circuito de disparoCircuito de disparo
Tema 2. Osciloscopio: esquema de bloquesTema 2. Osciloscopio: esquema de bloques
1.1. Sistema de generación del haz de electrones: generación y enfoque El El cátodocátodo es termoiónico : es el emisor de electrones: ees termoiónico : es el emisor de electrones: e--
La La rejillarejilla de control: es un cilindro que rodea al cátodo (más negativo qude control: es un cilindro que rodea al cátodo (más negativo que él)e él) Pequeña abertura en el eje del tuboPequeña abertura en el eje del tubo Su tensión controla la emisión de electrones: (botón de Su tensión controla la emisión de electrones: (botón de intensidad). ).
Los Los ánodosánodos aceleradores: aceleradores: haz de e-
A1 y A3: tensión elevada A1 y A3: tensión elevada ++-- aceleran los eaceleran los e-- hacia la pantallahacia la pantalla-- abertura alineada con la de la rejilla: abertura alineada con la de la rejilla: A2: A2: ánodo de enfoqueconcentrar el haz medianteconcentrar el haz mediantela aplicación de una tensión positivala aplicación de una tensión positiva
2. Placas de deflexión : Placas de deflexión horizontalPlacas de deflexión horizontal: : verticales (movimiento horizontal)verticales (movimiento horizontal) Placas de deflexión verticalPlacas de deflexión vertical
Tubo de rayos catódicos (TRC)Tubo de rayos catódicos (TRC)
Generación EnfoqueIntensidad Foco y
astigmatismo
DEFLEXIONPosición XYalineación
Tubo de rayos catódicos
Pantalla fluorescente
E. Mandado, et al. 1995
VA: tensión de aceleración (ánodotensión de aceleración (ánodo--cátodo) en dirección cátodo) en dirección z (trayectoria) (trayectoria) 0< z < ld: : Placas de deflexión verticalPlacas de deflexión vertical: aplican una tensión de deflexión : aplican una tensión de deflexión VD (dirección (dirección y): ): Eperpendicular a la trayectoria del haz de electronesperpendicular a la trayectoria del haz de electrones trayectoria parabólicatrayectoria parabólica
z > ld : trayectoria es : trayectoria es rectilinearectilinea, pendiente:, pendiente:
La deflexión La deflexión D en la pantalla:en la pantalla:proporcional a la proporcional a la VD
Factor de Deflexión : tensión para mover el haz una división de pantalla.: tensión para mover el haz una división de pantalla.
Placas de Placas de deflexión verticaldeflexión vertical (voltaje en canal Y): se sitúan alejadas de la pantalla (voltaje en canal Y): se sitúan alejadas de la pantalla para aplicar valores de para aplicar valores de VD menores (gran ángulo de deflexión)menores (gran ángulo de deflexión) Placas de Placas de deflexión horizontaldeflexión horizontal (base de tiempos: canal X): señales de barrido (base de tiempos: canal X): señales de barrido conocidasconocidas
Sistema de deflexión electrostáticaSistema de deflexión electrostática
2
4z
dVVy
A
D
A
dD
ldz VdLV
dzdy
2tan
Placas de deflexión vertical
z
yPantalla
D+ VD/2
- VD/2
d
Ld ld
L
d
AD
LLdV
DVFD 2
A
dD
VdLVLLD
2tan
R. Pallás. 1987
Tubo de rayos catódicos (TRC)Tubo de rayos catódicos (TRC)
Solución: se acelera mediante el Solución: se acelera mediante el ánodo de postánodo de post--aceleración aceleración el haz el haz entre las placas de deflexión y la entre las placas de deflexión y la pantalla. Para lograrlo, se aplica una pantalla. Para lograrlo, se aplica una tensión positiva (hasta de 20 tensión positiva (hasta de 20 kVkV) a la ) a la pantalla con respecto al ánodo.pantalla con respecto al ánodo.
La desventaja de este sistema es La desventaja de este sistema es que el haz se desvía hacia el que el haz se desvía hacia el centro de la pantalla, para evitarlo centro de la pantalla, para evitarlo se utiliza se utiliza una malla polarizada a a una tensión que el ánodo postuna tensión que el ánodo post--acelerador.acelerador.
Generación EnfoqueIntensidad Foco y
astigmatismo
DEFLEXIONPosición XYalineación
Tubo de rayos catódicos
Pantalla fluorescente
3. Sistema de post-aceleración: Para obtener un brillo en la pantalla adecuado a frecuencias de Para obtener un brillo en la pantalla adecuado a frecuencias de deflexión deflexión altas el haz debe tener una energía elevada. altas el haz debe tener una energía elevada. Sin embargo, en el sistema de deflexión habría dificultades parSin embargo, en el sistema de deflexión habría dificultades para desviar a desviar un haz que ha sido acelerado mediante los ánodos A1 y A3 y es deun haz que ha sido acelerado mediante los ánodos A1 y A3 y es demasiado masiado energéticoenergético
E. Mandado, et al. 1995
Tubo de rayos catódicos (TRC)Tubo de rayos catódicos (TRC) 4. Pantalla y retículas La La pantalla está recubierta interiormente de “fósforo”:está recubierta interiormente de “fósforo”:la energía de los electrones se convierte en emisión de luz en ela energía de los electrones se convierte en emisión de luz en el punto donde l punto donde incide el haz incluso después de cesar la incidencia.incide el haz incluso después de cesar la incidencia.
El El tipo se fósforotipo se fósforo (P 31), factores:(P 31), factores: PersistenciaPersistencia Color: verdeColor: verde Resistencia al quemadoResistencia al quemado LuminanciaLuminancia Velocidad de escritura permitidaVelocidad de escritura permitida
En el lado interno del fósforo: Aluminio En el lado interno del fósforo: Aluminio ( ( trasparentetrasparente a los electrones)a los electrones) Evita la acumulación de carga: menos brilloEvita la acumulación de carga: menos brillo Reducir la dispersión de la luzReducir la dispersión de la luz Disipar el calor (quemado de la pantalla)Disipar el calor (quemado de la pantalla)
La La retícula: divisiones horizontales y verticales que facilitan el análisis divisiones horizontales y verticales que facilitan el análisis de la de la señal mediante la calibración de la deflexión del haz. señal mediante la calibración de la deflexión del haz.
La retícula puede ser externa al tubo o interna, en este últimoLa retícula puede ser externa al tubo o interna, en este último caso el fósforo y caso el fósforo y la retícula se depositan en el mismo plano.la retícula se depositan en el mismo plano.
Divisiones principales
Divisiones menores
Tektronics, TDS 220
Sistemas de deflexión horizontal y verticalSistemas de deflexión horizontal y verticalSistema de deflexión Sistema de deflexión verticalvertical Reproducir la señal de entrada sin alterar su amplitud ni su frecuencia: : diseñado para reproducir sin distorsión los pulsos rápidos (óptdiseñado para reproducir sin distorsión los pulsos rápidos (óptima respuesta ima respuesta temporal).temporal). La estructura del sistema de deflexión vertical consta de los sLa estructura del sistema de deflexión vertical consta de los siguientes bloques: iguientes bloques: Un selector de entradaUn selector de entrada Un atenuador variableUn atenuador variable Un Un prepre--amplificadoramplificador Un amplificador de deflexiónUn amplificador de deflexión Una etapa de amplificación final con salida diferencial.Una etapa de amplificación final con salida diferencial.
Señal de entrada
Selector
Atenuador variable
Posicionamiento vertical
Preamplificador Amplificadorde deflexión
TRC Queremos que el
desplazamiento vertical del haz del TRC siga a
la señal de entrada
Estudio más detallado
R. Pallás. 1987
Sistema de deflexión Sistema de deflexión verticalvertical (Voltaje)(Voltaje) Selector de entradaSelector de entrada: Su esquema eléctrico es el que se: Su esquema eléctrico es el que se muestra : muestra :
En la En la posición AC se bloquea el paso a la corriente continua (tiene un condensadose bloquea el paso a la corriente continua (tiene un condensador) r) y de este modo medir señales alternas superpuestas a niveles de y de este modo medir señales alternas superpuestas a niveles de tensión continua altos tensión continua altos (transitorios en señales TTL, rizado en fuentes de alimentación.(transitorios en señales TTL, rizado en fuentes de alimentación...)...). En la En la posición GND la señal de entrada queda desconectada y se conecta la la señal de entrada queda desconectada y se conecta la entrada del osciloscopio aentrada del osciloscopio a 0V. 0V. En la En la posición DC se conecta directamente la señal de entrada al atenuador se conecta directamente la señal de entrada al atenuador
AC
GND
DC
Señal de entrada
Al atenuador
R. Pallás. 1987
Sistema de deflexión Sistema de deflexión verticalvertical (Voltaje)(Voltaje) Atenuador VariableAtenuador Variable: Idéntico al estudiado en los : Idéntico al estudiado en los multímetrosmultímetros adapta el rango de la señal de entrada adapta el rango de la señal de entrada al tamaño de la pantalla al tamaño de la pantalla
Siempre hay un Siempre hay un error en la atenuación: ± 3 % de la : ± 3 % de la medida medida
La atenuación máxima (La atenuación máxima (A) suele ser del orden de 500 : 1 ) suele ser del orden de 500 : 1 (con secuencia de 1(con secuencia de 1--22--55--1010--2020--5050--100100--200200--500)500)
El cambio en la atenuación se realiza mediante el El cambio en la atenuación se realiza mediante el conmutador conmutador VOLT/DIV situado en el panel frontalsituado en el panel frontal
El amplificador de deflexiónEl amplificador de deflexión: : Consta de varias etapas con ganancia fija, con Consta de varias etapas con ganancia fija, con lo que se minimizan los problemas de estabilidadlo que se minimizan los problemas de estabilidad Ejemplo de ganancia del amplificador Ejemplo de ganancia del amplificador G=2000 ¡¡Cuidado!! es ¡¡Cuidado!! es posiebleposieble que haya un que haya un botonboton que permita: que permita: ganancia y atenuación variables (no fijas como marca el conmutador en calibrado)(no fijas como marca el conmutador en calibrado) Normalmente, es posible Normalmente, es posible invertir la señal del canal vertical 2 o canal Yla señal del canal vertical 2 o canal Y
Tektronics, TDS 220
Sistema de deflexión Sistema de deflexión verticalvertical: canales múltiples: canales múltiples Canales múltiples:Canales múltiples: Se pueden hacer comparaciones entre dos señales, medidas de tieSe pueden hacer comparaciones entre dos señales, medidas de tiempos relativos, mpos relativos, etcetc Señal A (t), señal B (t), señal A (t) + B (t), señal A (t) Señal A (t), señal B (t), señal A (t) + B (t), señal A (t) --B(t) , A(t) y B(t), también XB(t) , A(t) y B(t), también X--YY
Dos sistemas de preamplificación y atenuación, pero Dos sistemas de preamplificación y atenuación, pero ambos canales comparten el mismo sistema de deflexión vertical:: Modo alternate (ALT): los dos canales lo usan de forma alternaModo alternate (ALT): los dos canales lo usan de forma alternativa (frecuencias altas)tiva (frecuencias altas) Modo Modo chopperchopper/troceado: se traza sucesivamente un fragmento de cada canal a l/troceado: se traza sucesivamente un fragmento de cada canal a lo largo o largo de un barrido (debe suprimirse el haz al pasar de un canal al otde un barrido (debe suprimirse el haz al pasar de un canal al otro) (frecuencias bajas).ro) (frecuencias bajas). Paso automático de un modo al otro cuando dependiendo del tiempPaso automático de un modo al otro cuando dependiendo del tiempo de barridoo de barrido
Señal de entrada A
TRCSelector
Selector
Señal de entrada B
Atenuador variable Preamplificador Amplificador
de deflexión
Atenuador variable PreamplificadorAmplificador
de deflexión
CANAL 1/X
CANAL 2/Y
R. Pallás. 1987
Sistemas de deflexión Sistemas de deflexión horizontalhorizontal Para visualizar la forma de onda de la señal de entrada Para visualizar la forma de onda de la señal de entrada crear una crear una escala/escala/base de tiemposbase de tiempos o o barrido horizontalbarrido horizontal en el eje X:en el eje X:
El haz/trazo de la señal se desplaza de izquierda a derecha (conEl haz/trazo de la señal se desplaza de izquierda a derecha (con velocidad velocidad constante ): constante ): sistema de deflexión horizontal
Las placas deflectoras horizontales aplican una tensión: Las placas deflectoras horizontales aplican una tensión: diente de sierradiente de sierra
La La amplitudamplitud del diente de sierra haz recorra horizontalmente la pandel diente de sierra haz recorra horizontalmente la pantalla talla Retorna rápidamente a su valor inicial para que el haz vuelva aRetorna rápidamente a su valor inicial para que el haz vuelva a su punto de su punto de origen en la parte izquierda de la pantallaorigen en la parte izquierda de la pantalla Circuito generador de dicha señal: Circuito generador de dicha señal: generador de barridogenerador de barrido= generador de la = generador de la base de tiemposbase de tiempos
Señal de barrido
horizontal Tiempo de barrido
Derecha de la pantalla
Izquierda de la pantallaDiente
desierraideal
Sistemas de deflexión Sistemas de deflexión horizontalhorizontal Sin embargo, en la práctica: la pendiente de bajada Sin embargo, en la práctica: la pendiente de bajada infinita (puesto que el infinita (puesto que el diente de sierra se genera con un circuito que carga y descarga diente de sierra se genera con un circuito que carga y descarga un condensador)un condensador)
Impulso de borrado: de una amplitud adecuada y duración igual al intervalo descendente del diente de sierra (potencial negativo a la rejilla que anula el haz) Tanto la señal de barrido como el impulso de borrado son generados por el generador de barrido
Durante el tiempo de retorno se debe anular el
haz para evitar su visualización en
la pantalla
Dientede
sierrareal
Señal de barrido
horizontal
Impulsos de
borrado
Generador de barrido o base de tiempos del osciloscopio
Generadorde barrido
Impulsos de borrado
Señal de barrido
E. Mandado, et al. 1995
E. Mandado, et al. 1995
Sistemas de deflexión Sistemas de deflexión horizontalhorizontal De este modo, el sistema de deflexión horizontal = sistema de dDe este modo, el sistema de deflexión horizontal = sistema de deflexión eflexión vertical + generador de barrido vertical + generador de barrido
Diagrama de bloques
completo delosciloscopio
Señal de
barrido
Canal de
entrada (Y)
Amplificador vertical
Amplificador horizontal
Generadorde
barrido
Circuito de
disparo
Canal de entrada (X)
Circuito control
INT y FOCO
TRC
Entrada de disparo externo
Impulso de borrado
E. Mandado, et al. 1995
Visualización del osciloscopioVisualización del osciloscopio La aplicación simultánea:La aplicación simultánea: De la salida del generador de barrido al amplificador horizontaDe la salida del generador de barrido al amplificador horizontal l De la señal a visualizar del amplificador verticalDe la señal a visualizar del amplificador vertical
Problema:: Si la señal de barrido y la señal aSi la señal de barrido y la señal avisualizar tienen visualizar tienen frecuenciasfrecuencias
las imágenes que aparecen enlas imágenes que aparecen enpantalla en barridos sucesivos: pantalla en barridos sucesivos: imagen de imagen de tt11 imagen de imagen de tt22
Debido a la persistencia de laimagen : mezcla
de imágenes en pantalla
Solución: : sincronismo
Uso de un Uso de un circuito de disparo
visualización en la pantalla de la señal durante el tiempo de subida del diente de sierra
barridohorizontal
Impulsos de borrado
Señal a visualizar
Imagen en la pantalla
t1 t2E. Mandado, et al. 1995
Sincronismo: Sincronismo: circuito de disparocircuito de disparo Circuito de Circuito de diparodiparo: : La señal a visualizar se convierte en una onda cuadrada La señal a visualizar se convierte en una onda cuadrada circuito circuito comparadorcomparador En los flancos de subida o de bajada se genera un En los flancos de subida o de bajada se genera un impulso de sincronismoimpulso de sincronismo que que actúa sobre el generador de barrido.. Los pulsos de sincronismo pueden generarse mediante un circuitoLos pulsos de sincronismo pueden generarse mediante un circuito diferenciador, de diferenciador, de modo que permite eliminar los impulsos producidos en los flancosmodo que permite eliminar los impulsos producidos en los flancos de bajada o de salida.de bajada o de salida.
Tanto la conversión a la onda cuadrada como la generación de losTanto la conversión a la onda cuadrada como la generación de los impulsos de impulsos de sincronismo forma parte de circuito de disparo: sincronismo forma parte de circuito de disparo: un único bloqueun único bloque..
Onda cuadrada
Impulsos de sincronismo
Señal a visualizarGeneración de
impulsos de sincronismo en los flancos de
subida y de bajada
Generadorde barrido
E. Mandado, et al. 1995
Sistemas de deflexión Sistemas de deflexión horizontalhorizontal Deflexión horizontal: Deflexión horizontal: circuito de disparo + generador de barridocircuito de disparo + generador de barrido
Impulsos de sincronismo
Señal a visualizar Señal de barrido
Generadorde
barrido
Circuito de
disparo
Impulso de borrado
Circuito de disparo + generador de barrido :Circuito de disparo + generador de barrido : Un determinado Un determinado impulso de sincronismoimpulso de sincronismoproduce el comienzo del diente de sierraproduce el comienzo del diente de sierra Sincronismo de flanco de subida o bajada se elije Sincronismo de flanco de subida o bajada se elije
en el mando: SLOPEen el mando: SLOPE
La parte descendente del diente de sierra: La parte descendente del diente de sierra: comienza el comienza el impulso de borradoimpulso de borrado que se que se mantiene hasta nuevo impulso de sincronismomantiene hasta nuevo impulso de sincronismo
Finalizado el diente de sierra, la salida del Finalizado el diente de sierra, la salida del generador de barrido permanece generador de barrido permanece a nivel constante (espera) hasta que aparece un (espera) hasta que aparece un nuevo impulso de sincronismonuevo impulso de sincronismo
Se logra de esta forma que en la pantalla Se logra de esta forma que en la pantalla permanezca una imagen fijapermanezca una imagen fija
Señal de barrido
Impulsos de sincronismo
Señal a visualizar
Impulsos de borrado
Imagen en pantalla
No considera este pulso de
sincronismo
Espera al siguiente
sincronismo
E. Mandado, et al. 1995
E. Mandado, et al. 1995
Circuito de disparoCircuito de disparo La onda cuadrada obtenida de la señal de entrada cambia de estaLa onda cuadrada obtenida de la señal de entrada cambia de estado cuando do cuando ésta última pasa por el nivel cero ésta última pasa por el nivel cero se produce el impulso de sincronismose produce el impulso de sincronismo
Para variar el punto de la señal de entrada en el que se iniciaPara variar el punto de la señal de entrada en el que se inicia su visualización: su visualización: controles del circuito de disparocontroles del circuito de disparo::
El "El "modo de disparomodo de disparo se refiere a la repetición de los barridos: se refiere a la repetición de los barridos: Modo Modo NORMAL: no hay barrido hasta que se alcanza el NIVEL.: no hay barrido hasta que se alcanza el NIVEL. Modo automático (Modo automático (AUTOTRIGGER), si en un tiempo fijo no se ), si en un tiempo fijo no se producideproducide un un nuevo disparo se inician ligeramente barridos sucesivos : trazo nuevo disparo se inician ligeramente barridos sucesivos : trazo visible en la visible en la pantalla tanto si hay como si no señal vertical.pantalla tanto si hay como si no señal vertical. Modo de disparo Modo de disparo SINGLE, sólo acepta un único nuevo disparo hasta RESET, sólo acepta un único nuevo disparo hasta RESET
Visualización de señal senoidal: a) disparo con nivel 1 y pendiente positiva b) disparo con nivel 2 y pendiente negativa
Control de NIVEL = TRIGGER LEVEL: permite variar el Control de NIVEL = TRIGGER LEVEL: permite variar el valor mínimo que debe alcanzar la señal de entrada para valor mínimo que debe alcanzar la señal de entrada para que se produzca el cambio de estado de la onda que se produzca el cambio de estado de la onda cuadradacuadrada Un conmutador de PENDIENTE: SLOPE selecciona si Un conmutador de PENDIENTE: SLOPE selecciona si los impulsos de sincronismo se producen en la pendiente los impulsos de sincronismo se producen en la pendiente de bajada o de subida de la onda cuadradade bajada o de subida de la onda cuadrada
E. Mandado, et al. 1995
Circuito de disparoCircuito de disparo Circuito de Circuito de diparodiparo: conmutador C1: conmutador C1 Interés de que el generador de barrido se sincronice con la señInterés de que el generador de barrido se sincronice con la señal a visualizar: al a visualizar: Modo de Modo de DISPARO INTERNO El selector de disparo: SiEl selector de disparo: Si la señal no es simétrica, puede interesar el disparo con uno la señal no es simétrica, puede interesar el disparo con uno u otro flanco. Conviene que el nivel de disparo en el punto de mu otro flanco. Conviene que el nivel de disparo en el punto de máxima pendienteáxima pendiente
En otras ocasiones: la entrada del conmutador C1 permite selecciEn otras ocasiones: la entrada del conmutador C1 permite seleccionar el onar el disparo entre las siguientes señalesdisparo entre las siguientes señales Por ejemplo, la señal procedente del amplificador verticalPor ejemplo, la señal procedente del amplificador vertical Una señal externa que se aplica a un conector situado en la parUna señal externa que se aplica a un conector situado en la parte frontal del te frontal del osciloscopio: osciloscopio: DISPARO EXTERNO, independientemente de la señal interna, independientemente de la señal interna Una tensión Una tensión senoidalsenoidal de la frecuencia de red (50 de la frecuencia de red (50 HzHz) )
En ausencia de señal de sincronismo en la pantalla no se observEn ausencia de señal de sincronismo en la pantalla no se observa el haz. Pero resta a el haz. Pero resta misma situación se produce en el caso de que el circuito de dispmisma situación se produce en el caso de que el circuito de disparo no actúe aro no actúe correctamentecorrectamente
Posibilidades de representación: Posibilidades de representación: Evolución de la señal o dos señales en el tiempoEvolución de la señal o dos señales en el tiempo Representar la relación entre las amplitudes de dos señales: Representar la relación entre las amplitudes de dos señales: Una de las señales se aplica al amplificador vertical Una de las señales se aplica al amplificador vertical La otra se aplica directamente al amplificador horizontal en luLa otra se aplica directamente al amplificador horizontal en lugar del diente de sierra gar del diente de sierra procedente del generador de barrido: procedente del generador de barrido: El osciloscopio en XEl osciloscopio en X--YY
Osciloscopios de memoria analógicaOsciloscopios de memoria analógica se presenta una señal aún después se presenta una señal aún después de haber ocurrido, independientemente del fósforode haber ocurrido, independientemente del fósforo Emplean TRC especialesEmplean TRC especiales Presentación de señales lentas, captura y presentación de señalPresentación de señales lentas, captura y presentación de señales es rápidas no repetitivas, comparación de dos señales no simultánearápidas no repetitivas, comparación de dos señales no simultáneass
Osciloscopios de tiempo real digitalOsciloscopios de tiempo real digital: conversión A/D de alguna señal: : conversión A/D de alguna señal: memorizan digitalmente la forma de onda completa. memorizan digitalmente la forma de onda completa. Ventajas::
Presentación: permiten ver la señal anterior y posterior al disPresentación: permiten ver la señal anterior y posterior al disparo, ampliar una zona paro, ampliar una zona determinada o realizar un barrido a velocidad lentadeterminada o realizar un barrido a velocidad lenta Tienen mayor resolución. Con memoria analógica se logran 0.3 Tienen mayor resolución. Con memoria analógica se logran 0.3 mmmm sobre 8 sobre 8 cmcm y y únicamente bastan 9 bits para superar esta resoluciónúnicamente bastan 9 bits para superar esta resolución Transmisión de la información digitalizadaTransmisión de la información digitalizada
Inconvenientes: : Menor ancho de banda que los osciloscopios analógicosMenor ancho de banda que los osciloscopios analógicos El número de muestras es fijo al venir determinado por el tamañEl número de muestras es fijo al venir determinado por el tamaño de la memoriao de la memoria La frecuencia de muestreo (para evitar el La frecuencia de muestreo (para evitar el aliasingaliasing) debe cambiarse al variar la posición ) debe cambiarse al variar la posición de la base de tiemposde la base de tiempos El ancho de banda no es constante como en un osciloscopio analóEl ancho de banda no es constante como en un osciloscopio analógico, sino que viene gico, sino que viene determinado por la amplitud de la señaldeterminado por la amplitud de la señal
Osciloscopios especialesOsciloscopios especiales
Hasta ahora hemos Hasta ahora hemos supuesto que el osciloscopio no modifica la señal supuesto que el osciloscopio no modifica la señal conectada a medir. conectada a medir.
El instrumento de medida El instrumento de medida real tiene unas prestaciones limitadas determinadas por tiene unas prestaciones limitadas determinadas por sus sus características
Situaciones en las que las medidas son imposibles o incorrectasSituaciones en las que las medidas son imposibles o incorrectas::
Sondas para osciloscopioSondas para osciloscopio
Ancho de banda del osciloscopioZe= Impedancia de entradaResistencia Re en paralelo con un
condensador Ce: Impedancia Zi que
varía con la frecuencia
Si la f Si la f señal señal > f > f atenuaciónatenuación del ancho de banda: no se visualizan del ancho de banda: no se visualizan correctamentecorrectamente Zi = depende de la frecuencia de la señal a visualizar= depende de la frecuencia de la señal a visualizar Los cables de entrada del osciloscopio, captan señales Los cables de entrada del osciloscopio, captan señales parásitas, parásitas, espúreasespúreas o ruido: imagen borrosao ruido: imagen borrosa
SOLUCION: Sondas de
osciloscopio
E. Mandado, et al. 1995 E. Mandado, et al. 1995
Sondas de tensión no Sondas de tensión no atenuadorasatenuadoras: PUNTA DE PRUEBA Un punzón fino de metal conectado al osciloscopio mediante un cUn punzón fino de metal conectado al osciloscopio mediante un cable aisladoable aislado El extremo de la sonda cubierto por un mango aislante o provistEl extremo de la sonda cubierto por un mango aislante o provisto de unas pinzaso de unas pinzas Esta sonda se llama “sonda de prueba directa”Esta sonda se llama “sonda de prueba directa” Si se añade un blindaje a la sonda de prueba directa (cable coaSi se añade un blindaje a la sonda de prueba directa (cable coaxial) se eliminan los xial) se eliminan los ruidos: ruidos: sonda no sonda no atenuadoraatenuadora
Medidas correctas: Si Medidas correctas: Si ZiZi >> >> RsRs VgVg==VsVs y por tanto y por tanto VsVs==VeVe Señales de baja frecuencia, audiofrecuencia, (Señales de baja frecuencia, audiofrecuencia, (ZiZi grande)grande) Circuitos de baja impedancia de salida (Circuitos de baja impedancia de salida (RsRs pequeña)pequeña)
Medidas incorrectas:Medidas incorrectas: Si Si ZiZi < < RsRs: entonces : entonces VgVg VsVs Frecuencias elevadas: Ve/Frecuencias elevadas: Ve/VgVg depende de la frecuencia con depende de la frecuencia con ZiZi
Sondas para osciloscopioSondas para osciloscopio
Medida con sonda no atenuadora: Vs=VeSonda de tensión no atenuadora
is
ige ZR
ZVV
E. Mandado, et al. 1995 E. Mandado, et al. 1995
Sondas de tensiónSondas de tensión atenuadorasatenuadoras: Vs VeEsta sonda resuelve el problema de “carga” que el osciloscopio rEsta sonda resuelve el problema de “carga” que el osciloscopio real ejerce eal ejerce sobre el sobre el cirucitocirucito en el que se efectúa la medidaen el que se efectúa la medida Aumentar la impedancia de entrada (Aumentar la impedancia de entrada (ZZii) del ) del oscoloscopiooscoloscopio añadiendocomponentes pasivos externos: atenuadores RC entre el punzón y el cable : atenuadores RC entre el punzón y el cable de la sonda no de la sonda no atenuadoraatenuadora
Suponemos Zi es puramente resistiva= Re. Se conecta en serie con ella una R=9 Re. La impedancia de entrada es 10 veces mayor y Ve/Vs no depende de la frecuencia Suponemos que Zi es puramente capacitiva Zi=Ce. Se conecta en serie con ella una capacidad C que cumple que C=Ce/9. Entonces la capacidad total es diez veces menor que la del osciloscopio y la relación Ve/Vs no depende de la frecuencia
Se puede realizar la conexión de las resistencia R y la capacidad C, y obtener un divisor de tensión resistivo y capacitivo:
Sondas para osciloscopioSondas para osciloscopio
Medida con sonda atenuadora: divisor
de tensión resistivo y capacitivo
atenuaciónaaV
VS
e
1
E. Mandado, et al. 1995
Circuito de disparo y Generador de barridoCircuito de disparo y Generador de barrido El generador de barrido: conmutador C2El generador de barrido: conmutador C2 Lo normal es estar conectado a la salida del circuito de dispaLo normal es estar conectado a la salida del circuito de disparo: ro: Con respecto a un NIVEL constante (de Con respecto a un NIVEL constante (de dcdc) que es el que selecciona el punto de inicio ) que es el que selecciona el punto de inicio del barrido: comienza el diente de sierra de barridodel barrido: comienza el diente de sierra de barrido
El control de NIVEL de disparo selecciona el punto de inicio deEl control de NIVEL de disparo selecciona el punto de inicio del barrido. l barrido. El "El "modo de disparomodo de disparo se refiere a la repetición de los barridos: se refiere a la repetición de los barridos: En modo NORMAL: no hay barrido hasta que se alcanza el NIVEL. EEn modo NORMAL: no hay barrido hasta que se alcanza el NIVEL. En este n este caso no se sabe en la pantalla si es que no hay una señal verticcaso no se sabe en la pantalla si es que no hay una señal vertical o si es que al o si es que ésta no alcanza el nivel de disparo.ésta no alcanza el nivel de disparo. En modo automático (AUTOTRIGGER), si al cabo de un tiempo fijo En modo automático (AUTOTRIGGER), si al cabo de un tiempo fijo no se ha no se ha producido un nuevo disparo se inician ligeramente barridos sucesproducido un nuevo disparo se inician ligeramente barridos sucesivos, y ivos, y cuando aparece una nueva señal de disparo se acaba el barrido encuando aparece una nueva señal de disparo se acaba el barrido en curso y se curso y se vuelve a esperar el tiempo que corresponda. Este modo permite obvuelve a esperar el tiempo que corresponda. Este modo permite obtener un tener un trazo visible en la pantalla tanto si hay como si no señal vertitrazo visible en la pantalla tanto si hay como si no señal vertical.cal. En modo de disparo SINGLE, después de un barrido no son aceptadEn modo de disparo SINGLE, después de un barrido no son aceptados os nuevos impulsos de disparo hasta que se haya pulsado un control nuevos impulsos de disparo hasta que se haya pulsado un control RESET, RESET, después de esto acepta un único nuevo disparo.después de esto acepta un único nuevo disparo.
Figuras cortesía deFiguras cortesía de R. R. PallásPallás, Instrumentación Electrónica. , Instrumentación Electrónica. MarcomboMarcombo, 1987, 1987E. Mandado, P. Mariño y A. Lago, Instrumentación Electrónica. E. Mandado, P. Mariño y A. Lago, Instrumentación Electrónica.
MarcomboMarcombo. 1995.. 1995. Manual del osciloscopio digital Manual del osciloscopio digital TecktronixTecktronix TDS 220. TDS 220.
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