Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales Página 1

Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 1
17
1. INTRODUCCION A LOS OSCILOSCOPIOS
1.1 Osciloscopios analógicos (2)
1,2 Osciloscopios digitales (10)
2. DESCRIPCION DE LOS OSCILOSCOPIOS ANALOGICOS HAMEG 1005 Y 1004-3
2.1 Mandos de control (10)
2.2 Puesta en funcionamiento y ajustes previos (11)
2.3 Modos de funcionamiento de los amplificadores verticales (11)
2.4 La función XY (12)
2.5 Indicación de fuera de pantalla (12)
2.6 Disparo y deflexión horizontal (13)
2,7 Hold-off (15)
2.8 Base retardada (16)
3.
DESCRIPCION DEL OSCILOSCOPIO DIGITAL 54502
3.1 Timebase menú (17)
3.2 Chanel menú
3.3 Trigger menú (19)
3.4 Display menú (23)
3.5 Medidas manuales ( Utilización de los markers) (24)
3.6 Utilización de las memorias (26)
3.7.Uso de "DEFINE MEAS" (27)
4. PRACTICAS A REALIZAR
4.1
4.2
4.3
4.4
Toma de contacto con el osciloscopio digital (29)
Primeras medidas (29)
Cuestiones (30)
Estudio de las puertas NAND (30)
4.3.1 Característica de transferencia (32)
4.3.2 Característica de entrada (33)
4.3.3 Característica de salida (36)
4.4 Estudio de la señal de Televisión (40)
4.4.1 Sincronismos de cuadro y de línea (40)
4.4.2 Controles de: Televisor y de la Mira (41)
4.4.3 Estudio de los sincronismos (42)
4.4.4 Estudio de las líneas (42)
1
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
1.-
Página 2
INTRODUCCIÓN A LOS OSCILOSCOPIOS
1.1.- OSCILOSCOPIOS ANALÓGICOS
Ya que en esta práctica vamos a trabajar con un osciloscopio analógico tradicional y
con otro de memoria digital, es conveniente conocer cómo funciona cada uno de ellos para
poder apreciar las ventajas de unos y otros y sus campos de aplicación.
1.1.1.- ESQUEMA DE BLOQUES DE UN OSCILOSCOPIO ANALÓGICO
Como puede verse en la Ilustr.1, un osciloscopio analógico tiene dos caminos
principales para la señal que llega al tobo de Rayos Catódicos.
El primero es el camino de la señal vertical, la cual es responsable de desplazar
verticalmente el haz de electrones del tubo de Rayos catódicos de acuerdo con la señal de
entrada.
El segundo es el camino horizontal, que dispara la base de tiempos del osciloscopio y
mueve el haz horizontalmente de izquierda a derecha a través de la pantalla.
En una representación típica, el tiempo se representa en el eje horizontal y el voltaje
en el eje vertical.
Cuando la señal llega al osciloscopio lo primero que encuentra es un atenuador que
realiza dos funciones:
1ª) Acopla la alta impedancia de las sondas (normalmente de 1MΩ o 10MΩ) a la
baja impedancia de los preamplificadores de la entrada vertical.
2ª)
Adaptan el nivel de las señales de entrada al nivel de entrada que puedan
manejar los preamplificadores.
2
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 3
La atenuación de la señal de entrada a los preamplificadores se ajusta con los
mandos de entrada vertical.
1.1.2.- EL TRIGGER O DISPARO
Los circuitos de Trigger juegan un papel muy importante en el funcionamiento de los
Osciloscopios. En esencia los circuitos de Trigger indican a la sección horizontal, cuando se
ha de iniciar el movimiento del haz de izquierda a derecha. Si la traza empieza demasiado
pronto, la parte de la señal que interesa ver no se vería. Lo mismo sucede si empieza
demasiado tarde.
La Ilustr. 2 da una imagen de los tres casos que podrían suceder: ¿Cómo sabe el
circuito de trigger cuándo debe disparar? El circuito toma una muestra de la señal de la
fuente de disparo. Esta señal se compara con un voltaje de trigger preseleccionado
mediante el mando de "Level" del trigger.
La mayor parte de los osciloscopios permiten seleccionar el voltaje y el franco a que
se producirá el disparo. Esto es, el nivel y a la transición de subida o bajada de la señal.
Cuando el circuito de trigger encuentra un voltaje y una transición de la fuente que
concuerda con la seleccionada con los controles de trigger, indica a los circuitos de barrido
horizontal que inicien el recorrido del haz de izquierda a derecha de la pantalla.
La velocidad del haz viene determinada por el mando "time/div". Al mismo tiempo
que tiene lugar el desplazamiento horizontal. Los amplificadores verticales mueven el haz
hacia arriba o hacia abajo, de acuerdo con la señal de entrada. El resultado es un
oscilograma del nivel de señal en función del tiempo.
1.1.3.- LÍNEAS DE RETARDO
Si observamos el esquema de bloques de la Ilustr.1 vemos que la señal que sigue el
camino: atenuador - Preamplificador vertical - Amplificador vertical de salida, es más
corto que el que sigue la señal de disparo; por lo que llega antes a las placas del tubo la
señal vertical que la de disparo. Ello hace que no veamos la señal desde el momento que es
disparada.
3
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 4
Para remediarlo se utilizan unas líneas de retardo que retrasan la señal que circula
por los amplificadores verticales.
Las líneas de retardo permiten que la señal de trigger llegue a la base de tiempo
unos nanosegundos antes que llegue la señal a las placas verticales y hace que pueda verse
toda la señal, e incluso algo de lo que hay antes del nivel de señal que produce el disparo
del barrido horizontal.
Para las señales de trigger exteriores, esto es, diferentes de las aplicadas a las
entradas verticales, también tienen su atenuador que realiza las funciones de
acoplamiento de impedancias y de nivel.
1.1.4.- SECCIÓN HORIZONTAL
Los circuitos de desviación horizontal son responsables de desplazar el haz
horizontalmente. Afectan a la precisión de la base de tiempos, y por tanto a la del
osciloscopio.
El movimiento horizontal del haz está controlado por el voltaje de una rampa. La
precisión del tiempo depende principalmente de esta rampa, esto es, de su linealidad. La
precisión de la base de tiempos de un osciloscopio suele ser del orden del 3%.
1.1.5.- TUBO RAYOS CATÓDICOS
La última parte del osciloscopio es el Tubo de Rayos Catódicos (C.R.T.).
El C.R.T. es un display vectorial que puede mover el haz en todas direcciones.
El C.R.T. tiene que ser capaz de mover el haz verticalmente tan rápido como lo hace
la señal de entrada. Esto significa que el ancho de banda del tubo tiene que ser igual que la
de los amplificadores verticales. Esto implica varios problemas. Así cuando el ancho de
banda del tubo sube:
-
El coste del tubo sube.
La precisión del tubo disminuye.
La fiabilidad del tubo disminuye.
El ancho de banda de un Osciloscopio analógico depende tanto del ancho de banda
del Tubo de Rayos Catódicos como del de los amplificadores verticales.
Recordemos que “ancho de banda” se entiende el conjunto de frecuencias que son
atenuadas menos de 3 dB.
En cambio en un Osciloscopio Digital, el C.R.T puede ser mucho menor ancho de
banda ya que la transmisión de los datos de la memoria al tubo se hace a menor velocidad
4
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 5
1.1.6.- RESUMEN
En un Osciloscopio Analógico:
1- La señal de entrada de los dos canales a la salida de los preamplificadores los
dos canales son multiplexados, siguiendo el mismo camino para las placas de
desviación vertical.
2- A la salida de los preamplificadores se separa la señal que irá al dispositivo de
disparo de la base de tiempos siguiendo el camino para las placas de desviación
horizontal.
3.- El tubo tiene que tener el mismo ancho de banda que los amplificadores verticales.
4.- El camino horizontal es responsable del disparo.
5.- El trigger se hace por nivel y flanco.
6.- Cuando el ancho de banda sube, el precio sube y la precisión y fiabilidad bajan.
1.2.- OSCILOSCOPIOS DIGITALES
1.2.1.- EL POR QUE DE LOS OSCILOSCOPIOS DE “MEMORIA DIGITAL”
Los osciloscopios digitales son el resultado de la evolución de los osciloscopios de
memoria analógicos o de persistencia variable. El avance de la tecnología podría mejorar
algunas de las características de los osciloscopios de memoria analógica, pero debido a su
arquitectura no podían ofrecer las características que estaba pidiendo el público; como la
posibilidad de captar datos y transferirlos a un ordenador o la posibilidad de almacenar
formas de onda indefinidamente.
Estas propiedades las cumplen perfectamente los osciloscopios de memoria digital.
1.2.2.- ESTRUCTURA DE UN OSCILOSCOPIO DE MEMORIA DIGITAL
Los osciloscopios digitales tienen partes comunes con los osciloscopios analógicos,
pero su forma de trabajo se basa en una filosofía diferente.
El esquema simplificado, por bloques, de un osciloscopio digital es el representado en
la Ilustr. 3. Podemos observar que la estructura cambia, pues, en lugar del amplificador
vertical que ataca las placas, un osciloscopio digital toma muestras discretas de la señal y
luego la reconstruye sobre la pantalla. Este no es un nuevo concepto en Osciloscopios, pues
ya lo utilizaban los osciloscopios de muestreo para altas frecuencias, pero la deflexión
seguía siendo analógica.
¿Por qué han tardado tanto en aparecer los osciloscopios digitales para uso corriente?
Hasta hace relativamente poco, no habían aparecido conversores A/D suficientemente
rápidos y suficientemente precisos para construir osciloscopios de uso general.
Además los osciloscopios digitales necesitan memoria de escritura rápida para
almacenar los datos tan rápido como se muestrean. De nuevo hasta hace poco no han
aparecido tales memorias.
5
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 6
1.2.3.- ALGUNOS CONCEPTOS SOBRE DIGITALIZACIÓN
Cuando se hace la captura de una señal hay que tener en cuenta los siguientes
elementos:
- frecuencia
- fase
- fidelidad (forma y amplitud)
El teorema de Niquist dice que para reconstruir la forma de una señal senoidal se
necesita como mínimo, tomar dos muestras por período. Pero la reconstrucción de la señal
es muy deficiente a menos que se haga una interpolación óptima. En general se utilizan
como mínimo cuatro muestras por período para poder reconstruir de forma aceptable, una
señal senoidal.
Como la tecnología limita la velocidad de muestreo, para tener más muestras por
período es necesario disminuir el ancho de banda. Veamos un ejemplo:
Supongamos un osciloscopio analógico de 100 MHz. Si introducimos una onda
cuadrada de 100MHz nos la daría casi senoidal, pues el tercer armónico quedaría atenuado
más de 3dB, y los restante muchísimo más.
¿Qué veríamos en un osciloscopio digital que a 100MHz tomara 4 muestras por ciclo?
La senoidal la podríamos reconstruir medianamente, y el sistema de entrada
también nos la atenuarían los 3 dB. Si se trata de una onda cuadrada el sistema de
entrada nos dejaría pasar también solo el primer armónico, quedando reducido, como en el
analógico, a una senoide y con las 4 muestras podríamos reconstruirla medianamente.
Hay dos formas de muestrear una señal, según se trate de ondas repetitivas
(periódicas) o se trate de señales que sólo suceden una vez (transitorias).
Cuando se trata de señales que no son repetitivas se dice que la adquisición es en
"tiempo real", el muestreo se hace de una sola vez y por tanto se ha de hacer a la máxima
velocidad posible. Tiene mucha importancia el que la velocidad de adquisición sea al menos
4 veces mayor que la frecuencia de la onda.
6
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 7
En este caso se pueden ver muestras tomadas antes del trigger.
En el caso de señales periódicas se utiliza el método "Repetitivo" que consiste en ir
tomando en cada pasada o ciclo una o varias muestras. Después de varias pasadas queda
reconstruida la forma de onda.
Tipos de Muestreo en ondas repetitivas:
Para hacer esta reconstrucción se pueden utilizar dos métodos.
a)
Muestreo al azar.
El muestreo se hace de manera continua. Cada punto se pone en su sitio de acuerdo
con el tiempo pasado desde el nivel de trigger. Como los puntos se adquieren antes y
después del trigger podemos ver lo que sucede antes del trigger.
b)
Muestreo secuencial.
En este muestreo, para tomar una muestra se espera un tiempo predeterminado para
tomar un punto. En el siguiente paso se incrementa el tiempo antes de tomar la
muestra. Después de un cierto nº de pases se reconstruye la onda como en el caso
anterior. Como todas las muestras se toman después del trigger, no podemos ver lo
que sucede antes del trigger.
1.2.4.-
DESVIACIÓN VERTICAL
En el sistema digital cada canal tiene un recorrido distinto, como puede verse en la
Ilustr.3. Por tanto la adquisición se hace simultáneamente en ambos canales.
El atenuador y el preamplificador, por el contrario, son comunes a los osciloscopios
analógicos y digitales y realizan las mismas funciones.
Lo que cambia es el bloque siguiente, que es el conversor A/D. En lugar de amplificar
la señal y usarla para producir la deflexión de las placas verticales, el osciloscopio digital
cambia la señal de entrada en una palabra digital mediante el conversor A/D.
Hay varias maneras de hacer una conversión A/D. Los osciloscopios utilizan el
sistema de sucesivas aproximaciones o el sistema Flash converter, que es una conversión
en paralelo.
El primero es más sencillo pues solo requiere un comparador de voltaje.
7
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 8
Esencialmente es un sistema, serie o proceso paso a paso.
Consta de N pasos (donde N es el nº de bits de resolución) y N pulsos de reloj, para
mediante una sucesiva aproximación, convertir el voltaje en una salida digital. Aunque se
obtiene una alta resolución, no es suficientemente rápida para utilizarla en una
adquisición de una onda no repetitiva (Este sistema se utiliza para ondas repetitivas).
Para hacer una digitalización de una señal no repetitiva se necesita una conversión
A/D mucho más rápida. Para ello se utiliza el sistema paralelo. Estos aunque más rápidos
son más complejos de Hard. Su arquitectura requiere 2N - 1 conversor/voltaje (N = número
de bits). Así un conversor de 6 bits necesitaría 63 conversores de voltaje; y uno de 10 bits,
1020 conversores.
1.2.5.- LA MEMORIA
La memoria tiene que ser capaz de almacenar a la misma velocidad que se hace la
conversión para la mayoría de las arquitecturas.
Esto significa que para una velocidad de muestreo de 200 Mega muestras por
segundo la memoria tiene que tener un ciclo de escritura de 5ns.
Muchos osciloscopios utilizan una memoria especial FISO (Fast In, Slow Out).
Para poder utilizar menores velocidades de digitalización y memorias más lentas,
algunos constructores almacenan la forma de onda en CCD (Charge Couple Devices).
La forma de onda se puede leer luego desde el conversor A/D a menor velocidad, con
lo que se pueden utilizar conversores más lentos y más precisos.
Una vez la forma de onda almacenada en memoria de semiconductores, la imagen se
puede conservar indefinidamente sin deterioro.
8
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 9
1.2.6.- EL PROCESADOR
Los osciloscopios digitales incorporan un microprocesador. La potencia del µP afecta
profundamente las posibilidades del Osciloscopio. Una vez los datos en forma digital es
fácil procesarlos para realizar distintas funciones, tales como mediciones de frecuencia,
período, tiempos de subida y bajada, etc. o bien sacar los datos a una impresora o ploter.
1.2.7.- TUBO RAYOS CATÓDICOS
La última diferencia entre un osciloscopio digital y otro analógico es el CRT.
En el Osciloscopio digital los datos son almacenados a la velocidad de muestreo, pero
para sacarlos en la pantalla se hace a una velocidad menor. Por tanto se puede utilizar un
tubo de más bajo coste, menor fiabilidad y más larga vida que uno de más alta frecuencia.
Otra prestación más, es la facilidad de implementar color.
1.2.8.- RESUMEN
1.
Hay dos modos de digitalización - tiempo real y repetitivo.
2.
Los repetitivos pueden digitalizar de modo secuencial o aleatoria (random).
3.
La velocidad de muestreo y el ancho de banda están relacionados solo en el
modo de tiempo real.
1.2.9.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL OSCILOSCOPIO DIGITAL
Ventajas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Los datos se captan simultáneamente por los dos canales; no es necesario el
modo chopeado o alternado del analógico.
La imagen se puede guardar indefinidamente sin degradación.
Debido a la arquitectura con microprocesador se pueden hacer medidas
automáticamente.
Se puede pasar el contenido a una impresora o ploter.
Conectado a un Ordenador se pueden automatizar las medidas.
Las formas de ondas se pueden almacenar para posteriores comparaciones.
Desventajas:
1.
2.
3.
4.
Mayor coste, mayor mantenimiento.
Menor velocidad.
Menor sensación de realidad.
Menor resolución. En el analógico tienes todos los puntos.
9
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 10
2.- DESCRIPCIÓN DE LOS OSCILOSCOPIOS ANALÓGICO
HAMEG “HM 1005” Y “HM 1004-3”
Los osciloscopios de Hameg 1005 y 1004-3 tienen las mismas prestaciones . El
1004-3 es más moderno y presenta dos diferencias a tener en cuenta:
1ª - Los mandos de Amplitud y Tiempo no llevan los valores escritos en la carátula junto
al mando sino que aparecen en la pantalla ( es decir tienen un display digital, aunque
el osciloscopio es analógico)
2ª - Para reducir el número de mandos y botones, un mismo mando puede hacer dos
funciones diferentes. Para cambiar de la una a la otra basta pulsar la tecla durante unos
segundos. Esta posibilidad se indica con una raya gruesa debajo el pulsador
Otras veces hay que pulsar dos teclas a la vez para activar una función. Esta
posibilidad se indica con 2 rayas.
En lo que sigue se explica el Osciloscopio HM 1005, que es lo mismo que el HM
1004-3 con las diferencias indicadas anteriormente.
1.-
MANDOS DE CONTROL
Como es habitual en todos los osciloscopios HAMEG, el panel frontal está dividido en
regiones correspondientes a las distintas funciones.
Directamente debajo de la pantalla se encuentran (de izquierda a derecha) los
mandos de control de la luminosidad (INTES.), (INT.B = luminosidad, base de tiempos B),
del enfoque (FOCUS) y de la rotación del haz (TR = trace rotation). A continuación se
encuentra el conmutador para la iluminación de la retícula (ILLUM. = illumination) y el
calibrador (CAL. 0'2 Vpp y 2 Vpp) con conmutador de frecuencias (1 KHz ó 1 MHz).
Al lado se encuentran -ópticamente separados - los mandos para la expansión del haz
(X MAG. x10 = expansión X x10), así como para el desplazamiento horizontal del haz (X
POS. = posición X).
Arriba junto a la pantalla se encuentra el interruptor de red (POWER) con símbolos
correspondientes a las posiciones de encendido (on) y apagado (off). Luego están los
mandos para el ajuste de la base de tiempos A (TIME/DIV.) y B (DEL TB), disparo para las
bases de tiempos (LEVEL A y B) con sus correspondientes selectores del flanco de disparo
(SLOPE + / -) y el mando para el ajuste del retardo de la deflexión (DEL.POS.) para la base
de tiempos B. La tecla de conmutación de la base de tiempos A/B (sin pulsar A, pulsada B)
y su correspondiente tecla para la presentación alternada de ambas bases de tiempo (ALT.)
se encuentran arriba a la izquierda del conmutador de las bases de tiempos. Así mismo la
tecla X - Y (pulsada = función X - Y).
La tecla ALT., asignada ópticamente al conmutador de disparo (TRIG.) con sus
posiciones AC, DC, HF, LF, ~ y al LED de disparo encima del mismo, sirve para el disparo
alternado con presentación alternada de las entradas, CH I y CH II. Para el disparo
externo hay que pulsar la tecla EXT. y conectar la señal de disparo al conector BNC
TRIG.INP.
10
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 11
Para el disparo de señales de video está el conmutador TV SEP.
Con HOLD OFF se puede alargar el tiempo de espera antes de que un impulso de
disparo pueda ser efectivo.
Las teclas SINGLE y RESET (con su correspondiente LED) permiten registrar
procesos de deflexión únicos.
Abajo a la derecha de la pantalla, en el campo Y, se encuentran las entradas del
amplificador vertical de los canales I, II y III (VERT.INP. I, II y III) con sus correspondientes conmutadores de acoplamiento de entrada (GD, AC, DC), los atenuadores de
entrada CH I y CH II, así como el control de amplificación para el canal III (VAR. CH III).
Con los mandos Y-POS. I, II y III se puede ajustar la posición del haz en cada uno de
los canales.
Con el mando para el ajuste de la separación del trazo (TRACE SEP) se separan las
posiciones de los trazos de las bases de tiempos A y B en modo alternado. Las 5 teclas
situadas en la región Y sirven para conmutar el modo de funcionamiento de los
amplificadores verticales y se describen más detalladamente en el capítulo "Modos de
funcionamiento de los amplificadores verticales".
Todos los detalles están concebidos de manera, que no se produzca ningún daño
grave aunque el aparato sea manejado incorrectamente. Las teclas sólo controlan funciones
secundarias. Por eso es aconsejable, no pulsar ninguna tecla al empezar con el trabajo. Su
utilización depende de las necesidades en cada caso.
2.2.- PUESTA EN FUNCIONAMIENTO Y AJUSTES PREVIOS
Se aconseja que al comenzar el trabajo, no haya ninguna tecla pulsada y que los
botones con flecha estén colocados en sus posiciones calibradas. Lo mismo vale para los
mandos marcados con una raya o un punto. Todos los demás botones con una raya deberán
señalar verticalmente hacia arriba. Los conmutadores verticales deberán estar en su
posición superior y los horizontales colocados a la izquierda.
El aparato se pone en funcionamiento con la tecla de red roja POWER. La luz piloto
se enciende, indicando que el aparato funciona. Si después de 10 segundos de calentamiento no aparece ningún haz, puede ser que el potenciómetro INTENS. no esté girado
suficientemente, o que el generador de barrido no se haya disparado. Además es posible,
que los reguladores POS. estén desajustados. Entonces hay que controlar otra vez si todos
los botones e interruptores están en las posiciones descritas.
Sobre todo hay que observar el botón LEVEL A. Sin señal de medida sólo aparece un
trazo, cuando está pulsado en posición AT (disparo automático).Si sólo aparece un punto
(¡cuidado, existe peligro de quemar la capa fosforescente del tubo!) probablemente esté
pulsada la tecla X - Y. En este caso hay que soltarla. Si aparece el trazo, se ajusta una
luminosidad media con el mando INTENS. y el máximo enfoque con focus. Para esto el
interruptor AC-DC-GD (CH.I) debe estar en la posición de masa (GD).
La entrada del amplificador vertical
está en cortocircuito. Así se asegura que
11
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 12
ninguna tensión perturbadora exterior afecte el enfoque. Las tensiones conectadas a la
entrada Y no se ponen en cortocircuito en la posición GD.
Para proteger el tubo de rayos catódicos (TRC), se aconseja trabajar con la
luminosidad justamente necesaria. Hay que tener mucho cuidado cuando la luminosidad
es muy clara, el trazo tiene forma de punto y está fijo, ya que se podría dañar la capa
fosforescente del TRC. Además se daña el cátodo del TRC, si se enciende y apaga el
osciloscopio repetidamente.
2.3.- MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS AMPLIFICADORES
VERTICALES
Los modos de funcionamiento de los amplificadores verticales se seleccionan
mediante las 5 teclas del campo Y. En funcionamiento mono, todas las teclas deben estar
sin pulsar. En ese caso se trabaja sólo con el canal I.
Para el funcionamiento mono en canal II hay que pulsar la tecla CHI/II-TRIG.I/II.
De esta forma se conmuta el disparo a canal II. En funcionamiento mono no es posible
trabajar con canal III.
Si sólo se pulsa la tecla DUAL, trabajan ambos canales I y II. Pulsando además
CHIII se incorpora también el canal III. Con las teclas en esta posición, se obtiene la
presentación consecutiva de tres procesos (alternate mode). Este modo de funcionamiento
no es indicado para presentar procesos muy lentos, la pantalla parpadea excesivamente y
parece saltar. Pero si se pulsa también la tecla ADD, los tres canales van conmutándose
permanentemente con una frecuencia muy alta dentro de un mismo período de deflexión
(chop mode). En esta función, incluso los procesos muy lentos se presentan sin parpadeos.
Para oscilogramas con una frecuencia periódica superior, este tipo de conmutación de
canales tiene menor importancia.
Habiendo pulsado sólo la tecla ADD, las señales de los canales I y II se suman (I+II =
presentación de la suma). Si además se invierte el canal II (tecla INV.II pulsada) también
puede presentarse una diferencia (+I-II). En estos dos modos de funcionamiento, la
posición vertical de la imagen depende de los mandos Y-POS. de ambos canales. No se
puede incorporar el canal III.
2.4.- FUNCIÓN XY
Para la función XY hay que pulsar la tecla X-Y en el campo X. Además se pulsa la
tecla CH.I/II. La señal X se aplica a la entrada del canal I.
En la función X-Y el atenuador de entrada y el ajuste fino del canal I se utilizan para
graduar la amplitud en la dirección X.
Para el ajuste de la posición horizontal deberá utilizarse el mando X-POS. En la
función X-Y queda desconectado el control de posición del canal I. La sensibilidad máxima
y la impedancia de entrada es igual en ambas direcciones de deflexión. No debe estar
pulsada la tecla de expansión de la traza X MAG x.10, situada junto al botón X-POS.
12
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 13
La frecuencia límite en dirección X es de 4MHz (-3dB). Pero hay que tener en cuenta
que ya a partir de 50 KHz aparece una sensible diferencia de fase entre X e Y que aumenta
con frecuencias superiores. La polarización de la señal Y se puede invertir con la tecla
INV.II. En la función XY no se puede trabajar con el canal III.
2.5.- INDICACIÓN DE LA SOBREEXCITACIÓN EN Y
Indica si el haz o partes de la señal salen de la retícula en dirección vertical. La
indicación se obtiene por medio de dos diodos luminosos OVERSCAN, situados entre los
dos atenuadores. Si se enciende uno de los LEDS sin señal de medida, es que hay un
mando Y-POS. desajustado manualmente. Por la posición de los LEDS se reconoce en qué
dirección ha salido el haz de la pantalla. En funcionamiento con varios canales, es posible,
que todos los mandos Y-POS. estén desajustados. Si las líneas están en la misma dirección
sólo se enciende un LED. Pero, si por ej. un haz queda por encima y los demás por debajo
de la pantalla, se encienden ambos.
La indicación de la posición Y con sobrepaso de la retícula se obtiene en todos los
modos de funcionamiento, incluso cuando no se presenta una línea de tiempo por falta del
barrido, o cuando el osciloscopio trabaja en función XY. Como ya se ha mencionado en el
capítulo "Ajustes previos", es preferible trabajar con disparo automático (botón LEVEL A
en posición AT). En este modo siempre existe una traza incluso sin señal de medida.
Si al conectar la tensión de señal se encienden ambos LEDS a la vez, es que se
sobrepasa la pantalla en ambas direcciones. Si la señal tiene sobrepuesta una tensión
continua relativamente alta, es posible que en acoplamiento DC sobrepase el margen de la
retícula, ya que la tensión continua provoca un desplazamiento vertical de la imagen con
un ajuste de altura aparentemente correcto. En este caso hay que conformarse con una
altura de imagen inferior o seleccionar el acoplamiento de entrada en AC.
2.6.- DISPARO Y DEFLEXIÓN DE TIEMPO (A)
El registro de un señal sólo es posible si se dispara la deflexión del tiempo. Para
conseguir una imagen estable, la base de tiempos debe dispararse sincrónicamente con la
señal a medir. Esto es posible con la misma señal o mediante otra señal externa, pero
también sincronizada con la señal a medir. Si el botón LEVEL A está en posición AT,
siempre aparece una traza, aunque no se haya aplicado una señal de medida. En esta
posición pueden registrarse prácticamente todas aquellas señales no muy complicadas, que
se repitan periódicamente y que tengan una frecuencia de repetición superior a 30 Hz. El
manejo de la base de tiempos entonces se reduce al ajuste del tiempo.
Con disparo normal (botón LEVEL A en otra posición distinta de AT) y un adecuado
ajuste del LEVEL, se puede disparar el barrido A en cualquier punto de un flanco de señal.
El margen de disparo que abarca el botón LEVEL depende mucho de la amplitud de la
señal presentada. Si es inferior a 1 div. se requerirá cierta atención para su ajuste, dado
que el margen es muy reducido.
Con la tecla SLOPE + / - sin pulsar, el disparo se inicia en un flanco positivo, es decir,
ascendente. Si interesa que el registro de una señal se inicie con un flanco negativo, es
decir, descendente, hay que pulsar la tecla SLOPE +/-. La dirección de flanco seleccionada
se refiere a la señal de entrada. En la presentación de señales de frecuencia superior es
13
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 14
posible que por razón de la conexión de retardo se produzcan diferencias aparentes entre el
flanco de disparo seleccionado y el flanco presentado.
En funcionamiento DUAL (CH.I y CH.II), la colocación de la tecla CH.I/II-TRIG.I/II
determina cuál de las señales de entrada dispara el sincronismo. Lo mismo en funcionamiento ADD.
Con disparo alternado (tecla ALT pulsada) en funcionamiento DUAL alternado
internamente también pueden trabajar ambos canales (I y II simultáneamente con disparo
normal. En este caso las dos frecuencias de señal pueden ser asíncronas. A fin de poder
desplazar libremente ambas señales sobre la retícula, conviene - si es posible - utilizar
acoplamiento de entrada AC para ambos canales. entonces tienen aproximadamente el
mismo umbral de disparo de 0'5 div. La señal de disparo procederá del respectivo canal por
conmutación alterna de los canales.
Trabajando con tres canales (CH.I, CH.II y CH.III) o en funcionamiento con dos
canales (CH.I y CH.III ó CH.II y CH.III) el disparo interno del tercer canal se produce
selectivamente desde el canal I ó II según se coloque la tecla CH.I/II - TRIG.I/II.
Para el disparo externo hay que pulsar la tecla de disparo EXT. y conectar la señal
(200 mVpp hasta 2 Vpp) al borne TRIG.INP. Por razones de seguridad no se deberá
sobrepasar los 100 Vp en el borne TRIG.INP. La impedancia de entrada es de 1 MΩ //22pF,
de forma que las sondas atenuadores se pueden utilizar libremente.
El acoplamiento y el margen de frecuencias de la señal de entrada se puede
seleccionar internamente o externamente mediante el conmutador de disparo TRIGG. Para
ello es necesario que el conmutador TV SEP. esté colocado en posición OFF. En las
posiciones AC ó DC las señales pequeñas (<2 div.) sólo podrán ser sincronizadas hasta
aprox. 40 MHz. Para señales de frecuencia superior (40 - 130 MHz) hay que conmutar a la
posición HF. En las posiciones AC y DC el aparato en principio también dispara a
frecuencias superiores a 40 MHz; pero hay que tener en cuenta que entonces sube el
umbral de disparo.
Una de las ventajas es que en el margen hasta 40 MHz, incluso con sensibilidad
máxima del amplificador de medida se evitan en gran medida los disparos dobles debidos a
ruidos del amplificador. La frecuencia límite inferior en disparos AC es de aprox. 20 Hz.
Los valores especificados arriba son válidos para señales senoidales. Con disparo interno
dependen del ajuste de la altura de la señal.
Con disparo LF (0- 1 kHz) se reducen los componentes de la señal de frecuencia
elevada evitándose así la presentación de trazos dobles.
Sólo se aconseja el disparo con DC para procesos muy lentos en los que se tenga que
disparar sobre un determinado nivel, o si se han de registrar señales en forma de impulso
con una relación de impulso que varíe continuamente. Con disparo DC interno es mejor
trabajar siempre con disparo normal y el ajuste LEVEL.
Para el disparo con frecuencia de red en la posición ~ del selector de disparo TRIGG.
Se utiliza como señal una tensión secundaria del transformador de red. Este modo de
disparo es independiente de la amplitud y frecuencia de la señal. Se aconseja para todas
las señales sincrónicas con la red.
14
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 15
El disparo con frecuencia de red permite una presentación de la señal incluso por
debajo del umbral de disparo. Por esto es especialmente adecuado para la medida de
pequeñas tensiones de zumbido de rectificadores de red o interferencias con frecuencia de
red en un circuito. Si con disparo de red, el flanco de inicio del disparo de la base de
tiempos es incorrecto, puede solucionarse invirtiendo el enchufe de red.
Cuando se trata de registrar señales de video, hay que mover el conmutador TV SEP.
de la posición OFF a una de sus posiciones de funcionamiento. De esta forma se desactiva
el conmutador TRIGG. en sus posiciones AC, DC, HF y LF, pero no en la posición ~.
Asimismo se desactiva el control LEVEL A.
Un separador de impulsos de sincronismo separa los impulsos de sincronismo del
contenido de la imagen. En las posiciones V+ y V- (V = vertical) los impulsos de
sincronismo de imagen se transforman por integración en impulsos de disparo.
En las posiciones H+ y H- (H = horizontal) todos los impulsos de sincronismo son
adecuados para el disparo. las posiciones marcadas con + se seleccionan cuando la señal de
video conectada a la entrada del osciloscopio tiene los impulsos de sincronismo por encima
del contenido de imagen o de línea.
De igual forma se seleccionan las posiciones V- o H- cuando los impulsos de
sincronismo están por debajo del contenido de imagen o de línea. La posibilidad de invertir
(INV.II) la presentación de la señal en el canal II (CH.II) no afecta al disparo.
Si está sin pulsar el selector del flanco de disparo, SLOPE A (+), se dispara sobre el
flanco anterior del impulso de sincronismo y estando pulsado (-) sobre el flanco posterior.
En las posiciones V una red integradora evita que se visualicen los impulsos de
sincronismo de imagen.
Además de la colocación del conmutador TV SEP. y de la tecla SLOPE A, hay que
seleccionar un coeficiente de tiempo TIME /DIV.A adecuado para la medida en cuestión.
En la posición 5ms/div. se visualizan dos campos y medio, en 10µs/div. se puede presentar
una línea definida.
Si la porción de tensión continua de la señal de video es tan alta que la presentación
resulta imposible incluso ayudándose con el control Y-POS., hay que seleccionar el
acoplamiento de entrada AC. Sin embargo, si varia el contenido de la imagen, se producen
desplazamientos verticales.
2.7.- HOLD-OFF
Si en funcionamiento con disparo normal,
aun después de girar el botón LEVEL varias
veces con sensibilidad, no se logra encontrar un
punto de disparo para mezclas de señal
extremadamente complicadas, muchas veces se
puede alcanzar la estabilidad de la imagen
moviendo el botón HOLD-OFF. Con este
dispositivo se puede ampliar de forma continua
en la relación 10:1, el tiempo de bloqueo del
disparo entre dos períodos de deflexión de
15
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 16
tiempo de la base de tiempos A.
Los impulsos u otras formas de la señal que aparezcan durante este tiempo de
bloqueo, ya no podrán influir en la señal. Sobretodo en el caso de señales de ráfaga o
secuencias aperiódicas de impulsos de igual amplitud, el inicio del período de disparo se
puede ajustar al momento más oportuno o necesario en cada caso.
Las señales con mucho zumbido o interferidas por una frecuencia superior, a veces se
presentan en doble imagen. En determinadas circunstancias, con el ajuste LEVEL sólo se
puede influir en el respectivo desfase, pero no en la doble imagen. Pero la presentación
estable e individual de la señal a evaluar, se puede alcanzar fácilmente ampliando el
tiempo HOLD-OFF. Para esto hay que girar despacio el botón HOLD-OFF hacia la
derecha, hasta lograr la presentación de una sola señal.
Una doble presentación puede darse en determinadas señales de impulso cuyos
impulsos muestren alternando una pequeña diferencia de amplitud punta. Sólo un ajuste
exacto de LEVEL permite su presentación individual. También en este caso la utilización
del botón HOLD-OFF facilita el ajuste correcto.
Al finalizar el trabajo es necesario volver a girar el control HOLD-OFF a su tope
izquierdo, dado que si no queda drásticamente reducida la luminosidad de la pantalla.
2.7.1.- FUNCIONAMIENTO DEL HOLD-OFF
Si la señal de medida tiene una forma compleja y está compuesta de dos o más
frecuencias que se repiten (períodos), puede complicarse el disparo. En este caso el tiempo
variable hold-off será de gran ayuda. Variando el tiempo de espera entre dos barridos
(hasta 10:1), casi siempre se obtiene una imagen estable.
2.8.- SEGUNDA BASE DE TIEMPOS (B)- DEL.TB
En el campo TIME/DIV. se encuentran los mandos de control para las bases de
tiempo A y B. Contando desde el centro hacia el margen éstos son: el control fino de la base
de tiempos A (tope derecha = calibrado), el conmutador para la base de tiempos A con coeficientes de deflexión de tiempo desde 1 s/div. hasta 0'05 µs/div. y el conmutador exterior
(transparente) para la base de tiempos B con coeficientes de deflexión de tiempo desde 0'2
s/div. hasta 0'05 µs/div. marcados por un recuadro negro.
Con la 2ª base de tiempos (B) pueden presentarse partes de la presentación de la
señal con base de tiempos A de forma retardada ajustable y ampliada. Partiendo del ajuste
básico del HM1005 (aparte de POWER-on, teclas sin pulsar, flechas a la derecha, puntos a
la izquierda y rayas en posición vertical), la base de tiempos A deberá estar colocada en la
posición de 0'2 ms/div. y la base de tiempos B en la posición 20 µs/div.. Si se pulsa la tecla
ALT. (ALT = base de tiempos alternado) correspondiente a la tecla de conmutación de las
bases de tiempos A/B, después de cada presentación de un haz se producirá una
conmutación a la otra base de tiempos.
16
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 17
Dado que con ambas bases de tiempos se presenta la misma señal Y, no sería posible
o muy difícil distinguir las bases de tiempos. Por esto en el campo de mandos Y se
encuentra el control TRACE SEP, que en el modo de funcionamiento alternado de las
bases de tiempos permite desplazar la presentación B aproximadamente ± 3 div. en
dirección Y, es decir, separar A de B. Si es necesario habrá que reducir la altura de
presentación de la señal Y mediante el o los atenuadores.
En funcionamiento ALT. en la presentación de la base de tiempos A se aprecia un
sector más brillante, cuya longitud estará de acuerdo con los coeficientes de tiempo A y B
ajustados previamente (en este caso 10 mm). En la base de tiempos B este sector brillante
se presenta en 10 div, es decir, expandido por 10. Así una señal senoidal de 5 kHz se
presentaría con 10 períodos en A y con 1 período expandido con B. El inicio de la
presentación de la base de tiempos B corresponde al inicio (izquierda) del sector brillante
en A.
Así el final del sector luminoso (derecha) coincide con el final del trazo de B. Con el
control DEL.POS. (posición del tiempo de retardo) el sector luminoso se puede desplazar a
través de todo el margen de presentación de la base de tiempos A. El inicio del sector
brillante indica el retardo con respecto al inicio del trazo A (disparo).
Si el inicio del sector brillante se sitúa por ej. a 2 div. del inicio del trazo, el tiempo de
retardo con la base de tiempos A graduada a 0,2 ms/div. es de exactamente 0,4 ms. Ese es
el tiempo que debe transcurrir después del siguiente proceso de barrido hasta que se
dispare la base de tiempos B.
La intensidad del sector luminoso que aparece en modo alternado de las bases de
tiempo (alternando A y B) se puede graduar con el control INT.B (colocado normalmente en
su tope derecho). Si la intensidad para A se gradúa al máximo, el sector luminoso ya no se
aprecia. Por eso es necesario reducir la luminosidad del trazo con el control INTENS.
Así como cualquier sección de señal se puede presentar con DEL.POS. en
funcionamiento libre (FR) de la base de tiempos B, el funcionamiento de disparo normal
(LEVEL B) requiere que después de transcurrido el tiempo de retardo exista un flanco de
señal de amplitud y polaridad adecuadas. El nivel de disparo se determina con el control
LEVEL B y la dirección del flanco con el correspondiente conmutador +/-, Tiene la ventaja
que incluso con una expansión mayor se obtiene
3.- DESCRIPCIÓN DEL OSCILOSCOPIO DIGITAL HP 54502
3-1.- TIMEBASE MENÚ
Este menú nos permite elegir:
a)
El tiempo/div de 1 ns/div a 5 seg/div.
b)
El retraso (delay) hace relación al punto considerado (left, center, right) respecto al
instante del trigger.
Un delay positivo indica que el punto de referencia (left, center, right) está después
del trigger. Por tanto un delay de +50 ns indica que el punto de referencia (left,
center, right) está 50 ns después del trigger.
17
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 18
Un delay negativo (-60 µs) indica que el punto de referencia está 60µs antes del
trigger. Reference = punto del trigger mas delay.
Los tiempos que aparecen en la parte inferior de la pantalla son los tiempos
transcurridos desde el disparo a esos puntos (izq., centro, derecha).
c)
La ventana (WINDOW) es como la segunda base de tiempos de un osciloscopio
analógico. Al ponerla en ON aparecen dos rayas verticales de puntos, que podemos
separar, juntar o posicionar. La zona comprendida entre estas dos líneas aparece
ampliada en la parte interior de la pantalla. Nos aparece también la indicación del
t/div de la 2ª base de tiempos en el menú.
18
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 19
Con el mando rotativo podemos ensanchar o reducir la zona abarcada. Luego
pulsando la tecla position podemos seleccionar la zona que interese. Los números que
aparecen el la parte inferior son los tiempos que han pasado desde el trigger hasta la
parte derecha, centro e izquierda de la pantalla (pueden ser positivos o negativos,
según sean después o antes del trigger).
d)
La diferencia entre Repetitive y real time ya se explicó en la introducción.
Repetitive para señales periódicas.
Realtime para no periódicas.
3.2.- CHANEL MENÚ
Nos permite elegir:
a)
El canal. Cuando el canal está elegido, el círculo debajo del número queda relleno.
b)
La sensibilidad (V/div) desde 2 mV/div a 5 V/div.
c)
El offset. El offset mueve la señal hacia arriba o hacia abajo de la misma manera que
el shift en los osciloscopio analógicos. Tiene un margen de ± 16 divisiones desde el
centro de la pantalla.
El valor de offset que aparece en el menú al hacer un auto scale, es el necesario para
centrar la señal visualizada. Es la tensión que tendría que añadirse para tener cero
voltios de offset.
d)
El acoplamiento de la señal (dc), (ac), y los filtros (BW lim), límite de banda a 30
MHz.
En (ac) hay un filtro que rechaza las bajas frecuencias inferiores a 90 Hz.
Además el (LF rej) rechaza las frecuencias menores de 450 Hz.
Estos filtros reducen el ruido de la señal de entrada afectando también a la señal de
trigger. (Si coincide con el canal).
e)
En dc, y sólo en dc, se puede utilizar la impedancia de 50Ω.
NOTA:
Al utilizar 50 ohmios hay que tener muy presente la potencia máxima que
puede disipar la impedancia de 50Ω que es de 2W . (V =
2 * 50 = 10V) .
f)
La atenuación de la sonda. Cuando se utiliza una sonda atenuadora, basta indicarle
cual es la relación para que lo tenga en cuenta al hacer las medidas.
g)
En ECL elige los niveles adecuados de tensión para dicho tipo de señales (200
mV/div). Lo mismo hace con TTL (1V/div).
19
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 20
3.3.- TRIGGER MENÚ
Los modos de Trigger proporcionan distintas técnicas para captar los datos.
igual.
En primer lugar el disparo puede ser Trig'd o Auto. Cada uno de ellos tiene el resto
En Trig'd el osciloscopio no adquiere los datos hasta que todas las condiciones de
trigger no se cumplan; por lo cual no aparecería el haz hasta que no se satisfagan las
condiciones.
En Auto, si no encuentra una señal de trigger, él genera una y muestra los datos
adquiridos. En este caso puede aparecer el barrido horizontal, sin que al vertical se le
aplique señal.
Cuando, en Auto, no aparece una señal estable puede ser porqué está generando un
trigger que no tiene que ver con la señal que estamos viendo. Por tanto es preferible
sincronizar en Trig'd.
El disparo en ambos casos puede ser por: Flanco (Edge), Patrón (Pattean), Estado
(Estate), Retardo (Delay) y Televisión (TV):
Nota: El flanco (Edge) se utiliza para señales analógicas periódicas.
El Pottern y Estate se utilizan para señales digitales.
El (TV) se utiliza para señales de Televisión.
El (Delay) para señales complejas, o sea períodos no simples.
3.3.1.- EDGE (FLANCO)
En este modo se hace por el nivel (threshold) de cada canal. El nivel también
interviene en el resto de los modos, pero se añaden nuevas condiciones.
Podemos elegir:
a)
La procedencia de la fuente (canal 1, 2, ext) de la señal de trigger.
b)
El Nivel, que puede ser el cero de la onda o bien ajustarlo a otro valor positivo o
negativo. En este caso aparece una línea de puntos, que indica el nivel de
trigger.
c)
El flanco: subida o bajada.
d)
Poner un filtro para eliminar el ruido, en este caso el filtro solo afecta a la señal
de trigger, no a la visualizada.
En este menú también aparece el Hold-off que puede ayudar en algunos casos a
obtener un trigger correcto. El Hold-off es un tiempo de espera entre un disparo y el
siguiente. Se utiliza cuando las señales son complejas
Supongamos la señal de la Fig. 11. Al no ser una señal periódica simple, puede
20
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 21
suceder que, una vez sincronice con el primero del par de pulsos y otra vez con el segundo
del par de pulsos más anchos. Si mediante el Hold-off introducimos un tiempo de espera,
hasta que aparezca de nuevo el primero del par de pulsos más estrechos, lograremos una
señal repetitiva estable (fig.11-2).
3.3.2.- PATTERN
En este modo, para generar una señal de trigger, mira si se cumplen las condiciones o
niveles de tres señales.
-
La 1ª es el canal 1.
La 2ª es el canal 2.
La 3ª es la señal que entra por el Trigger ext.
Cada una de estas señales puede tener tres condiciones diferentes:
1ª)
Ser mayor (H) que el nivel señalado para el trigger.
2ª)
Ser menor (L) que el nivel señalado para el trigger.
3ª)
Ser indiferente (X) respecto al nivel de trigger.
21
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 22
Se ajustan las condiciones mediante el conmutador rotatorio.
Además se añade una nueva condición con el «cuando» (When) que puede ser:
a)
Cuando entra en las condiciones - (Entered).
b)
Cuando sale de las condiciones - (Exited).
c)
Cuando las condiciones duran más del tiempo determinado (Present >).
d)
Cuando las condiciones se cumplen durante menos tiempo
(Present <).
e)
Cuando las condiciones se cumplen durante un tiempo mayor de un valor y
menor que otro (> range <).
del indicado
Nota: Aquí el Hold-off puede impedir el trigger hasta que no haya pasado un tiempo
desde el anterior, o bien que no hayan pasado un número de veces en que
se hayan cumplido las condiciones (Patean).
3.3.3.- STATE TRIGGER
El modo Estate Trigger es similar al Pattern excepto que el canal 1 se selecciona
como flanco de Clock y las otras fuentes como patrón o modelo.
El trigger tiene lugar en el siguiente flanco, donde se cumplan las condiciones y se
mantengan (is) o no se mantengan (is not).
Nota: Los tipos de Trigger (Pattern y Estate) tienen aplicación sobre todo en sistemas
digitales.
3.3.4.- DELAY TRIGGER
Como su principal aplicación se encuentra en sistemas digitales, vamos a omitir su
explicación y utilización.
3.3.5.- TV TRIGGER
En señales de TV hay que tener en cuenta que la pantalla es recorrida por el
haz de electrones de izquierda a derecha y de arriba a bajo, haciendo 625 pasadas
(líneas), para formar cada imagen (cuadro).
Para mayor persistencia de la imagen el cuadro lo hace en dos veces. Hace una
primera pasada de 313 líneas y luego hace otra pasada intercalando con las primeras
otras 312 líneas. Las 625 líneas forman la imagen o cuadro, que es como una foto. Se
habla de poner más líneas por cuadro para obtener mayor resolución.
22
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 23
El osciloscopio puede sincronizar por línea o por cuadro. Actualmente los
osciloscopios suelen sincronizar por cuadro, que es un pulso negativo cada 20 ms, lo
que nos daría 50 imágenes por segundo, que coincide con la frecuencia de red. A parte
del cuadro, se dispone de un sistema que nos permite que el sincronismo se pueda
hacer a partir de cualquier línea.
En nuestro menú de TV, tenemos:
Un 1er
recuadro que nos permite elegir la frecuencia de la red y el nº de líneas
por cuadro.
Un 2o
recuadro que nos permite escoger la polaridad, en nuestro caso negativa,
y el nivel. El nivel veremos que es importante para que el trigger corte el
pulso de línea.
Un 3er
recuadro para elegir el campo. Primera pasada o segunda pasada.
Un 4o
recuadro para seleccionar la línea que queramos que realice el sincronismo. Variando la línea podemos visualizar lo que sucede en cada uno de los
625 barridos horizontales. Para poder variar de línea en línea, pulsar la
tecla fine. Recordemos que en el campo 1 y 2 tendremos lo mismo.
En la práctica disponemos de un Generador de señales de Video Patron en color.
Estas señales las podemos ver en el televisor y luego las podemos ir analizando línea
a línea mediante el osciloscopio. A cada color le corresponde un nivel de tensión.
Nota: No en todos los patrones hay la misma tensión para cada color, lo que hará que
tengamos que variar el nivel de Trigger para cada patrón.
3.4.- DISPLAY MENÚ
El display nos permite controlar la forma de mostrar los datos adquiridos para
obtener una máxima claridad, eliminar el ruido, etc.
Existen dos menús dependiendo de la forma como se hayan adquirido los datos, esto
es, según se haya trabajado en Repetitivo o en Tiempo Real.
El menú en Tiempo Real tiene las posibilidades de:
-
Visualizar lo grabado en forma normal o en forma extendida (4 veces más de
tiempo).
-
Posibilidad de introducir un filtro, que redondea o suaviza, un poco, los saltos.
Cuando el tiempo es < de 200 ms ya no tiene esta posibilidad.
-
La persistencia es mínima o infinita. En cambio, en el otro es mínima o
variable.
23
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 24
Podemos mostrar los datos adquiridos de tres formas:
-
Normal.
Promediada (averaged).
Envolvente (envelope).
3.4.1.- MODO NORMAL
Nos permite fijar el tiempo para mostrar los datos, que pueden ser:
1.
2.
Para Tiempo Real.
a)
Single. Muestra la última adquisición y lo borra inmediatamente
para mostrar la siguiente. Es lo más parecido a un osciloscopio sin
memoria.
b)
Infinita. Va grabando y mostrando lo grabado sin borrar lo anterior.
Este modo es interesante para visualizar si una forma de onda varía
con el tiempo, esto sucede cuando tiene deriva o ruido.
Para Repetitivo.
a)
Mínima.Útil cuando los datos están cambiando permanentemente.
b)
Persistencia variable. Útil para muy bajas frecuencias.
3.4.2.- MODO PROMEDIADO (AVG.)
Aquí se puede elegir el número de adquisiciones a promediar para generar la
forma de onda que se muestra. Pueden ser de 1 a 2048. El promediado, reduce el
ruido y aumenta la resolución, pero también aumenta el tiempo.
3.4.3.- MODO DE ENVOLVENTE
El osciloscopio muestra los valores mínimo y máximo. Tiene interés cuando hay
fluctuaciones de la señal e interesa saber los valores entre los cuales se mantiene.
3.5.- MEDIDAS MANUALES (UTILIZACIÓN DE LOS MARKERS)
En un osciloscopio todas las medidas que podemos realizar, las podemos resumir en
dos: tiempos y tensiones, ya que tenemos en el eje horizontal tiempos, y en el vertical
tensiones.
Así en el eje de tiempos podemos medir:
-
Tiempos de subida (Rise Time).
Tiempos de bajada (Fall Time).
Tiempo periódico y frecuencia que es 1/T.
24
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
-
Página 25
Anchuras de pulso.
Ciclo de trabajo (Duty Cicle).
Tiempo de retraso de una señal respecto a otra (Dela).
En el eje de tensiones podemos medir:
-
Tensión pico a pico (Vpp = Vamp).
Tensión mínima (Vmin = Vbase).
Tensión máxima (Vmáx = Vtop).
Tensión eficaz (Vavg) Incluye todo el período.
Las formas de hacer las medidas, podemos decir que son dos: Manuales y
Automáticas, aunque aquí lo de manuales se refiere al hecho que nosotros situamos los
puntos de medida mediante los Cursores o Markers, Horizontales o Verticales.
3.5.1.-
USO DE ∆t Y ∆V
Al pulsar esta tecla aparecen dos pares de Markers independientes, los de tensiones
y los de tiempos. Cada par independientemente se puede poner en ON o en OFF.
Al ponerlos en ON aparecen dos líneas de trazos (en cada línea los trazos son de
distinta longitud. La línea que los tiene más cortos es la que se toma como
referencia).
Estas líneas o cursores se pueden mover independientemente, para situarlos en los
puntos de medida.
-
Con los cursores de tensión activados, nos aparecen 3 líneas en la parte inferior
izquierda que nos indican los valores de tensión correspondientes a las
posiciones de cada cursor de tensión y la diferencia.
Con ellos podemos medir tensiones de cualquier punto y diferencias entre dos
puntos pero no valores RMS y promedios.
-
Con los cursores de tiempos nos aparecen en la parte inferior derecha, cuatro
líneas, que corresponden a cada uno de los cursores de tiempo, a la diferencia y
a su inverso, que es la frecuencia.Con ellos podemos hacer todas las medidas
que implican tiempo.
Notas importantes:
1ª.
Las mediciones con los cursores no solo se pueden hacer sobre la señal que está
entrando sino sobre una almacenada en la Memoria. Para ello los V markers
tienen dos campos: con el de la izquierda podemos elegir el canal 1 o 2, la
Memoria m1, m2, m3, m4, la función f1, f2, siempre mediante el conmutador
rotatorio, y con el segundo visualizamos los valores.
2ª.
Para variar los cursores y obtener valores, no es ni siquiera preciso tener
presente en la pantalla la forma de onda, aunque no tiene mucho sentido mover
los cursores sobre una forma de onda que no vemos.
25
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
3ª.
Página 26
Para que las medidas sean correctas cuando se hacen sobre una forma de onda
memorizada es necesario visualizarla junto con el set up. al que fue asociada.
3.5.2.- USO DE WAVEFORM MATH MENÚ
Este menú define una o dos funciones matemáticas (f1, f2).
La forma de onda representada por f1 o f2 puede ser el resultado de una suma, una
diferencia o un producto de otras dos formas de onda procedentes de cualquiera de
las combinaciones que pueden hacerse con los canales y las memorias.
También pueden ser la resultante (x-y) de las distintas combinaciones.
Por último puede ser un solo canal o una sola memoria, directa o su inverso.
En el menú nos aparecen varios recuadros. Dos recuadros iguales en los que hay
Chanel 1, 2, Mem. 1, 2, 3, 4, que son los operandos.
En medio están los operadores
(+
-
x
VS
only invert)
En la parte superior, el recuadro de la función (f1, f2) donde almacenaremos la onda
resultante de la operación. Al seleccionar f1 o f2 aparecen los operandos y el operador
que la formó.
El display nos permite visualizar una u otra de las funciones o las dos.
En la pantalla aparecen en la parte superior, los operandos, y en la inferior, las
funciones.
En la parte inferior del menú tenemos también la sensibilidad y el offset de las
funciones que no necesariamente tienen que ser el de los operandos.
Si se elige una sola pantalla y dos funciones, estas aparecen superpuestas en la parte
inferior y los operandos en la superior.
Si se eligen dos pantallas, esta aparece dividida en 4 partes, dos para las funciones y
dos para los operandos.
Recordemos que podemos hacer medidas automáticas no solo sobre los canales 1 y 2
sino también sobre las ondas almacenadas en las Memorias y funciones. Para ello
cuando nos sale C# podemos cambiar a m# o a f#.
Del mismo modo podemos hacer medidas mediante los cursores, pues allí también
podemos elegir el canal, la memoria o la función.
26
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 27
3.6.- UTILIZACIÓN DE LAS MEMORIAS.
Hay que tener muy presente que tenemos dos tipos de Memorias. Unas memorias
para almacenar el SET UP y otras para almacenar las formas de onda.
Para evitar equivocaciones hay que asignar a cada forma de onda a un "Set Up"
diferente. Esto nos permitirá luego hacer medidas. A menos que convenga almacenarlas en
el mismo Set Up.
Lo mejor es relacionar la forma de onda de la memoria 1, con el Set Up de la
memoria 1 y así correlativamente.
Cuando guardamos una forma de onda en la memoria, únicamente guardamos la
forma con el número de ciclos y la amplitud que tenía. Si luego la situamos en el set up (o
sea un nº de V/div y seg/div) que tenía antes, los tiempos y los voltios coincidirán, pero si
no, la forma de onda aparecerá ocupando los mismos cuadros de antes pero cada cuadro no
valdrá lo mismo.
Cuando se trabaja en el modo de envolvente (ENV), si grabamos en la memoria 1, en
ésta se graba el valor mínimo y en la 3 el máximo. Si grabamos en la 2, en ésta se graba el
valor mínimo y en la 4 el máximo.
Las memorias de SET UP son 4 y se graban con la tecla SAVE situada a la derecha
junto a RECALL, y un número del 1 a 4.
Las Memorias de Formas son 4: m1, m2, m3 y m4. Se actúan con la tecla WFORM
SAVE. Luego en el menú que aparece se selecciona la memoria m1, m2, m3, o m4, el canal
de procedencia y se pulsa la tecla correspondiente a STORE.
Para poner o quitar de la pantalla una o varias memorias, se hace seleccionando la
memoria y luego poniendo el Display en ON o en OFF.
Las memorias que tienen relleno el circulito que está debajo, son las que están
visualizadas.
La Forma de "borrar" una memoria es grabar otra cosa en ella.
Además de las 4 memorias de Formas de onda no volátiles, tenemos otras dos
memorias p1 y p2 que son volátiles y que nos permiten grabar pixel a pixel toda la pantalla
(256x451 pixels)
Para grabar se elige la memoria p1 o p2 y se pulsa ADD o MEMORY. Es una memoria
aditiva, va añadiendo a lo que ya había. Para borrarla se pulsa CLEAR MEMORY.
Cuidado que no se mezcle en la pantalla con el contenido de las memorias de forma.
3.7.- USO DE DEFINE MEAS
Las mediciones con todas sus posibles opciones aparecen en este menú.
En esta tecla aparecen tres submenús (ver resumen general).
27
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
A.-
Página 28
En el primero (MEAS) tenemos dos posibilidades (Continuos: off - on) que nos
haga una sola medida o que vaya renovando la medida.
En MEAS los cursores no determinan los puntos de medida aunque estén
puestos, y puede o no utilizarse las estadísticas (actual, mínima, máxima,
media).
Midiendo en esta posición de Meas se tiene en cuenta el estado del segundo
submenú (MEAS DEF), según esté en STANDARD o en USER DEFINED. Así,
no será lo mismo medir el tiempo de subida en STANDARD (10º al 90º), como
hacerlo en DEFINED, si éste tiene otros niveles definidos.
Observaciones:
1ª.
La onda medida tiene que estar presente en la pantalla.
2ª.
Para la medida de frecuencia y período tiene que haber por lo menos un ciclo
completo.
3ª.
Para anchuras de pulso se necesita un pulso completo.
4ª.
Para medida de "rise" y "fall" time tiene que estar completo un flanco de
subida o bajada.
5ª.
En todos los casos si hay más de un ciclo o más de un flanco, las medidas se
hacen sobre el 1º.
6ª.
En las mediciones del retraso (delay) si se hace en standard , en el caso de dos
señales, mide del primer punto medio de la primera señal al siguiente punto
medio de la segunda señal.
Nota:
Caso de notar descalibraciones o cosas incongruentes:
Apagar el Osciloscopio, apretar la tecla número 5 y manteniéndola
apretada volver a conectarlo. Cuando ya funciona soltar la tecla. Esto
equivale a un Reset que coloca las condiciones iniciales.
28
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 29
4.- PRÁCTICAS A REALIZAR
4.1.- TOMA DE CONTACTO CON EL OSCILOSCOPIO DIGITAL
Introducir por el canal A una señal cuadrada de frecuencia elevada, (la máxima que
dé el generador y a la máxima tensión).
Dibujar la forma de onda anotando los valores leídos en el osciloscopio de:
a)
La frecuencia, y el período.
b)
Las tensiones leídas Vp-p, Vmin, Vmáx, VRMS, VAVG etc...
c)
La duración de cada semiciclo, medidos sobre la línea media horizontal.
d)
Los tiempos de subida (10% al 90%) y de bajada (90% al 10%). Para facilitar la
medida se ajusta la señal de forma que abarque los 8 cuadros verticales de la
pantalla. El 10% y el 90% vienen señalados con líneas de puntos en la pantalla.
e)
Retraso o delay entre dos señales.(Puede medirse el retraso de una puerta)
f)
Utilizar las memorias para guardar formas de onda configuraciones (Set Up)
g)
Utilización de las funciones f1 y f2
h)
Utilización de WFORM MATH.
i)
Uso de DEFINE MEAS.
Hacer las siguientes medidas en una onda cuadrada con los dos osciloscopios:
a)
El tiempo periódico.
b)
El tiempo que dura el impulso (ancho).
c)
El tiempo entre impulso e impulso, para una tensión de c.c. de 8V (pues varía
con la tensión).
d)
Los tiempos de subida y de bajada (Véase nota ).
NOTA:
El tiempo de subida propio del osciloscopio se puede expresar en función del
ancho de banda mediante la siguiente relación T =0,350 / BW, nuestro
osciloscopio analógico tiene un ancho de banda de 100 MHz. Luego T =
0,35/100. E6 = 3,5 nS. Dado que el tiempo propio de subida del osciloscopio es de
3'5 ns, si el tiempo medido es inferior a 15 ns habrá que tenerlo en cuenta, lo
que se puede hacer aplicando la fórmula:
2
2
T real = T medido - T osciloscopio
T = tiempo de subida.
29
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 30
Pero si el tiempo medido es inferior a 5 ns tampoco se puede aplicar la fórmula.
En tal caso sólo cabría la solución de utilizar otro osciloscopio con menor tiempo
de subida o lo que es lo mismo de mayor ancho de banda.
Cuestiones:
1ª ¿Daría el mismo resultado al medir el tiempo de subida con un cable BNC-BNC
que con una sonda?
2ª ¿Cuál será el tiempo de subida propio del osciloscopio digital?
3ª De cara a la impedancia de entrada, ¿qué tiene más importancia o influencia,
la resistencia de 1MΩ o la capacidad en paralelo?
4ª ¿Cuál será la impedancia de entrada que presenta el osciloscopio a 100MHz?
4.4.- ESTUDIO DE LAS PUERTAS "NAND".
FINALIDAD
En esta práctica vamos a estudiar una puerta NAND, fabricada con tecnología TTL.
(7400)
Empezaremos analizando el esquema de su
constitución interna y posteriormente las
siguientes curvas características:
a)
Característica de transferencia Vo = f(Vi)
b)
Característica de entrada.
c)
Característica de salida, con estados lógicos de salida 1 y 0.
Ii = f(Vi)
Io = f(Vo)
MATERIAL NECESARIO
-
Generador de onda triangular con DC offset.
-
Paneles de montaje. ( Hay dos. Uno tiene el negativo de la señal de entrada
conectada al negativo de la fuente de 5V. El otro no la tiene para poder conectar una
resistencia de la entrada a masa.)
-
Fuente de 5 voltios.
-
Osciloscopio XY (preferible con la posibilidad de inv. Y).
30
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 31
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA PUERTA TTL (7400)
Si colocamos las entradas A y B a una tensión de 5 V., que corresponde a un (1) lógico
tendremos en la salida una tensión muy próxima a cero ( 0'2V) que corresponde a un (0)
lógico.
En efecto: En dichas condiciones el diodo Base-Colector de T1 queda polarizado
directamente, permitiendo el paso de una corriente I1, que a su vez polarizará directamente el diodo Base-Emisor de T2, el cual pasará a saturación. En estas condiciones sobre R3
quedará una tensión que polarizará directamente el emisor de T3 el cual también quedará
en saturación, haciendo que la tensión Colector-Emisor sea de 0'2 V.
Consecuencia
Con un (1) lógico en las dos entradas tendremos un (0) lógico en la salida.
Nota: El dejar una entrada al aire, es decir, sin conectar equivale a un (1) lógico.
La tensión de la Base de T1, punto Z, será la suma de las caídas B-E de T3+ B-E de
T2+ B-C de T1. Luego VZ = 0'7+0'7+0'7 = 2'1V.
Si colocamos cualquiera de las entradas a una tensión de cero voltios, un (0) lógico,
tendremos en la salida un (1) lógico.
En efecto: La B-E de T1 estará polarizada directamente y la tensión de la Base de T1
descenderá a 0'7V. que es inferior a los 2'1V. necesarios para que conduzca el diodo B-C de
T1.
Al no conducir el diodo B-C de T1 tampoco lo harán los transistores T2 y T3 que
quedarán al corte, y la salida pasará a una tensión algo menos de 5 voltios (puesto que el
T4 pasaría a saturación y hará que la tensión de alimentación se transmita a la salida, a
través del colector emisor de T4 y el diodo D3.
NOTA: Es importante la comprensión de este apartado y saber dibujar el esquema de la
puerta de memoria.
31
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 32
Seleccionar en el Generador una onda triangular de 5 V.p.p. medidos con el
osciloscopio. Mediante el D.C. offset superponer una tensión continua positiva para
conseguir que la triangular quede comprendida entre 0 y 5V. La frecuencia de unos 100
Hz.
Notas: 1ª. Una vez colocados los 5 V.p.p. y ajustado el nivel cero, mediante el D.C. offset,
se observará que al aplicarlo al circuito baja el nivel de señal, por lo que tendrá
que retocarse para mantener los 5 V.p.p.
2º. Observar y dibujar a escala y una debajo de la otra, las formas de onda que
aparecen en la entrada y en la salida.
3º. Pasar el osciloscopio a la posición X-Y. Dibujar la forma de onda, amplificada al
máximo y anotar en la gráfica las tensiones de cada uno de los puntos de
32
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 33
cambio. En el osciloscopio Hameg 1005 para trabajar en XY, pulsar el
conmutador CH-I/II.
Haz una interpretación de la curva deduciendo alguna consecuencia.
4.4.2.-
CARACTERÍSTICA DE ENTRADA II = f(VI)
Observando el circuito de una puerta nand , vemos que si el generador de tensión
aplicado a la entrada tiene una tensión de 5 voltios en dos entradas, la situación del
circuito debe ser: el Diodo Base-Colector de T1 queda polarizado directamente y por él
pasará una corriente.
Esta misma corriente pasa a través del diodo Base-Emisor de T2 que quedará en
saturación. A la corriente I1 se le sumará I2 formando la I3 (I3 = I1 + I2) que se bifurcará por
R3 y por Base-Emisor de T3, quedando la salida de T3 a un (0) lógico.
I1 =
VCC − VB (T1 )
R1
33
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 34
La tensión en el punto Z será de 2'1 voltios tal como se vio anteriormente. Si a partir
de los 5V aplicados a la entrada vamos bajando la tensión, cuando VZ - VB llega a 0'6
voltios se iniciará la conducción Base-Emisor de T1 y tendremos corriente en la entrada
En la característica (Figura 20) tendremos el primer punto interesante (A) que
corresponde a la tensión por encima de la cual no hay corriente en la entrada y por lo tanto
supone un (1) lógico y por debajo de ella se inicia la conducción Base-Emisor de T1.
El tramo A-B corresponde a la parte activa del diodo. En el punto B tenemos la
saturación del diodo. Aquí aparece un claro (0) lógico en la entrada y un (1) en la salida ya
que al aumentarse la corriente por R1 aumentará la caída en dicha resistencia y por lo
tanto VZ es menor que 2'1 y cesará la conducción B-C de T1
.
En el tramo B-D de la
característica, la corriente viene
limitada por la resistencia R1 y por
la tensión del generador.
Dentro del tramo recto es
interesante el punto "C", que nos
dará la corriente de entrada
cuando la tensión es cero, que es lo
que sucede al conectar las entradas
a masa.
34
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 35
Al llegar la tensión a un valor próximo a los -0'6 V nos encontraremos que el diodo D1
comenzará a conducir, por lo que la corriente aumentará exponencialmente.
1 VCC - (V g +0,7)
1
I1=V R 1=
R
R
Consecuencias
-
No se puede aplicar a la entrada de una puerta una tensión negativa superior a 0'7V,
ya que hay peligro de destruir el diodo de protección, por excesiva conducción directa.
-
Nos queda por ver lo que sucede al aplicar tensiones superiores a los 5 voltios. Si
aumentamos la tensión del generador, el peligro viene por la ruptura de los diodos
por tensión inversa ya que están diseñados para soportar de 6 a 8 voltios de tensión
inversa. En la característica aparece, pues, otro punto interesante: E.
-
No se pueden aplicar tensiones positivas superiores a 5'5 voltios.
Realización Práctica
Se montará el esquema de la Ilustr. 19 derecha. Para que la curva salga como en la
Ilustr. 20, tenemos que disponer de un osciloscopio que tenga la posibilidad de invertir el
eje Y.
En el eje X tomaremos la tensión de la entrada.
En el eje Y tomaremos una tensión proporcional a la corriente que circula por la
entrada midiendo sobre la resistencia de 100 ohmios. Notemos que la característica se
dibuja hacia abajo por el convenio de que las corrientes que salen se toman como negativas.
La tensión que aplicamos será triangular para obtener una variación lineal. El valor
irá de -2 a +8 voltios, que ajustaremos con el DC offset.
Interesa señalar sobre la característica las tensiones y corrientes de cada uno de los
puntos clave A, B, C, D, E.
Se hará otra gráfica colocando a masa la otra entrada de la puerta. Dar una
explicación del diferente comportamiento.
4.4.3.-
CARACTERÍSTICA DE SALIDA I0 = f(V0).
Estudiaremos dos casos:
1.- Con la salida en estado lógico (1)
Para ello una entrada deberá estar en "0" lógico
35
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
ia =
Página 36
5 - (0,6 +V CE ( T 4 ))
ib =
R4
5 - ( V BE + 0,6)
R2
Supongamos, (Ilustr.21) que la tensión del generador es de cero voltios. Tendremos a
T4 saturado y T3 al corte, ya que al estar una entrada a masa, hace que no haya corriente
por el colector de T1. Por tanto no conducirán ni T2 ni T3.
La corriente ig tendrá dos componentes, una que viene a través de la unión C-E de
(T4) de valor "ia" y otra a través de B-E de T4 ib (serán negativas, pues salen de la puerta).
Luego -ig = ia + ib Punto A de la característica (Ilustr.21)
Si vamos aumentando la tensión del generador llegaremos a una tensión para la cual
T4 pasará de saturado a la región activa (punto B).
Si aumentamos un poco más la tensión del generador tendremos que VCC - Vg será
menor que VBE de T4 + VD3, entonces la corriente ig se hará prácticamente cero, pues la
tensión en la unión Base-Emisor de T4 y la del diodo D3 será menor que la tensión umbral y
por lo tanto T4 pasará al corte (punto C). Si vamos aumentando Vg, el valor de ig se
mantendrá aproximadamente igual a cero hasta que lleguemos a la tensión de ruptura de
la unión Colector-Base de T3 (punto D).
Si la tensión del generador bajara por debajo de 0'6 voltios, entonces por ser más
negativo el colector de T3 que la base, quedaría polarizado en sentido directo el diodo base
colector de T3 a través de R3 con lo que:
- i g = i a + i b + i BC
de T 3
36
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 37
Realización Práctica
Hacer la gráfica en papel milimetrado con toda la precisión posible y anotar en ella las
tensiones y corrientes de los puntos A, B, C, D (Ilustr.21).
2.- Con la Salida en Estado Lógico (0)
Las dos entradas a "1" lógico. Con la salida en estado lógico "0", tenemos los
transistores T2 y T3 saturados, con lo cual tendremos el punto Y (Ilustr.23) a una tensión
Vy = VBE (SAT.T3) = 0'7 y en el punto X, Vx = Vy + VCE (SAT. de T2) = 0'7+0'2 = 0,9V.
37
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 38
Supongamos que el generador está a cero voltios. El diodo base-colector de T3 nos
dará una cierta corriente y el T4, no conducirá, ya que la tensión entre los puntos X y Z
tendría que ser superior a los 0,6 V del diodo D3. En realidad la tensión del punto X sólo es
de 0,6V de la tensión BE de T3 más los 0,2 V de la tensión CE de T2 que está en saturación.
Por tanto para Vg = 0 V , no hay corriente en la salida.
Si bajamos la tensión Vg por debajo de los cero voltios, cuando lleguemos a la tensión
de 0,4 V la corriente ig se verá incrementada por una corriente procedente de T4, pues éste
habrá entrado en zona activa y posteriormente, si seguimos bajando, en saturación.
Si aumentamos Vg por encima de los cero voltios entonces cesará la corriente directa
a través del diodo base-colector de T3 y empezaremos a tener una ig de sentido contrario,
debida al efecto transistor en T3 llegándose a la saturación de dicho transistor.
Nota: La tensión del generador se ajustará entre -8 y +10 voltios de pico a pico antes de
aplicarlo al circuito, aunque una vez aplicado a la puerta se deforma totalmente
y se reduce la tensión. Se procurará obtener una curva parecida a la mostrada
en la Ilustr. 23, ajustando la tensión y el DC offset.
Dibujar la curva en papel milimetrado y anotar las tensiones y corrientes de
los puntos más significativos.
38
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 39
4.4.4.- MEDIDA DEL TIEMPO DE RETARDO DE LAS PUERTAS NAND
-
Como primera medida se puede medir el retraso de cada una de las puertas
independientemente.
Para ello se les aplica un pulso T.T.L. del generador. La otra entrada se colocar al
positivo. Un canal del osciloscopio se conecta a la entrada y el otro a la salida. El
segundo canal se podrá invertir para poder ver los dos pulsos en la subida.
Conviene que las dos sondas sean iguales. Para comprobarlo se colocan las dos en el
mismo punto y ver si los trazos se pueden superponer con un error despreciable.
Aunque la masa de los dos canales del osciloscopio es la misma, es conveniente que
las dos sondas lleven la masa conectada. También es aconsejable que las sondas sean
de baja capacidad para evitar oscilaciones y deformaciones de las ondas.
-
Una segunda comprobación puede ser hallar el retraso de dos, tres o cuatro puertas
conjuntamente.
Para ello se conecta la salida de una a la entrada de la siguiente.
¿Se obtiene realmente el doble, triple, cuádruple de los valores hallados para una sola
puerta? ¿La diferencia puede atribuirse al hecho de cargar una puerta con la entrada
de la otra? ¿Y al retraso introducido por el cable?
¿Tienen algún efecto el hecho de no conectar la otra entrada al positivo?
¿Qué conclusiones obtienes?
-
Una tercera medida puede ser hallar los tiempos de subida.
¿Qué otras pruebas se te ocurren hacer con un puerta?
De la misma forma se puede medir el tiempo de retardo de una puerta NAND de
tecnología CMOS en un chip 4011. Su diagrama de conexiones es el siguiente:
Alimentaremos el chip CMOS con la fuente variable y utilizaremos la señal de salida
TTL del generador como entrada a la puerta. Ver como varía el tiempo de retardo al variar
la alimentación del chip entre 5 y 8 voltios.
39
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 40
4.5.- ESTUDIO DE LA SEÑAL DE VIDEO DE TV
4.5.1.- SINCRONISMOS DE CUADRO Y LÍNEA
En una señal de video de TV existen dos tipos de sincronismos: cuadro y línea.
El sincronismo de cuadro es una secuencia de pulsos.
Los pulsos de sincronismo de cuadro son una parte de la señal compuesta de video.
Es el causante de que el sincronismo vertical del receptor coincida con el sincronismo
vertical de la cámara. Este tiene lugar entre cuadro y cuadro, esto es, entre un recorrido
completo de toda la pantalla y el siguiente. En cambio el sincronismo horizontal o de línea
tiene lugar entre línea y línea, lo realiza un solo pulso al final de cada línea.
El sincronismo vertical o de cuadro consta de una serie de pulsos transmitidos al
final de cada barrido vertical. Son quince pulsos negativos agrupados en tres series:
A.-
Cinco pulsos de 2,3 µs cada uno llamados pulsos de pre-ecualización.
B.-
Cinco pulsos más anchos de 27,3 µs cada uno, llamados pulsos de sincronismo de
cuadro o de campo.
C.-
Cinco pulsos de 2,3 µs de duración, llamados de post-ecualización.
D.-
Un conjunto de líneas sin información (hasta la veinticuatro), normalmente
utilizadas para el servicio de teletexto.
Nota: Al utilizarse un sistema de entrelazado este sincronismo sucede dos veces por imagen
(una imagen consta de dos cuadros entrelazados). Es decir un cuadro dura en
torno a 312 ½. Esto se hace para disminuir el parpadeo de la pantalla.
Esta serie de pulsos realizan las funciones siguientes:
1.-
Aseguran el perfecto entrelazado.
2.-
Facilitan la separación de los sincronismos de línea y de cuadro.
3.-
Mantienen el sincronismo de línea durante los retornos de cuadro.
En la figura adjunta podemos ver los distintos grupos de pulsos y las líneas con las
cuales coinciden según se trate del primero o del segundo campo.
Las flechas verticales coinciden con las líneas.
Los números de la parte superior son los números de las líneas de los dos conjuntos
del entrelazado.
40
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 41
Las líneas sin información son para permitir el retorno del haz antes de iniciar el
siguiente barrido. De las 625 líneas hay 40 que no transmiten imagen pues hay:
-
2 ½ para pre-ecualización.
2 ½ para pulsos de sincronismo.
2 ½ para post-ecualización.
12 ½ para tiempo de retorno.
La suma es 20 pero como el entrelazado sucede 2 veces por imagen en total son 40
líneas sin información. Eso significa que 625 - 40 = 585 líneas de imagen.
4.5.2.- CONTROLES DEL TELEVISOR, LA MIRA Y EL OSCILOSCOPIO
Aplicar la salida de video de la mira mediante una T a la entrada de video del
televisor (panel posterior) y al osciloscopio.
En el monitor: Pulsar el botón indicado con TV/video (interior de la tapa), estando el
conmutador VHF/normal/UHF en normal.
En la mira: Mediante las teclas marcadas con flechas situadas en la parte superior
izquierda, seleccionar una de las cartas de ajuste.
Para identificarlas usaremos dos números, uno para indicar la fila y otro la columna.
Por ejemplo (1-1, 1-2)...
Las teclas de funciones dejarlas de momento todas fuera (no pulsadas) luego ya
veremos sus aplicaciones. El mando de Level al máximo.
Toda la parte derecha en gris no la vamos a utilizar, pues sería el gobierno de la
señal de radiofrecuencia que no vamos a utilizar ya que tomamos directamente la
señal de video.
Los conmutadores de la parte posterior no afectan.
En el osciloscopio: Como orientación diremos cómo se han de colocar los distintos
parámetros del osciloscopio para poder visualizar la señal de video:
-
Timebase: 10 µs; Delay: 0; Reference: Left; Window Off.
-
Channel: 200 mV/Div; Offset 0; DC; 1MΩ.
-
Trigger: Trigge'd; TV:50 Hz/625 líneas ; Level -340 mV; Field = 1; Line 1.
Flanco negativo.
-
Display: Normal; Persistencia: mínima; Grid; dots: On.
41
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 42
4.5.3.- ESTUDIO DE LOS PULSOS DE SINCRONISMOS DE CUADRO
Para ello podemos poner una base de tiempos de 50 µs y con la referencia de
sincronismo en CNTR; sincronizar con la línea 623 del campo 2 para ir viendo los pulsos de
la figura anterior que forman el sincronismo de cuadro.
Es importante situar adecuadamente el nivel de Trigger para que el sincronismo no
cambie de lugar.
4.5.4.- ESTUDIO DE UNA LÍNEA DEL TELEVISOR
Vamos a observar los niveles de grises. Para ello elegiremos la carta 1-6. En el
osciloscopio ponemos 10 µs/Div. y la referencia en Right. Un Dela de 10 µs para poder
ver una línea completa y los dos pulsos negativos de sincronismo de línea. Si además
ponemos el Display en Average y un valor elevado podemos ver la imagen de la
Ilustr. 26
El primer peldaño después del pulso de sincronismo corresponde a la situación
del Burst, que al promediar desaparece.
Si ahora elegimos la carta 1-2 y en el osciloscopio 5 µs/Div y un Dela de 500 ns,
podemos ver la imagen de la Ilustr.27 en la que los distintos niveles de grises quedan
modulados por la señal de Croma (información de color).
Se puede visualizar la misma señal en el osciloscopio analógico. Es importante
ajustar bien el Trigger. Si suprimimos la Croma y dejamos el círculo veremos los
pulsos correspondientes al circulo.
También podemos ver el Burst, que es una modulación en el peldaño posterior
al pulso de sincronismo. Se puede ampliar para ver 8 o 9 senoides que lo forman.
42
Capítulo 17 Osciloscopios analógicos y digitales
Página 43
Si seleccionamos la carta 4-4 podemos ver los niveles de los tres colores
fundamentales (Rojo, Azul y Verde).
Podemos seguir analizando los cambios que se producen en cada una de las líneas de
las distintas cartas con sólo sincronizar con la línea que queremos visualizar.
También lo podríamos analizar con el Dela.
Nota:
Una forma de obtener una imagen que no se mueve es, una vez ajustado bien el
nivel de trigger, seleccionar la línea que interese y hacer un sólo barrido
mediante la tecla Single.
43