Práctico 1 - Osciloscopio

Medidas Eléctricas – Repartido 1: Osciloscopio
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Práctico 1 - Osciloscopio
Problema 1
Suponga para el tubo de rayos catódicos el modelo simplificado que se muestra en la figura 1.
Las placas de desviación horizontal y vertical se suponen planas.
figura 1
Suponiendo:
a) Voltaje Va aplicado entre los extremos del ánodo acelerador; la diferencia de potencial Va tiene la
polaridad que se indica en la figura 1, y el campo eléctrico que deriva de Va está dirigido según el
eje x.
b) Que los electrones que se evaporan del cátodo, tienen velocidad nula (o despreciable) a la
entrada del ánodo acelerador, y que sus trayectorias a la entrada del ánodo acelerador coinciden
con el eje de revolución (punteado en la figura) del tubo.
c) Voltaje VH = 0 aplicado entre las placas de desviación horizontal.
d) Voltaje VV, constante en el tiempo, aplicado entre las placas de desviación vertical.
e) Campo eléctrico uniforme entre cada par de placas.
Demostrar que la coordenada según la dirección y del punto en que el electrón incide en la
pantalla, es
&L,
L )# V
y = $ * D + '! V ,
2 ( " Va
% 2l +
siendo l la distancia entre las placas de desviación vertical, y D y L las distancias indicadas en la fig. 1.
Sugerencia : Para calcular la velocidad del electrón a la salida del ánodo acelerador, recordar que
dentro del ánodo acelerador se conserva la energía del electrón.
Observación 1: y es proporcional al voltaje de la placa VV. Si consideráramos VH no nulo, tendríamos
una relación análoga entre VH y la coordenada z de incidencia del electrón en la pantalla (en el plano
perpendicular al dibujo de la figura). Esto produce una desviación horizontal del haz, que es
independiente de la desviación vertical calculada.
Observación 2: En el problema, la señal VV es constante. En el caso más general, la señal aplicada a
las placas es variable. Para que el osciloscopio funcione correctamente, la amplitud de la señal debe
ser aproximadamente constante durante el tiempo que cada electrón atraviese las placas. Para esto,
la velocidad de los electrones deberá ser suficientemente grande.
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Problema 2
Responda las siguientes preguntas:
a) Se desea medir el período y la amplitud de una señal sinusoidal de frecuencia del orden de 12
kHz, y voltaje de pico del orden de 5V, a partir de su observación en el osciloscopio de la figura 2.
Elija la escala de tiempo y la escala voltaje adecuados para minimizar el error de medida.
NOTA: la sección de las perillas es idéntica a la de la figura 3, de modo que si no distingue bien
los números de la figura 2, recurra a la figura 3.
figura 2
b) Se dispone de un osciloscopio, con las perillas en las posiciones indicadas en la figura 3. En los
canales del osciloscopio hay señales independientes. En la figura 4 se muestra lo que se observa
en la pantalla. Explique qué está pasando.
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figura 3
figura 4
c) En la pantalla del osciloscopio, con la escala de tiempos fijada en 5 mseg/div, se observa la señal
sinusoidal indicada en la figura 5 (en la página siguiente).
1) Dibuje simultáneamente la rampa de disparo horizontal y la señal de entrada, con el
tiempo en las abscisas.
2) Se cambia la base de tiempos a 10 mseg/div. Dibuje simultáneamente la nueva rampa de
disparo horizontal y la señal de entrada, con el tiempo en las abscisas. Dibuje lo que se
verá en la pantalla en este caso.
figura 5
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Problema 3
En la figura se ilustra el modelo simplificado de un tipo
de punta de prueba conectada a un osciloscopio. Calcular la
respuesta en frecuencia del sistema discutiendo los casos
posibles según C1 y C2.
figura 6
Problema 4
En la figura se muestra el circuito equivalente de la entrada a un osciloscopio, incluyendo la
punta y el cable de la misma:
figura 7
Siendo: Ro = 1 Mohm Rp = 9 Mohm Cp = 11 pF Co = 25 pF
Cuando la punta está correctamente ajustada: Ctot = Co + Ck + Caj = 99 pF
La punta mal ajustada presenta Ctot = 125 pF.
Se pide calcular el error relativo de lectura (en amplitud) a causa del ajuste incorrecto, si la
señal de entrada tiene frecuencia 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz y 1 MHz.
Problema 5 (Examen)
La figura muestra el circuito parcial de un atenuador de entrada correspondiente a un
osciloscopio Heathkit.
a) Muestre que las relaciones de división son aproximadamente las indicadas en el plano. ¿Si todos
los componentes poseen sus valores nominales, ¿cuánto se apartan las relaciones de sus
respectivos valores nominales? ¿Cuál estima es la causa de este error?
b) ¿Cuál es la función de los capacitores C103A a C107A? ¿Cuáles deben ser los valores a ajustar
decada uno?
c) Encuentre el ancho de banda del atenuador, en la relación ÷10, si el capacitor C103A quedó
ajustado a un 10% menos del valor óptimo.
d) ¿Cuál es la función de los capacitores C101A y C102A?
e) Esboce un método práctico para el ajuste de cada uno de estos capacitores, tal como debería
hacerse en la fábrica, después del armado del aparato. Detalle el procedimiento a seguir.
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figura 8. Circuito de entrada al osciloscopio
Problema 6
Se desea relevar la curva de histéresis de un amplifcador operacional funcionando como
Schmitt Trigger. Para ello se dispone de un osciloscopio de dos canales y sus puntas de prueba
correspondientes.
vout
Vcc
200mV
vin
Vss
7V
figura 9. Curva de histéresis
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R1
+
vin
-
R2
+
Voffset
vo
-
figura 10. Schmitt Trigger
a)
b)
Explique cómo utilizaría el osciloscopio para visualizar la curva deseada, ¿en dónde
colocaría las puntas de prueba? ¿y sus tierras?
¿Que escala colocaría en cada canal para lograr visualizar lo mejor posible la curva
característica?