facultad de ciencias exactas fisicas y naturales

Universidad nacional de crdoba

INSTRUMENTAL Y MEDICIONES ELECTRNICAS

Trabajo Prctico N3:

Anlisis y Mediciones de seales en el dominio del tiempo.

GRUPO 6

MatriculaNombre y Apellido

32816270

34318087

32913165BOCCOLINI, Facundo

GARCA, Ernesto

SCHWARTEN, Amalia

Objetivo

Adquirir experiencia en el uso del osciloscopio para efectuar el anlisis y mediciones en distintos tipos de formas de ondas.

Materiales e instrumental necesarios

Osciloscopio de doble trazo /doble base de tiempo.

Juegos de puntas (dos) con atenuador X10.

Generador de funciones.

Generador de ondas especiales.

Introduccin Este trabajo prctico ha sido pensado para reunir en una nica actividad de laboratorio, un conjunto de experiencias relativas al empleo del osciloscopio como instrumento de anlisis y medicin de seales en el dominio del tiempo.Para este trabajo se emplear un generador de formas de ondas especiales el cual consiste en un dispositivo cuyo nico fin prctico es producir un conjunto de seales que puedan visualizarse. La principal caracterstica de este dispositivo, es que posee tres osciladores de distintas frecuencias que no estn sincronizados entre s. Por lo tanto, al efectuar la suma temporal de la misma se obtienen seales que son peridicas solo en una componente de la misma, en tanto que el resto exhibe desplazamientos de fase entre s, esta caracterstica dificulta el ajuste del disparo de la base de tiempos, y por lo tanto hace un poco laborioso la obtencin de imgenes estables en la pantalla.1) Aprendiendo a calibrar (compensar) la punta atenuadora

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

0.5 V2 mSX10

Si son correctamente utilizadas, las puntas de prueba con atenuacin de X10 aumentan considerablemente la resistencia de entrada de un osciloscopio y disminuyen su capacidad paralelo de entrada, reduciendo al mnimo la influencia de la conexin del instrumento sobre el circuito a medir. Para emplear correctamente una punta X10 la misma debe ser correctamente calibrada (compensada en frecuencia), lo hicimos de la siguiente manera:Conectamos la punta en la entrada correspondiente, ubicando el selector de acoplamiento del eje Y en CC, conectando la punta X10 a la toma de seal de calibracin que hay disponible en el panel del osciloscopio, la misma proporciona una onda cuadrada de baja frecuencia (1khz/1VPP).Utilizando el disparo interno, ajustamos la sensibilidad individual vertical y la base de tiempos de manera de visualizar la seal de pruebas, con el destornillador ajustamos el capacitor de compensacin hasta lograr una forma de onda como la que indica la fig. a. Luego conectamos el osciloscopio a la salida sinusoidal del generador de funciones y sin modificar la sensibilidad vertical efectuamos un barrido en frecuencia desde 100 Hz hasta 1 MHz para visualizar la variacin, en caso de que se produzca, de la amplitud de la misma. Posteriormente repetimos el procedimiento pero con la punta calibrada como muestra la figura b y c.

Obteniendo los siguientes resultados:Frecuencia100 Hz1 KHz100 KHz1 MHz

Amplitud1.40 V1.55 V1.80 V1.70 V

1.40 V1.30 V1.20 V1.10 V

1.40 V1.40 V1.40 V1.30 V

Con esto deducimos que:

El oscilograma b) corresponde a una punta con cada de respuesta en frecuencias elevadas. El oscilograma a) corresponde a una punta con exceso de respuesta en frecuencias elevadas. El oscilograma c) corresponde a una punta con respuesta plana.

2) Acoplamiento CC/CA de la entrada vertical (eje Y)

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

5 V2 mSX1

Como se ha podido apreciar con el experimento anterior, el acoplamiento del eje vertical puede ser dispuesto en CC o en CA. En este ltimo caso la entrada del eje Y del osciloscopio tiene conectado internamente un capacitor en serie que bloquea la componente CC. Este capacitor puede tener un efecto de deformacin sobre la seal que se visualiza, particularmente si la misma es de baja frecuencia. Para analizar dicho efecto se procedi de la siguiente manera:

Se conecto un generador de onda cuadrada de 50 Hz con la amplitud al mximo a la punta de prueba en posicin X1, ajustamos los controles de base de tiempos y sensibilidad del osciloscopio para visualizar cmodamente la seal.

Cambiando el acoplamiento de la entrada vertical de CC a CA, observando en la imagen vemos que el efecto producido es el siguiente:Cambiando la atenuacin de la punta a posicin X10 se percibe que el efecto es notablemente menor. 3) Midiendo Voltaje de CC con un osciloscopio

SealV/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div(B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

TP20.5 V5 mSX10

TP31 V5 mSX10

El osciloscopio permite efectuar mediciones de Vcc si tomando los siguientes recaudos:Llevamos primero el selector de acoplamiento de entrada del canal vertical a la posicin Grnd (entrada de masa) y ajustando la lnea de base en una posicin de referencia cmoda, por ejemplo la central de la pantalla (el modo de disparo debe estar en automtico, de lo contrario la lnea de base no aparecer).Luego retomamos el acoplamiento del eje Y a C.C.. Conectamos la punta de pruebas del osciloscopio al TP2. El valor de la tensin se obtiene multiplicando la cantidad de divisiones que se desplaza la lnea sobre la pantalla por el valor V/div X 10

De la misma manera se repiti la medicin en el punto TP3.V(TP2)= 1.2 V V(TP3)= 1.75 V

Al medir en TP2 se observa una fina lnea pero no sucede lo mismo en TP3, esto se debe a que en este ltimo hay ripple superpuesto a la Vcc.4) Midiendo componentes de Vca con un osciloscopio Teniendo en cuenta que el osciloscopio se encuentra conectado en el TP3, y se desea visualizar el ripple superpuesto a la tensin de VCC que se est midiendo se debe cambiar el acoplamiento de entrada del canal vertical de CC (Continua) a CA (Alterna), adems de modificar el control de V/Div, pues de no hacerlo el trazo no podr encuadrarse dentro de la pantalla.

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

20 mV2 msX10

En esta ocasin se utilizaron lo distintos modos de fuente de disparo de la base de tiempo (Trigger). En el caso que nos ocupa, result til el empleo del disparo por LINEA. Debido a que la imagen obtenida es estable, puede asegurarse que la frecuencia del ripple superpuesto est relacionada con la de lnea.

De la seal visualizada resulto sencillo la medicin del perodo, as como tambin el valor pico a pico de la misma.

La frecuencia del ripple superpuesto es de 100 HzEl porcentaje de ripple respecto del valor de Vcc en TP3 es del 1,42 %

Vripple /Vmedia = 25 mV/ 1.75 V= 0.0145) Usando el disparo (trigger) interno de un osciloscopioV/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

0.2 V5 msX10

En esta parte del trabajo prctico se emple el generador de funciones, que debi ajustarse para que la salida proporcione una seal con las siguientes caractersticas:

Onda: Senoidal

Frecuencia: 500 Hz

Vsal eficaz = 1 V

Se conect el osciloscopio a la salida del generador y con el acoplamiento de disparo (trigger) en interno se regul el nivel de ste ltimo observando cmo se puede hacer que el inicio del barrido coincida con cualquier punto comprendido entre los picos positivo y negativo de la seal.

Cambiando la salida del generador a onda cuadrada y reduciendo el nivel de salida a 300 mV p.a.p se debi reajustar el nivel de disparo para obtener una imagen estable. Mediante el uso del vernier de ganancias del amplificador vertical se procedi a reducir la amplitud de la presentacin tomando nota del valor mnimo del nivel de disparo necesario para no perder sincronismo de la imagen.

El nivel mnimo de seal que activa el circuito de trigger es de 0,3 divisiones de la pantalla. Lo que en nuestro caso se traduce a aproximadamente 0,06 VDejamos el osciloscopio y el generador conectados tal como estn, y pasamos al siguiente punto.6) Usando el disparo externo de un osciloscopio

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

0.5 V5 uSX1

Todos los generadores de funciones poseen, por lo general, una salida para disparo externo que suela estar identificada con el rotulo SYNC donde hay una seal rectangular de la misma frecuencia que la que hay en la salida principal. En este punto conectamos dicha salida del generador a la entrada de TRIGGER EXTERNO del osciloscopio.

Cambiamos la fuente de disparo de la base de tiempo a EXTERNO y ayustamos el nivel de disparo para obtener una imagen estable. Pudimos comprobar que por ms que vare el nivel de la seal, o cambie la sensibilidad vertical, la imagen no perder sincronismo.A continuacin veremos la utilidad del disparo externo para la medicin de la frecuencia de una determinada seal, usando como patrn un generador con dial calibrado.Lo primero que se debe saber es que esta medicin solo es posible cuando se tiene una idea bastante aproximada de cul es el valor de la frecuencia que se espera medir. En este caso, se intent determinar la frecuencia de la seal proporcionada por el TP4 de nuestro generador especial. Primeramente conectamos el osciloscopio al punto TP4 con el disparo en interno, al obtener una imagen estable calculamos con la mayor precisin posible la frecuencia de esta seal obteniendo el siguiente valor:f(TP4 estimada) 60 KHzLuego pasamos el disparo a externo y conectamos el TRIGGER EXTERNO del osciloscopio al generador de funciones, el cual ajustamos de la siguiente forma:V sal ef: 2 V frec sal: 60 KHz

Ajustando ahora lentamente el control fino de frecuencia del generador tratando de lograr que la imagen se detenga, llegamos a que:

f(TP4) = 63.4 KHzDebido a que cuando la imagen se detiene significa que la frecuencia de la seal visualizada y la del disparo coinciden o a lo sumo son mltiplo una de la otra.Si la imagen corre hacia la derecha o hacia la izquierda esto significa desplazamiento de fase o una leve diferencia de frecuencias. Por esto es que: Una imagen que corre hacia la izquierda de la pantalla, corresponde a una frecuencia de la seal mayor que la de disparo.

Una imagen que corre hacia la derecha de la pantalla, corresponde a una frecuencia de la seal menor que la de disparo.7) Usando el Doble Trazo

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

0.5 V5 msX1

El doble trazo, es especialmente til cuando se desean efectuar mediciones de diferencias de fase entre dos seales, o la determinacin de correspondencias temporales entre las mismas.

La primer parte de esta experiencia se realiz usando solo el canal Y1 del instrumento (como si fuera un solo trazo). Conectando el mismo al TP7 del generador resulta particularmente trabajoso lograr una imagen estable de la seal presente en este punto, ello se debe a lo que se ha explicado en la introduccin del presente informe.

Se conect la punta de pruebas del canal Y2 al TP6 y se activ el modo ALTERNADO. El disparo puede hacerse desde cada canal por separado seleccionndolo mediante la llave al efecto. Seleccionando el disparo sobre el canal Y2 result ms fcil estabilizar la imagen y observar la seal.

La representacin grfica de lo observado puede apreciarse en la siguiente imagen:

8) Usando el Hold-off

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

5 V50 uSX10

Disponiendo el osciloscopio en modo de disparo interno, conectamos el mismo al TP8. Aqu esperamos encontrar una seal formada por un tren de pulsos angostos seguido de otro tren de pulsos anchos. Luego de obtener una imagen estable, notamos una superposicin de dos imgenes, una es la de la porcin de seal que corresponde a la parte ancha del tren de pulsos y la otra es la parte angosta. Esto se debe a que el sistema de disparo del osciloscopio no puede distinguir entre los flancos de comienzo de la parte ancha y angosta del tren de pulsos ya que son iguales. La superposicin puede eliminarse reteniendo la base de tiempo por un tiempo suficiente como para que el disparo se ejecute siempre sobe la misma porcin de la seal. Este efecto se puede lograr con el control de hold-off y el nivel de disparo.Entonces, conectando nuevamente el osciloscopio al TP7 (como se hiso en el punto 7)) y variando dichos controles, podemos obtener una imagen que nos permite determinar los valores de periodo y frecuencia de las seales correspondientes a dicha seal. Parte fina del tren de pulsos:

T= 25 uS ( f= 40 KHzParte ancha del tren de pulsos:

T= 240 uS ( f= 4.2 KHz

9) Midiendo un tren de pulsos con el osciloscopio

V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

0.5 V0.2 mSX10

En el TP10 disponemos de una clsica seal de tren de pulsos. Para esta determinamos: Periodo, Ancho del pulso, Ciclo de trabajo, Valores de tenciones pico, Valores de la componente de CD (si la hay) y Valor eficaz de la tencin presente. Colocando los valores en el siguiente cuadro:Periodo (T)Ancho (to)Ciclo de Trab. (D=to/T)VppVcc

960 uS240 uS0.251.3 V0 V0.56 V

10) Midiendo tiempo de crecimiento con el osciloscopioPara realizar esta experiencia se utiliz un osciloscopio con doble base de tiempo.Efectuamos primero la experiencia sin emplear el sistema de doble base de tiempo.V/div (C Y1)V/div (C Y2)T/div (B.T.ppal)Aten Y1Aten Y2

0.5 V0.2 msX10

Conectamos el osciloscopio al punto de prueba interno usado para calibrar la punta y estabilizamos la imagen con el control de nivel de disparo.Con el vernier de ganancia vertical podemos reducir la amplitud de la presentacin hasta hacerla coincidir con los rtulos usados para medir el tiempo de crecimiento.Luego, utilizamos el magnificador horizontal en la posicin x10 y con el control de desplazamiento hicimos coincidir las marcas de la retcula con el flanco de subida (para medir el tiempo de crecimiento) o con el de bajada (para medir el tiempo de cada), obteniendo los siguientes valores:

T crecimiento = 25 mS

T decrecimiento = 25 mS A continuacin empleamos el sistema de doble base de tiempo para realizar la misma medicin, el cual facilita grandemente, entre otras cosas, la medicin de tiempos de crecimiento de formas de ondas con flancos abruptos.

Colocamos las bases de tiempo en las siguientes posiciones

T/div (B.T. ppal)T/div (B.T. secundaria)

0.2 mS10 uS

y el resto de los controles como en la experiencia anterior.

Trabajamos en modo INTENSIFICADO y utilizamos el vernier de tiempo de retardo para seleccionar la parte de la forma de onda en la que se quiere medir el tiempo de crecimiento. Luego, cambiamos al modo BARRIDO DISPARADO CON RETARDO y automticamente la porcin de la figura antes intensificada, pasa ahora a ocupar toda la pantalla. Medimos el tiempo de crecimiento, obteniendo el siguiente valor:T crecimiento = 6 uS

Comparando ambos mtodos podemos notar la gran precisin que proporciona el osciloscopio con sistema de doble base de tiempo frente a un osciloscopio que no cuente con ste.