Mediciones con el osciloscopio con base de tiempo

U.T.N. - F.R.M
MEDIDAS ELECTRÓNICAS II
TRABAJO PRACTICO N° 2
MEDICIONES CON OSCILOSCOPIO CON BASE DE TIEMPO DEMORADA
APLICACIONES DE DOBLE TRAZO VERTICAL
INTRODUCCION TEORICA:
Los osciloscopios con base de tiempo demorada permiten analizar parte de una señal con mayor
detalle y hacer mediciones más precisas de tiempo. Se basan en una base de tiempo normal B
(llamada lenta) sobre la que se dispara una segunda base de tiempo A (llamada rápida) para
intensificar la luminosidad de la señal desde el punto de disparo de esta segunda base de tiempo, o
para ampliar la escala de tiempo desde ese punto, y por un intérvalo determinado.
Los oscilos
INSTRUMENTAL A USAR:
Barrido Normal
Barrido intensificado
Barrido demorado
En este tipo de osciloscopios, se tienen tres modos de trabajo para la base de tiempo: Normal, B
INT A, y A DEM B. Con este tipo de base rápida se pueden lograr magnificaciones de hasta 1000
veces, mucho mayor a la obtenida (10) en los osciloscopios normales, sin degradar la precisión de
la medición de tiempo.
Este tipo de base de tiempo posee dos Verniers para ajustar en forma calibrada las escalas de
tiempo de la base de tiempo B lenta y de la A rápida.
La mayor ventaja de este sistema es la
posibilidad de medir con mayor precisión los
tiempos y periodos ya que a partir de un
punto de la señal, desde el cual se quiere
medir un tiempo, se toma el valor del Vernier
del canal rápido, y luego se desplaza el
barrido rápido hasta el final del tiempo a
medir. En ese punto se toma el valor del
Vernier del barrido rápido. Se hace la
diferencia entre los dos valores del Vernier, y
ese valor se multiplica por el factor de escala
de la base de tiempo B. O sea, no se necesita
leer en pantalla las divisiones de tiempo,
siendo usada la pantalla para fijar el punto de
comienzo y final de la señal estudiada.
Esto es valido para medir periodos o ancho de pulsos.
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Medición del periodo de una señal:
En un osciloscopio de base de tiempo disparada, el periodo se mide colocando el Vernier de la base
de tiempo en CAL, luego se elige una escala adecuada que permita ver un solo ciclo en la pantalla,
se miden las divisiones que ocupa un ciclo y se multiplica por el factor de escala de la base de
tiempo.
Tx [seg] = Factor de escala Base de tiempo [seg/div] * X [div]
En un osciloscopio de base de tiempo demorada, se elige una
escala adecuada para ver un solo ciclo en la pantalla con la
base de tiempo lenta B, y luego se elige el modo B INT A. Se
coloca el segmento intensificado en un punto de la señal como
principio del periodo. Se toma el valor del Vernier, X1. Se gira
el Vernier para desplazar el segmento intensificado hasta el
punto final del periodo de la señal estudiada y se toma el valor
del Vernier en ese punto, X2. El valor del periodo se calcula
mediante la siguiente ecuación:
Tx = Factor de escala barrido lento B [seg/div] * (X2-X1)[div]
Medición de Ancho de Pulso:
El ancho de un pulso se mide entre los puntos de 50% de los
tiempos de subida y bajada. Con el osciloscopio demorado, se
mide este tiempo, en modo B INT A, usando el Vernier de la
base de tiempo rápida de igual forma que para medición de un
periodo.
Ancho de Pulso:
Tx = Factor de escala barrido lento B [seg/div] * (X2X1)[div]
Medición del Tiempo de Subida y Bajada de pulsos:
Los tiempo de Subida y Bajada de pulsos se mide entre los
valores de amplitud del 10 al 90 % de la amplitud final (Alto).
Con el osciloscopio demorado, se mide este tiempo, en modo B
INT A, usando el Vernier de la base de tiempo rápida de igual
forma que para medición de un periodo.
Tiempo de Subida/Bajada
Tx = Factor de escala barrido lento B [seg/div] * (X2X1)[div]
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Medición de Tiempos de Subida (Rise Time) y Bajada de
pulsos rápidos:
Para este caso, como los barridos lentos pueden generar
indeterminación en el posicionamiento del segmento
intensificado, se usa el modo A DEM B. Ello significa, barrer la
señal con el barrido normal y barrer el tramo investigado con el
demorado y ampliado A. Se elige una línea vertical de
referencia, no necesariamente la central. Se ajusta el Vernier
hasta posicionar el 10% de la subida sobre esa línea de
referencia y se toma el valor (X1) del Vernier. Se gira el Vernier
desplazando la señal hasta que el 90 % de la subida se ubica
sobre la línea de referencia. Se toma ese valor (X2) del Vernier.
El tiempo de subida o bajada será calculado por:
Ts = Factor de escala lenta B [seg/div] * (X2-X1)[div]
- En los casos en que el osciloscopio no cuente con Vernier, la
lectura se hace leyendo las divisiones que cubren el intervalo
de tiempo deseado y se multiplica por el factor de escala de la
base de tiempo rápida, al igual que se hace en la medición de
tiempo en un osciloscopio estándar.
En algunos osciloscopios, disponen de una opción llamada Cursores. Estos cursores permiten leer
los tiempos de inicio y final del intervalo de medición, posicionando una línea vertical sobre la
pantalla al inicio y al final del intervalo. La lectura de los tiempos y la diferencia entre ellos los da
directamente con una indicación de estos valores sobre la pantalla. En este caso, ningún cálculo
debe hacerse para determinar los intervalos, ya que la lectura es directa. También estos cursores
permite hacer determinación de valores de amplitud ya que cuenta con cursores horizontales de
amplitud.
Práctica de Laboratorio
En la práctica de laboratorio se procederá a hacer mediciones de periodo, ancho de pulso, tiempo de
subida de señales pulsantes y ondas cuadradas, y de desfasaje de señales sinusoidales aplicando el
concepto de medición por medio de osciloscopios de base de tiempo demorada.
1- Elementos a utilizar:
- OSCILOSCOPIO con base de tiempo DEMORADA
Marca:
Número de serie:
Máx. Frecuencia de trabajo:
- Puntas de Prueba Simples y Atenuadoras.
- Generador de señales
Marca:
Número de Serie:
Características:
- Frecuencímetro:
- Dispositivo Desfasador: Circuito integrador compuesto por capacitor y reóstato en serie
Valores de los componentes usados.
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Osciloscopio Kenwood: El osciloscopio Kenwood disponible, permite la configuración del modo de
operación por medio de botones luminosos. La configuración para la operación es muy sencilla en
función de estos botones.
La diferencia con el resto de los osciloscopios, se presenta en el
modo de barrido lento y rápida.
La sección de MODE (modo de barrido) presenta 5 botones
designados como: “A”, “A INT B”, “ALT”, “DEM, XY”.
En el modo A, el osciloscopio funciona como un osciloscopio
standard.
En el modo A INT B, sobre la señal analizada se presenta un
trazo intensificado cuyo largo se controla con el selector
SWEEP TIME/DIV, y la posición por medio del vernier DELAY POSITION en el sector de
CURSOR.
En el modo ALT, se muestran dos señales: una de ellas es la señal analizada con su trazo
intensificado al igual que en el modo A INT B, la segunda que se observa (similar a cuando se
activa el canal B, pero no es afectada por los controles B) es la señal amplificada en tiempo
correspondiente al tramo intensificado. Esto permite analizar en detalle ese tramo intensificado.
Esta segunda señal, no puede ser desplazada o modificada verticalmente. Sólo los controles
verticales A afectan simultáneamente a la señal original (#1) y a la señal (#2) intensificada.
En el modo B, se presenta sólo el tramo intensificado en la escala de tiempo de la base de tiempo
rápida. O sea, se amplifica el barrido para mejor visualización del tramo analizado. La base de
tiempo de este tramo se modifica por medio del selector SWEEP TIME/DIV cuyos limites son el
valor de la base de tiempo lenta y el máximo barrido horizontal del osciloscopio.
La posición en pantalla de esta señal mostrada se varia con la perilla POSITION.
La posición del inicio del tramo analizado sobre la señal entrante en el canal A, se varia con la
perilla DELAY POSITION.
El modo XY, trabaja como un osciloscopio normal.
Otra sección diferente a los osciloscopios estándar es la sección CURSORS. Esta sección, tiene 4
botones y dos potenciómetros (Delay Time y ∆). Estando desabilitados los botones (ninguno
encendido) el osciloscopio es controlado por las bases de tiempo anteriormente mencionadas.
Al presionar el botón ∆V1 y ∆V2 se iluminan dos
líneas horizontales sobre la pantalla, que permiten
obtener los valores de voltaje correspondientes a los
puntos de intersección de estos cursores con la
señal. También en pantalla se presenta el valor
diferencia entre los voltajes de esos dos cursores.
Los cursores son desplazados por los potenciómetros DELAY TIME y ∆ respectivamente.
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Al presionar el botón ∆T-1/∆1 presentara los cursores en forma vertical para permitir la
determinación de tiempos, presentando en pantalla la diferencias de tiempos entre las dos
posiciones donde se encuentran los cursores.
Si se presiona por segunda vez el ∆T-1/∆1, el valor mostrado en pantalla de la diferencia se
presenta en valor de frecuencia. Esta configuración es excelente para determinar la frecuencia de
una señal, al ubicar los cursores entre los extremos del ciclo de trabajo.
El botón TRACK permite mover los dos cursores simultáneamente manteniendo la diferencia entre
ellos.
Nota: cuando está iluminado alguno de estos cuatro botones, el control DELAY TIME no permite
controlar la posición del tramo intensificado o demorado. Los botones cursores tienen privilegio.
Osciloscopio Pintek: Este osciloscopio de doble trazo y base de tiempo disparada posee mejoras
para observar detalles de señales por medio de la opción DELay. En este modo, se usa un control de
tiempo de base de tiempo lenta independiente al de la base de tiempo rápida. Un control variable
permite seleccionar el punto de comienzo(nivel de continua) del barrido rápido.
Al seleccionar el modo Delay, la escala de tiempo se controla con el control correspondiente,
siendo el valor de tiempo calculado igual al valor de divisiones por la escala de la base de tiempo
rápida.
Variando el vernier, se permite seleccionar el tramo de la señal a ser observada.
Una tercer opción en el selector de funciones,
permite seleccionar la opción MIX. Esta opción
permite observar el tramo de señal barrida
lentamente y a continuación el tramo de señal
barrida en forma rápida. Esto permite observar el
punto exacto desde donde comienza el barrido
rápido.
El resto de la operación y los controles de este
osciloscopio son los típico de un osciloscopio
disparado.
2- PROCEDIMIENTO:
PRE-OPERACION
1.1- Seleccionar el tipo de punta de prueba de acuerdo al rango de frecuencias seleccionadas
para trabajar.
1.2- Colocar la perilla de intensidad a un mínimo.
1.3- Verificar que tipo de alimentación necesita el osciloscopio (220 o 110 V).
1.4- Colocar el circuito de base de tiempo en barrido de Línea.
1.5- Seleccionar la entrada de los canales en posición de Tierra.
1.6- Seleccionar observación de canal A.
1.7- Encender el osciloscopio y verificar la posición del eje horizontal en el centro de la pantalla.
Si no se ve el haz, use el botón Find para ver donde se encuentra el haz. Use el control
Posición para centralizar el haz en la pantalla.
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1.8-
Ajustar el foco y la intensidad a fin de tener un haz limpio y no demasiado intenso para
evitar envejecimiento del fósforo o su quemado por exceso de intensidad..
1.9- Verificar la horizontalidad del haz y ajustar si es necesario el tornillo.
1.10- Colocar las puntas de prueba y leer la frecuencia de referencia del osciloscopio. Verificar la
calibración de voltaje de los canales de acuerdo al valor pico a pico de la frecuencia de
referencia.
1.11- Ajustar las puntas Atenuadoras para compensación de frecuencia.
PRACTICO:
2.1-
2.22.3-
2.42.5-
2.6-
2.72.82.9-
Conectar la punta de prueba en la salida del generador de frecuencia, seleccionar una señal
de onda cuadrada, seleccionar los controles del osciloscopio para visualizar esa onda
cuadrada en posición estable y un solo ciclo.
Seleccionar entrada AC del canal 1, pulsando el botón AC/DC del Canal #1. Se encenderá la
luz de este botón para AC.
Seleccionar visualización de canal A, pulsando el botón CH#1 en la sección VERTICAL
MODE
Este botón se iluminara.
Seleccionar el tipo de barrido pulsando el botón A en la sección HORIZONTAL. Este da
operación de disparo tradicional del tipo base disparada.
Seleccionar el trigger pulsando los botones CH1, AC, +/- (slope) y ajustando el nivel de
disparo con el vernier Level, en la sección TRIGGERING, a fin de ver una señal estable en
la pantalla.
Seleccionar, en la sección HORIZONTAL, el rango de la base de tiempo lenta hasta ver un
solo ciclo de la señal con el vernier Sweep time/Div, colocar el vernier VARIABLE en Cal,
y centralizar horizontalmente la señal en la pantalla con la perilla POSITION.
Ajustar la amplitud de la señal a un máximo para máxima sensibilidad en la lectura.
Ajustar la intensidad a un mínimo con la perilla A INTEN. Verificar que la perilla este en
posición Adentro.
Finalizada esta operación, pulsar el botón A
INT B lo cual habilita y dispara la base de
tiempo rápida B. Seleccionar en la SOURCE B
el botón AFT B. Esto nos dará un trazo
intensificado sobre la señal. La longitud del
trazo dependerá de la posición del vernier
Sweep Time de la base de tiempo rápida. Ajuste
este hasta hacer es trazo lo más corto posible.
La longitud del trazo estará limitado por un
límite inferior de aproximadamente10 nseg y
como límite superior la escala de la base de
tiempo lenta elegida anteriormente. Si se
pretende intensificar un punto próximo al inicio
de la señal, es aconsejable usar una base lenta
mayor (menor tiempo/div) con lo cual nos permitirá en el modo intensificado, distinguir
mejor los detalles del trazo intensificado. Si no se enciende el botón AFT B, no se podrá
controlar al trozo intensificado (ancho y posición).
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2.10- Tirar hacia afuera la perilla A INTEN, y ajustar la intensidad del trazo intensificado.
2.11- Ajustar la posición de inicio del trazo sobre la señal, desplazando este trazo con la perilla
DELAY POSITION en la sección cursores.
2.12- Posicione el inicio o el final del trazo en el primer punto a tomar para medir los tiempos.
Este osciloscopio permite leer, en la parte superior de la pantalla, el valor de tiempos en
forma directa. O sea, no es necesario usar la expresión (1), usando el valor del vernier de la
base de tiempo por la escala de la base de tiempo lenta.
Haciendo la diferencia de los tiempos indicados en la parte superior, nos da la diferencia de
tiempos en forma directa del intervalo analizado.
2.13- Si desea analizar en detalle la señal en el tramo intensificado, pulsar ALT, lo cual
nos.mostrará el tramo intensificado y expandido como si fuese el canal Ch2.
Nota: los controles de amplitud vertical del CH2 no afectarán a esta segundo canal presentado.
Recuerde que la señal entrante es inyectada al osciloscopio sólo por el canal uno, de modo
que cualquier cambio vertical, sólo podrá ser controlado por el canal CH1.
2.14- Hacer mediciones de periodo, ancho de pulso y tiempo de subida siguiendo los conceptos
anteriormente descriptos en este práctico, utilizando las ventajas del barrido rápido B, lo
cual da un segmento intensificado.
2.15- Hacer la lectura de los mismos valores siguiendo los concepto de medición de esos
parámetros por medio de un osciloscopio de base disparada.
Calcular el error porcentual cometido al medir por este método respecto de la medición con base
demorada.
MEDICIÓN DE FASE
3.1- Se conecta una señal senoidal a la entrada del
dispositivo desfasador. El canal A se conecta a la entrada
de este dispositivo. El canal B se conecta a la salida. Se
sincroniza el osciloscopio con el canal A y se coloca en
CHOP (o ALT) al modo de display para permitir ver las
dos señales simultáneamente.
3.23.3-
Seleccionar CH1 y CH2 en la sección VERTICAL MODE.
Configurar el osciloscopio siguiendo los pasos 1.1 a 1.9 de la medición de tiempos.
Posicionar el tramo intensificado para tomar la diferencia de tiempos entre dos puntos
extremos de un ciclo completo de la señal analizada.
3.4-
Pulsar el botón DEM para amplificar la región a analizar.
3.5-
Desplazar la señales con la perilla POSITION para colocar en el centro de la pantalla los
puntos de mayor inflexión de ellas. Esto permitirá mejorar la resolución ocular al posicionar
los puntos intensificados.
3.6-
Leer los tiempos indicados para una posición de referencia de la primera señal. Desplazar la
señal con el Delay Position hasta colocar la segunda señal sobre esta misma referencia en
igual punto de inflexión. Tomar el tiempo indicado. Hacer la diferencia de tiempos y
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calcular el desfase, de acuerdo a la relación entre el tiempo del periodo (180°) y ese tiempo
entre señales.
Realice mediciones de fase según método usando osciloscopio de base disparada.
Realice mediciones de este desfasaje usando la base demorada.
Finalice el trabajo, escriba un informe sobre los procedimientos usados, problemas y ventajas
encontradas entre un osciloscopio y otro, y describa las conclusiones obtenidas.
Preguntas:
1- Cuál sistema es más preciso para medir tiempos y porque
Disparada)?
(Base de tiempo Demorada o
2- Qué ventaja trae el hacer que la pendiente de la base de tiempo rápida sea mayor y porqué en la
medición de tiempos en el modo A INT B?
3- Qué modo se usa para medir tiempos muy pequeños?
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