El osciloscopio y sus puntas de prueba

EL OSCILOSCOPIO Y SUS PUNTAS DE PRUEBA

Garcia Téllez Omar Christian y Sánchez Villagómez José

omasterblack@hotmail.com, flamitaroja@hotmail.com

DEM Yuriria - Laboratorio de Mediciones - Universidad de Guanajuato

OBJETIVO.- Se pretende que al final de la práctica el alumno

identifique las funciones de un Osciloscopio Analógico y sus Puntas de

Prueba así como saber interpretar las señales que muestra dicho

osciloscopio en su pantalla al medir señales dentro de un circuito eléctrico

ó electrónico.

INTRODUCCIÓN.- El Osciloscopio Analógico es un aparato de

medición de voltaje cuya forma de exhibir los resultados es por medio de

una pantalla de Tubo de Rayos Catódicos y a través de una pantalla LCD

(de color ó blanco y.-negro, en Osciloscopios Digitales).

Aunque la variedad de Osciloscopios en el mercado es amplia, nos

concentraremos en general en uno de dos canales Analógico y con un

Ancho de Banda de 20 MHz.

El osciloscopio de .TRC (Tubo de Rayos Catódicos) trabaja con el

principio de un haz electrónico que proviene de un cátodo calentado con

un filamento. Este haz es dirigido por medio de una diferencia de potencial

de alrededor de 2 KVolts entre el Anodo y el Cátodo en el TRC e incide

sobre una pantalla con recubrimiento de Fósforo (figura 4,1), Dicha

pantalla proporciona una gráfica en dos dimensiones la cual nos

proporciona información sobre la variación de una señal con respecto al

tiempo.

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El Osciloscopio analógico utiliza circuitos de deflexión vertical,

horizontal y una base de tiempos para generar trazos de señales que se

deseen medir. Un diagrama a bloques de un osciloscopio de un solo canal

se muestra en la figura 4.2.

Las características generales y eléctricas de un Osciloscopio deben ser

encontradas en el manual dé operación de cada aparato. Los manuales

que incluyen el diagrama electrónico de los circuitos del Osciloscopio nos

dan una oportunidad de conocer circuitos prácticos que componen las

diferentes etapas de manejo de la señal que está en la entrada del

osciloscopio y que se exhibe en la pantalla del mismo

La Punta de Osciloscopio es el medio por el cual una señal eléctrica

de un circuito es llevada a la entrada de dicho Osciloscopio. El conector de

entrada al Osciloscopio es del tipo BNC (Bayonet Neill Concelman

connector) hembra y la Punta ce Osciloscopio es del tipo BNC macho.

La Punta de Osciloscopio utiliza un cable coaxial cómo extensión y él

extremo que se conecta al circuito de prueba tiene un gancho deslizable

protegido con una capucha que debe ser manipulado con cuidado para no

doblarlo ni romperlo ya que es una parte frágil al igual que e! cable coaxial

que debe ser manipulado con los cuidados adecuados.

Internamente la punta de osciloscopio tiene el siguiente circuito:

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La red RC que está en un extremo de la punta y la cual tiene un

pequeño capacitor variable, se utiliza para acoplar la impedancia del cable con

la impedancia de entrada del osciloscopio

Las puntas de Osciloscopio pueden tener un switch deslizable ó

giratorio para atenuar o no la señal de entrada al Osciloscopio.

Dependiendo del modelo, las puntas pueden no atenuar (posición del

switch en x1) ó atenuar (posición del switch en x10 ó x100) y afectar la

Impedancia de entrada que el Osciloscopio presenta a la señal de medición de

acuerdo a la siguiente tabla:

POSICION DEL

SWITCH

ATENUACION

IMPEDANCIA

DE ENTRADA

X 1 1 Mn

X 10 10 MQ

X 100 100 MQ

MATERIAL

1 R de 10KΩ, ½ W

1 R de 4.7 KQ, 1/2 W

1 Transformador (24Vca/2 A, CT)

EQUIPO

1 Multímetros c/puntas

1 Plantilla de Experimentos

1 Fuente de alimentación c/puntas

1 Osciloscopio

1 Punta de Osciloscopio

DESARROLLO

Pasos para el encendido del Osciloscopio.

El Osciloscopio de ésta práctica lo vamos a dividir en cuatro bloques:

a) Alimentación y Exhibición

b) Amplificación Vertical

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c) Barrido Horizontal y Sincronización

d) Varios

Para poner en operación los dos trazos del Osciloscopio ponga

inicialmente las perillas e interruptores de la siguiente manera:

BLOQUE (a)

-Verifique que el cordón que conecta al Osciloscopio a 127 Vea, esté

conectado.

-Interruptor de encendido / apagado en la posición de APAGADO

-Control de INTENSIDAD a ¾ de su carrera en el sentido de las

manecillas del reloj

-Control de Enfoque (FOCUS) a la mitad de su carrera

BLOQUE (b)

-Interruptores AC/GND/DC en la posición DC

-Perilla de amplificación vertical (V/DIV) en 5 V/DIV

-Control Variable (situado justo en la parte central de la perilla anterior)

presionarla y rotarla hasta la posición etiquetada como CAL.

-Control de POSICIÓN a la mitad de su carrera. El del CH1 un poquito a

la izquierda del punto medio y el del CH2 un poquito a la derecha del punto

medio.

-Interruptor de MODO (CH1, CH2, ALT. CHOP. ADD) en ALT

BLOQUE (c)

-Perilla de Barrido Horizontal (TIME/DIV) en 1 mS/DIV

-Control variable de Barrido Horizontal, presionarla y rotarla hasta la

posición etiquetada como CAL.

-Control de Posición Horizontal, a la mitad de su carrera

-Interruptor de MODO de DISPARO (AUTO/NORM/Tv H/Tv V) en AUTO

-Interruptor de FUENTE de DISPARO en CH1

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-Control de NIVEL de DISPARO a la mitad de su carrera.

BLOQUE (d)

En este bloque se mencionan interruptores y terminales que no se utilizan

para este procedimiento y no todos los osciloscopios lo traen además algunos

solo sirven para calibración y para el buen funcionamiento del osciloscopio

-Ajuste de Astigmatismo

-Ajuste de Rotación del Trazo

-Control de intensidad de Iluminación de la pantalla

-Entrada BNC de disparo externo

-Entrada para control del eje Z (señal de modulación de intensidad del

haz det TRC).

-Switch de selección del voltaje de entrada de AC mayor a 127 V

-Conector para señal de calibración.

-Conector de tierra (GROUND) del osciloscopio

-Controles de calibración para desplazamiento vertical de los canales

(BAL).

-Luz piloto que indica si el aparato esta encendido o apagado.

Una vez que siguió el procedimiento del desarrollo encienda el

osciloscopio y espere un minuto hasta que aparezcan los trazos.

No permita que los trazos estén muy brillantes y si este es el caso

disminuya el brillo con el control de intensidad (debe de observar dos

líneas continuas y sin parpadeo).

Mueva los controles de POSICION vertical de los trazos de un extremo a

otro y describa lo que se observa.

Se mueven en el eje y (verticalmente)

Mueva la perilla TIME de un extremo a otro y describa lo que observa. (Si

el haz está muy brillante disminuya su intensidad con el control de

INTENSIDAD)

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Muestra una señal amplitud vs tiempo.

Ponga la perilla TIME en la posición de 50 mS/DIV

Diferencia de modo ALT y CHOP

*Ponga el switch de MODO en ALT y describa lo que observa.

*Ponga el switch de MODO en CHOP y describa lo que observa.

Reconocimiento de la punta de Osciloscopio y sus características.

Mediciones de Resistencia en una punta de Osciloscopio.

Mida y reporte (seleccionando la escala adecuada de un ohmetro), la

Resistencia de la punta de osciloscopio:

a) Entre los extremos centrales de la punta:

a. Sin atenuación R= 265.7 Ω

b. Con atenuación R= 0.04 MΩ

b) Entre los extremos de las terminales de tierra de la punta R= 0.3 Ω

OBSERVACION.- Las mediciones anteriores nos muestran que las

puntas de Osciloscopio no son simples alambres en sus terminales

positivas pero si lo son en sus tierras.

Interconexión Eléctrica entre las Puntas de Osciloscopio de los dos

canales.

Apague su osciloscopio conecte una Punta de Osciloscopio al CH1 y otra

al CH2 (No encienda el osciloscopio).

Mida la resistencia de la siguiente manera:

Entre las tierras de las puntas del osciloscopio R= 0.3 Ω

Entre una tierra de una punta y la terminal de tierra del osciloscopio R=

0.1 Ω

Desconecte la punta del CH2y su Ohmetro

Encienda el osciloscopio

OBSERVACION.- Las mediciones anteriores nos indican que la tierra

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de dos puntas de osciloscopio son el mismo nodo al igual que la tierra

del Osciloscopio. Tenerlo en cuenta nos permitirá prevenir cortocircuitos

al conectar las puntas a circuitos que estén energizados.

Función de atenuación de la Punta de Osciloscopio y el Punto de

Prueba.

Nota. Para hacer la acción anterior debe primero mover el trazo del

CH1 a la parte inferior de la pantalla del osciloscopio (un renglón arriba

del fondo de dicha pantalla) y hacerlo con el control de posición vertical.

Este será su CERO o NIVEL DE REFERENCIA.

a) Mueva el switch de atenuación de la punta de Osciloscopio para

comprobar los dos casos de atenuación y no atenuación.

Explique que sucede al mover el switch y reporte las amplitudes

verticales que se observan en cada caso en la siguiente tabla.

Al activar la atenuación la amplitud disminuye

ATENUACIÓN AMPLITUD VERTICAL (VPP)

X1 4 V

X10 400 mV

* Probablemente la señal que Ud. observará será más pequeña y

también salga de sincronía. Entonces tendrá que ajustar la perilla de

amplificación vertical y el control de nivel de disparo. La sincronización de la

señal se tratará más adelante.

Recuerde, la acción de atenuación de la punta de osciloscopio solo

atenúa la señal que se exhibe en su pantalla pero no atenúa la amplitud de

la señal que sale de la Fuente de dicha señal.

b) Regrese el switch de atenuación a la posición x 1 y donde se pueda

leer verticalmente con la mayor resolución.

Sincronización de una señal

Coloque el interruptor de MODO en CH1 el interruptor de FUENTE DE

DISPARO en CH2 y la perilla TIME en 5 mSeg.

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a) Conecte la punta del Osciloscopio al punto de prueba y gire la perilla

de Ganancia Vertical, que se quedó en 5 V/DIV, a la escala donde

pueda leer con mayor resolución (donde la señal ocupe la mayor área

vertical).

b) Si la señal se mueve horizontalmente quiere decir que está fuera de

sincronía.

Gire suavemente el control de Nivel de Disparo de un extremo a otro para

detener la señal y ésta aparezca fija en la pantalla del Osciloscopio.

c) Si con la acción anterior la señal no permanece fija al mover el control

de Nivel de Disparo, cambie el interruptor de FUENTE DE DISPARO

a CH1 y gire de nuevo el control de Nivel de Disparo hasta que se

detenga la señal en la pantalla del Osciloscopio.

Comportamiento de una señal cuando la ganancia vertical es muy

grande y efecto del control CAL

Gire la perilla de Ganancia Vertical de un extremo al otro. Observe y

explique que sucede con la magnitud de la amplitud de la señal que observa y

también comente que sucede con el nivel de referencia.

La amplitud no cambia, solo se mueve verticalmente

Reporte que sucede con la magnitud vertical cuando el control variable

de ganancia situada en la parte central de la perilla de amplificación vertical es

girado desde la posición CAL al extremo contrario

*Magnitud en Pos. Cal.

*Magnitud en el otro extremo

*Regrese el control variable a la posición CAL.

Observación.- Si la señal de prueba que se ve en la pantalla del

Osciloscopio tiene deformaciones en los extremos (superior o inferior),

indica que la punta de prueba debe ser calibrada. Esto solo lo debe de

hacer la persona que se encarga del mantenimiento del aparato y se le

pide al usuario solo reportarlo.

De acuerdo a las lecturas sin atenuación, ¿Que error tiene la amplitud

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vertical de la señal cuadrada de CD pulsante que se ve en la pantalla del

Osciloscopio con la amplitud que está etiquetada en el punto de prueba de

donde se está midiendo la señal?

± 5 % de error

*Función del switch AC/DC/GND

Mueva la perilla de ganancia vertical a 2 V DIV. Mueva el switch

AC/DC/GND a la posición GND y mueva el nivel de referencia (trazo del CH1)

al centro de la pantalla.

a) Mueva el switch AC/DC/GND a la posición CA y reporte que sucede

con la señal que observa

La señal se distorsiona un poco y se ve un poco más gruesa la línea

b) Regrese el nivel de referencia un cuadro arriba de la parte inferior de

la pantalla del Osciloscopio y el switch AC/DC/GND a la posición DC.

Medición de Frecuencia y Período

Como la perilla TIME está en 2 mS/DIV, gírela de tal forma que un ciclo

de la señal ocupe casi todo el ancho horizontal de la pantalla y mida y reporte

el período T de la señal = 0.01seg

Calcule su frecuencia f= 1/T = 100Hz

Observación.- El osciloscopio mide en el eje X solo tiempo y por lo

tanto se puede medir frecuencia solo indirectamente.

Efecto de CAL en la lectura Horizontal

a) Ponga la perilla TIME de nuevo en 2 mS / DIV. Gire el control variable,

relacionado con ésta perilla, al otro extremo de CAL y reporte el

Periodo que ahora lee : T =

Comente la diferencia con la lectura leída

Efecto de MAG en una lectura Horizontal

a) Regrese el control variable a la posición CAL. Ahora active el

switch MAG (x 10 ó x 5) y reporte el periodo que ahora lee: T=

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b) Comente la diferencia con la lectura leída

Desactive el switch MAG.

Construya el siguiente circuito en su tableta de experimentos (todavía no

conecte a la línea de ac el primario del transformador ni encienda la Fuente de

CD):

La fuente de alimentación V1 es una fuente de DC regulada y variable,

solo calibre su salida con la ayuda de un voltímetro, apáguela y conéctela al

circuito.

Figura 4.2

Observe que los resistores R1 y R2 forman un divisor de voltaje.

Conecte el canal CH1 del Osciloscopio entre los puntos A(+) y B(-).

a) Encienda el Transformador y apague V1. Ajuste los controles del

osciloscopio para que la señal pueda ser observada con la mejor

resolución tanto vertical como horizontalmente y sin que se mueva

(esto último puede que requiera mover el control de nivel de disparo).

Reporte la señal que aparece en la pantalla del Osciloscopio. Incluya

el valor de:

El pico máximo positivo Vm 6

El pico máximo negativo Vm 6

El voltaje pico a pico Vpp 12

El periodo T 12.5 mS

Y calcule la frecuencia f 0.08 mS^(-1)

Relación entre lo que lee un multímetro de ac y un Osciloscopio

El osciloscopio y sus puntas de prueba

a) Mida con un voltímetro de CA entre los puntos A y B y la lectura

multiplíquela por la raíz cuadrada de 2. Este resultado es similar a

algún valor del inciso anterior, explique:

Es aproximadamente 5.86 V y es similar porque el voltímetro nos lanza el valor

de diferencia de potencial que llega a tener nuestro circuito.

b) Apague el transformador y encienda V1. Ajuste los controles del

osciloscopio para que la señal pueda ser observada con la mejor

resolución vertical. Reporte la forma de onda que aparece en el

Osciloscopio entre los puntos A y B e incluya

La magnitud vertical 1.5 V

c) Coloque la perilla de amplificación Vertical en 2 V / DIV. Apague V1.

Encienda el transformador primero, observe y explique que sucede al

encender V

Solamente la señal tiene un movimiento vertical (eje y)

Distinción entre valores instantáneos y valores instantáneos totales

a) Cambie el switch AC/DC/GND a AC y de nuevo a DC, observe y

explique que sucede :

En GND muestra una señal lineal y es la que indica nuestra posición y

con ello podemos definir nuestro origen

En DC nos muestra una señal lineal arriba de nuestro origen y lo

podemos definir como el voltaje del circuito en corriente directa proveniente de

la fuente de poder

En AC solo se muestra la señal senoidal que hace referencia a la

corriente alterna del transformador

Explique la relación de las dos últimas acciones que realizó en el punto

anterior.

Dichas acciones fueron gracias al tipo de corriente que manda cada uno

de los artefactos, el transformador manda corriente alterna (su función es

senoidal) y la fuente de poder corriente directa (función lineal)

El osciloscopio y sus puntas de prueba

Nota. El osciloscopio es un medidor de voltaje con relativa alta

impedancia de entrada (1 MD). Exhibe VALORES INSTANTÁNEOS

TOTALES con el switch AC/DC/GND en la posición DC y exhibe VALORES

INSTANTÁNEOS con el mismo switch en la posición AC.

Teniendo el transformador y la fuente V1 encendidos mida y reporte el

voltaje entre los punto A(+) y B(-) con su multímetro

Vdc = 1.6 V

Vac= 4.13 V

¿El valor de CA que midió con su multímetro fue RMS ó TRMS? RMS

Explique si estos valores tienen alguna relación con los valores medidos

con el osciloscopio.

Estos valores tienen relación ya que el osciloscopio nos muestra el

voltaje dependiendo la toma de corriente y son similares a los que muestra el

osciloscopio.

Seleccione un Osciloscopio Analógico del Laboratorio de Electrónica y

reporte las siguientes características de las mismas:

Marca, Modelo y No. De Serie. Modelo GDS 1102A

Describa todos sus controles y switches. Cuenta con una pantalla LCD,

canales para sus puntas de prueba, botones de menú para configuración del

dispositivo, entrada para tarjeta SD

Reporte un dibujo de su parte frontal y trasera.

Que tipo de conexión de ac requiere y que tipo de fusible utiliza (de fusión

rápida ó de fusión lenta, explique). No indica

Que aditamentos tiene. Puntas de prueba

El osciloscopio y sus puntas de prueba

*Que información técnica y de operación

presenta el fabricante.

No indica

Hacer un dibujo de sus puntas de prueba.

Describa las siguientes características eléctricas de su Osciloscopio:

a) Rango del voltaje de entrada a los dos canales.

1MΩ / 15 pf-300 v

b) Ancho de Banda del Osciloscopio

20MHz (3dB)

c) Ancho de banda de las puntas de prueba

100MHz /6MHz

d) Potencia que consume

AC 100V~240V 48Hz~63Hz

e) Voltaje de aceleración de su ánodo

f) Exactitud tiene una sensibilidad de: DC-25 MHz, aproximadamente

0.5 div o 5mV, 25 MHz-60/100/150MHz: aproximadamente 1.5 div o

15mV

g) Temperatura ambiente de operación máxima

h) Rango de humedad

i) Peso

2 kg

j) Puede utilizarse con baterías.

No

Resultados Debido a la falta de algunos instrumentos de medición como el

osciloscopio analógico y especificaciones técnicas que se piden sobre dicho

El osciloscopio y sus puntas de prueba

instrumento no fue posible completar alguna información ya que no se cuenta

con el manual del instrumento y la información tomada en internet no

proporciona totalmente la información necesaria paral consumar la práctica.

CONCLUSIONES:

Garcia Téllez Omar Christian

Las funciones de un osciloscopio y sus puntas de prueba son muy

útiles para entender el comportamiento de voltaje, dentro de un circuito.

Gracias a las señales que muestra dicho osciloscopio en su pantalla se

saben interpretar las señales dentro del circuito eléctrico ó electrónico ya

que el osciloscopio digital es un aparato de medición de voltaje que tiene

forma de exhibir los resultados a través de una pantalla LCD graficando la

señal del comportamiento de voltaje.

Sánchez Villagómez José

El osciloscopio no sirvió para poder medir el voltaje de ciertas cosas y

nos muestra los resultados en la pantalla en forma de señales de ondas es

muy importante este instrumento en los laboratorios e industrias eléctricas

para hacer sus mediciones.

FUENTES DE CONSULTA:

“Manual de prácticas de laboratorio de mediciones” (FIMEE)

Consulta en internet (febrero 2012)

http://esp.ebay.com/viewItem?item=230509670615&v=gbh

http://www.cedesa.com.mx/gw-instek/osciloscopios/digitales/GDS-

1102A/

http://www.cedesa.com.mx/pdf//gw-instek/docto,gw-instek-GDS-

1000A_series_user_manual.pdf/m,4/

Nota.- En prácticas subsecuentes se abordarán más funciones del

Osciloscopio