Instituto San José sección secundaria
MANUAL BASICO DE MANEJO DE
OSCILOSCOPIO
Índice
1 Alcance ... 3
2 Diagrama en Bloques Básico ... 3
3 Primer Vistazo ... 4
3.1 Pantalla ... 4
3.1.1 Estado del disparo ... 5
3.1.2 Fuente de disparo ... 5
3.1.3 Señal mostrada ... 5
3.1.4 Escala vertical ... 5
3.1.5 Escala horizontal ... 5
3.2 Botones multifunción ... 5
3.3 Controles del Osciloscopio ... 6
3.3.1 Measure ... 6
3.3.2 Acquire ... 6
3.3.3 Storage ... 6
3.3.4 Cursor ... 6
3.3.5 Display ... 7
3.3.6 Utility ... 7
3.3.7 Auto ... 7
3.3.8 Run/Stop ... 7
3.4 Ajustes de canales y disparo ... 8
3.4.1 Ajustes verticales ... 8
3.4.2 Ajustes horizontales ... 9
3.4.3 Trigger... 11
3.4.4 Menú ... 11
3.4.5 Botón 50% ... 12
3.4.6 Botón “Force” ... 12
3.5 Entradas ... 12
4 Listado de imágenes ... 13
5 Material Adicional ... 13
1
Alcance
El objetivo del presente documento es describir en forma genérica los controles y características básicas del osciloscopio digital que se encuentra en el laboratorio de Electrónica. Este informe no pretende enseñar a usar el instrumento, solo funciona como material de consulta para el uso en las prácticas de medición.
Se destaca que este documento posee una descripción básica de un modelo específico de osciloscopio y que para el uso de otros modelos deben consultarse los manuales de cada modelo en particular.
2
Diagrama en Bloques Básico
A continuación se ve un diagrama en bloques básico de un osciloscopio y una pequeña explicación del mismo y su funcionamiento.
Imagen 1 Diagrama en bloques básico del Osciloscopio
Como se vio en aula, este es uno de los tantos diagramas en bloque que hay del Osciloscopio. Se pueden ver las distintas partes del mismo y se verá en forma rápida sobre que bloque interactúan los controles.
3
Primer Vistazo
En la imagen 1 podemos ver la primera aproximación al osciloscopio digital que se encuentra en el laboratorio. A continuación detallamos sus partes:
Imagen 2 Osciloscopio
1. Pantalla
2. Botones multifunción 3. Controles de osciloscopio 4. Ajustes de canales y disparo 5. Entradas
3.1
Pantalla
La pantalla es donde el osciloscopio muestra la señal que entran por el CH1 y CH2. Allí mismo el osciloscopio muestra una serie de divisiones que se utilizan para medir las señales. El osciloscopio permite también hacer operaciones con las señales de los canales de entrada como suma, resta, multiplicación, etc.
A continuación se ve una imagen de la pantalla encendida con una señal de entrada:
Imagen 3 Pantalla
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3.1.1
Estado del disparo
T´D indica que la señal se encuentra localizada por el osciloscopio y si el disparo pudo efectuarse efectivamente.
También puede figurar la palabra AUTO intermitentemente que nos indica que el osciloscopio esta buscando la señal para efectuar el disparo.
Si aparece la palabra STOP nos indica que la pantalla muestra los valores tomados por la última base de tiempo que se efectuó. Este estado nos dice que la pantalla se encuentra “PAUSADA” y que no está mostrando lo que está entrando por los canales
3.1.2
Fuente de disparo
Indica respecto de que canal se ejecuta el disparo de la señal.
3.1.3
Señal mostrada
En este sector se puede ver la señal muestreada por el osciloscopio ya afectada por las escalas horizontal y vertical.
3.1.4
Escala vertical
Indica el valor por división entera vertical. Este valor afectado directamente por el valor de divisiones nos indica el valor de tensión de entrada de la señal.
3.1.5
Escala horizontal
Indica el valor por división entera horizontal. Este valor afectado directamente por el valor de divisiones nos indica el valor de tiempo de entrada de la señal.
En la imagen pueden verse además otros valores e indicaciones, dichas indicaciones son avanzadas y se analizaran en cursos posteriores.
Para el ejemplo mostrado se pueden ver que la señal tiene aproximadamente 5.6 divisiones de excursión vertical entre su valor Vp+ y Vp- y su periodo es de 5 divisiones. Por lo que en particular este ejemplo tiene
𝑉𝑝𝑝= 𝑛𝑢𝑚 𝑑𝑖𝑣 ∗ 𝑒𝑠𝑐 𝑉 = 5.6 𝑑𝑖𝑣 ∗ 2 𝑉 𝑑𝑖𝑣⁄ = 11.2 𝑉
𝑇 = 𝑛𝑢𝑚 𝑑𝑖𝑣 ∗ 𝑒𝑠𝑐 𝐻 = 5 𝑑𝑖𝑣 ∗ 200 µ𝑠⁄𝑑𝑖𝑣= 1𝑚𝑠
3.2
Botones multifunción
3.3
Controles del Osciloscopio
Imagen 4 Controles Osciloscopio
3.3.1
Measure
Nos muestra en pantalla una serie de valores característicos de la señal de entrada.
NOTA: Esta función es muy elemental y comete errores, debe usarse solo como orientación, todas las
mediciones utilizadas para cálculos e informes deben ser tomados directamente medidos por métodos propios y no utilizando dicha función.
3.3.2
Acquire
Función avanzada que se utilizara más adelante.
3.3.3
Storage
Permite realizar una captura de la pantalla congelando los valores mostrados.
3.3.4
Cursor
Habilita la medición de valores por medio de unos cursores que aparecen en pantalla y pueden moverse usando los controles descriptos más delante, el osciloscopio calcula automáticamente la diferencia entre los valores marcados por los cursores.
Dentro del menú de cursores nos encontramos con las opciones de la Derecha:
Modo
Las opciones son Auto, Apagado, Manual y Seguimiento. Nos centraremos en la opción Manual.
Tipo
Se utiliza para seleccionar si lo que queremos medir es Voltaje o Tiempo.
Fuente
Se utiliza para seleccionar si realizaremos la medición sobre el CH1, CH2 o la salida MATH. Es importante tener bien seteado este valor ya que las mediciones de los cursores se verán afectadas por las escalas del canal seleccionado, si tenemos seteada esta opción en CH1 y medimos sobre la señal del CH2 los valores indicados estarán afectados por la escala del CH1 y la medición mostrada será errónea.
Una vez ajustados los valores de configuración de los cursores, podemos proceder a medir con los cursores. Notaremos que ahora en pantalla (ver imagen Imagen 5) nos aparecen 2 líneas, verticales si seleccionamos tiempo y horizontales si seleccionamos tensión, estos son nuestros cursores, podemos cambiarlos de posición utilizando los controles de posición vertical (cursor izquierdo) y posición horizontal (cursor derecho), ver sección 3.4.1.4 y 3.4.2.1.
Notamos que en pantalla aparecen 3 (si estamos en voltaje) o 4 (si estamos en tiempo) indicaciones que nos indican en donde está el cursor A, en donde está el B, cuánto vale la diferencia y cuanto vale la inversa de dicha diferencia (si estamos en tiempo). Estas indicaciones nos sirven para poder medir con mayor precisión Tensiones, tiempos y frecuencias que lo que podríamos hacer usando el ojo.
Debemos tener en cuenta que la precisión de dichos cursores, depende directamente de la escala que estemos usando, mientras más pequeña sea la escala, mayor precisión tendremos, pero no podremos medir valores tan altos.
3.3.5
Display
Permite realizar ajustes sobre la pantalla del osciloscopio, tales como brillo, fondo blanco o negro, tiempo de visibilidad de los menús, etc.
3.3.6
Utility
Es el menú de ajuste de valores del osciloscopio. Posee ajustes propios del software del osciloscopio y no opciones sobre las señales inyectadas. Cambiar el idioma, habilitar el sonido, etc.
3.3.7
Auto
Función que permite hacer un ajuste “rápido” de las escalas del osciloscopio.
NOTA: Esta función sirve para hacer una primera aproximación, los valores de escalas mostrados pueden ser ajustados posteriormente para mejorar la visualización de detalles. Muchas veces esta función puede fallar, y deben ajustarse las escalas manualmente.
3.3.8
Run/Stop
3.4
Ajustes de canales y disparo
Imagen 6 Ajustes de Canales y Disparo
3.4.1
Ajustes verticales
3.4.1.1 Botón CH1 y CH2
Se utilizan para modificar las opciones del canal 1 y canal 2 de entrada. Entre las opciones a utilizar se encuentran:
Acoplamiento (AC, DC y Tierra)
Límite de ancho de banda (intercala un filtro pasabajos con frecuencia de corte 20MHz a la entrada de la señal)
Sonda (nos permite seleccionar si la punta de prueba posee algún atenuador x10, x100 etc.)
Filtro digital (a diferencia del límite de banda este filtro se realiza por software y el OSC nos permite seleccionar el tipo de filtro, pasa bajos, pasa altos, pasa banda, elimina banda y las frecuencias de corte del mismo)
Volt/Div nos permite seleccionar la resolución de la control de la escala vertical (podemos seleccionar grueso los pasos o fino siendo esta ultima la más recomendada)
Inversor de canal (en caso que queramos intercalar un inversor a nuestra señal de entrada)
3.4.1.2 Botón MATH
Esta opción nos permite realizar operaciones matemáticas sobre las señales de ambos canales, operaciones como SUMA, RESTA, MULTIPLICACION, DIVISION y Transformada Rápida de Fourier (esta última es una operación que se verá más adelante en aula).
Imagen 7 Visualización de CH1 CH2 y MATH
NOTA: Para el caso de la señal mostrada se ve en el canal A una cuadrada, en el canal B una senoideal y en el canal MATH la suma de ambas invertida y afectada por una escala vertical del 20%.
3.4.1.3 Botón REF
Este botón se utiliza para almacenar señales para tener como referencia. Se utiliza en casos donde se necesite comparar contra la misma señal repetidas veces, entonces el OSC nos permite medirla 1 vez con precisión, almacenarla y reproducirla las veces que necesitemos.
3.4.1.4 Control “Position”
El control superior con el nombre de Posición sirve para ajustar la posición vertical de la señal seleccionada con el botón de CH1 o CH2.
3.4.1.5 Botón OFF
El botón OFF esconde el menú que se despliega al tocar cualquiera de los botones de la izquierda.
3.4.1.6 Control “Scale” Vertical
Control que modifica el valor de la escala vertical visto en el punto Escala vertical. Este control será uno de los controles más usados cuando se opere el osciloscopio.
3.4.2
Ajustes horizontales
3.4.2.1 Control “Position”
3.4.2.2 Menú
Dentro de Menú nos encontramos con las siguientes opciones:
Retardo
Nos permite hacer un “zoom” en la señal mostrada en pantalla. Nos divide la pantalla del osciloscopio en 2 y nos permite apreciar con mejor detalle la señal mostrada. Su nombre proviene de generar una segunda señal diente de sierra, de menor duración RETARDADA respecto de la original. Este retardo puede ajustarse usando el control de posición horizontal. También nos permite modificar la cantidad de zoom realizado utilizando el control escala horizontal. A continuación se ve un gráfico de cómo funciona la base de tiempo retardada (o demorada dependiendo del modelo de osciloscopio).
Imagen 8 Generación de base de tiempo retardada
Señal de entrada
1) Señal de entrada.
2) Pulso de generación de BT 3) Señal cuadrada de BT
4) Base de tiempo diente de sierra (el nivel marcado indica donde se generara el siguiente pulso de la BT demorada)
5) Pulso de generación de BT demorada
6) Señal cuadrada que da origen a la diente de sierra demorada
7) Señal diente de sierra demorada, para analizar la anomalía en la señal original
A continuación se ve un ejemplo de base de tiempo demorada.
Se puede ver que la pantalla se divide horizontalmente y la señal original aparece arriba con un pequeño sombreado indicándonos la zona ampliada que se puede observar en la división inferior de la pantalla. Esto lo utilizamos para observar con más detalle zonas de la señal que nos pueden llegar a interesar en particular.
Base de Tiempo
Permite seleccionar si se grafica CH1 y CH2 en función del tiempo (función utilizada en la mayoría de los casos) o si se grafica el CH1 en eje vertical y CH2 en eje horizontal (función utilizada para figuras de LISAJOUS o trazado de curva de diodo)
Trigger Offset
3.4.2.3 Control “Scale” Horizontal
Control que modifica el valor de la escala vertical visto en el punto Escala horizontal. Este control será uno de los controles más usados cuando se opere el osciloscopio.
3.4.3
Trigger
Este sector nos sirve para la configuración del disparo de la base de tiempo. Con estos controles podemos ajustar el nivel de disparo, el modo del mismo, forzar el disparo etc.
3.4.3.1 Control “Level”
Desplaza el nivel de disparo en la cual se genera la base de tiempo, el mismo se representa en pantalla con una línea que nos indica donde se posiciona el nivel de disparo y un valor numérico indicando en cuantos Volts se configura.
3.4.4
Menú
Dentro de menú nos encontramos con las siguientes opciones:
Modo
Este primer modo nos sirve para seleccionar si vamos a utilizar el osciloscopio en función “borde” (función más utilizada) en modo de “Ancho de pulso” (para señales tipo PWM) o modo video (para señales de video tipo TV)
Fuente
La fuente selecciona el canal desde el cual el osciloscopio generara el pulso para la diente de sierra que será la base de tiempo. Las opciones son CH1, CH2, Canal externo (ver sección Entradas), Canal externo /5 (es la misma que el anterior pero la señal se atenúa 5 veces), línea de alimentación (si deseamos medir algo relacionado con los 50Hz de línea)
Pendiente
Nos permite seleccionar si la pendiente a utilizar para el disparo será positiva o negativa
Modo
Permite seleccionar el modo de disparo, si será un disparo continuo y automático, opción “Auto”. Esta opción se utiliza para señales periódicas ya que está constantemente disparando cuando termina la representación en pantalla, genera un barrido automáticamente. Si será un disparo “Único”, este modo se utiliza para ver señales aperiódicas o de eventos aislados, se genera una única diente de sierra que genera una representación en pantalla y la misma es memorizada por el osciloscopio y representada continuamente. Y disparo Normal el cual toma el nivel de disparo indicado por “level” y genera en función de ese nivel, si la señal está por debajo de ese nivel, vemos una señal inestable en pantalla.
3.4.5
Botón 50%
Posiciona el nivel de disparo a la mitad entre los picos de la señal de disparo.
3.4.6
Botón “Force”
Este botón fuerza el disparo y barrido de la BT. Sin importar la entrada del nivel de disparo ni los niveles ni el modo, este botón obliga a la BT a generar la señal diente de sierra para realizar el barrido.
3.5
Entradas
Imagen 10 Entradas del Osciloscopio
En este sector se pueden ver las entradas del osciloscopio.
En este sector se pueden ver las características de las entradas del instrumento. Para el caso de los del laboratorio tenemos:
1 MΩ de impedancia de entrada con 13pf de capacidad de entrada
400 V de tensión máxima de entrada
Estos valores nos acotan las señales máximas que podemos ingresar al mismo y con qué impedancia nos encontramos a la entrada, este último valor se usara más adelante para entender la “compensación” del mismo.
Al mismo tiempo vemos 3 conectores VNC y 2 “pines” de conexión.
Los primeros 2 conectores son las entradas de canal 1 y canal 2 (CH1 y CH2) en ellos ingresaran las puntas de prueba (elemento de conexión entre el OSC y la señal a medir) conectadas a las señales de interés.
El tercer conector nos permite conectar una señal de disparo externa al osciloscopio, se utiliza en casos de estudio de una señal predeterminada, como por ejemplo TV, cuando se utiliza algún tipo de disparo particular para la misma.
4
Listado de imágenes
Imagen 1 Diagrama en bloques básico del Osciloscopio ... 3
Imagen 2 Osciloscopio ... 4
Imagen 3 Pantalla ... 4
Imagen 4 Controles Osciloscopio ... 6
Imagen 5 Menú Cursores ... 6
Imagen 6 Ajustes de Canales y Disparo ... 8
Imagen 7 Visualización de CH1 CH2 y MATH ... 9
Imagen 8 Generación de base de tiempo retardada ... 10
Imagen 9 Generación de base de tiempo retardada ... 10
Imagen 10 Entradas del Osciloscopio ... 12