Base de tiempos de un osciloscopio

Desarrollo de la Práctica.
Se abordó el montaje de una base de tiempos de un osciloscopio, cumpliendo las siguientes características:
• Disponer de entrada para dos canales.
• Posibilidad de modificar la amplificación vertical de los dos canales por separado (dos posiciones
para cada canal).
• Posibilidad de tomar cualquiera de los dos canales como señal de disparo, con o sin componente
continua de señal.
• Desplazamiento vertical de los dos canales por separado.
• Presentación en pantalla de un solo canal, dos canales alternos, o dos canales mediante "chopeado".
• Posibilidad de variar el nivel de disparo, así como de ajustarlo a los flancos de subida o bajada.
• Base de tiempos única para ambos canales, con dos posiciones.
• Desplazamiento horizontal común para ambos canales.
El montaje se comenzó por las entradas, las que se hacen pasar por sendos amplificadores de ganancia
variable, que permiten ajustar la amplitud de las señales en la pantalla del osciloscopio. Las dos posiciones del
interruptor nos permiten multiplicar por 4 y por 10 la amplitud (en voltios por división) indicada en el
osciloscopio cuya pantalla usaremos para la visualización.
Las salidas de los amplificadores se conectan entonces a los desplazadores. De las dos posibilidades para
realizarlos, una con BJT's y otra con amplificadores operacionales, nos decidimos por esta última por su
mayor sencillez de cálculo e implementación. Su problema era que no solo desplazaba, sino que también
amplificaba, no resulto tal, ya que la amplificación que introduce queda englobada dentro de los factores 4 y
10 mencionados en el párrafo anterior. El valor del potenciómetro y sus dos resistencias en serie es
indiferente, ya que solo sirve para introducir al 741 un nivel de tensión que, con esos valores de resistencia, irá
de 5 a −5 V., que consideramos suficiente. La resistencia intermedia y la de realimentación, iguales de 2K2,
dan un resultado optimo con señales positivas, si bien no consiguen que el desplazador genere señales
menores que −1V., por las protecciones del 741. De todas, formas, veremos mas adelante que este corte a
−1V. no afecta al funcionamiento.
Completada la parte de amplificación de las señales de entrada, pasamos al circuito de disparo o trigger.
Empieza por un interruptor (S1) que permite seleccionar si queremos accionar el disparo por el canal 1 o el 2.
La señal del interruptor se amplifica mediante un circuito similar a los amplificadores de ganancia variable,
sólo que la ganancia esta fijada. La razón de ser de este amplificador, y de que las señales de los canales se
tomen también una vez amplificadas, es que la entrada de los amplificadores debe ser pequeña para evitar
saturaciones, y ese nivel de decenas de milivoltios no era capaz de excitar el circuito de disparo.
Llegamos a otro interruptor (S7) que nos permite cortocircuitar o no un condensador que elimina la corriente
continua de la señal que entrará al trigger.
El siguiente circuito transforma la señal en una cuadrada, que tendrá 15 o −15 V. según la señal sea mayor o
menor que un cierto umbral, que se puede fijar mediante el potenciómetro (nivel de disparo). De nuevo el
valor del potenciómetro y de sus resistencias en serie es indiferente, ya que solo buscamos introducir, en este
caso al 311, un nivel de tensión. Las resistencias que unen las salidas de los 311's con tensión, son
recomendación del fabricante, para completar circuitos internos.
Un condensador en serie y una resistencia a tierra forman un derivador, que devuelve un pico positivo cuando
la señal cuadrada presenta pendiente positiva (subiendo de −15 a 15) y un pico negativo cuando la pendiente
es negativa (bajando).
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La parte siguiente, hasta el interruptor S6, nos permite quedarnos sólo con los pulsos positivos o los
negativos, también jugando con los niveles de tensión que mediante las resistencias introducimos en los 311's.
Ahora disponemos de un pulso positivo cada vez que necesitamos dispara la rampa. Pero ese pulso es de 30V.
(entre +15 y −15), demasiado para los circuitos digitales que a continuación trabajarán con él. Por ello, lo
limitamos (entre 0 y 15) mediante un rectificador de media onda, consistente en una resistencia y un diodo (en
este caso LED, pero no tendría por qué serlo).
Para explicar la parte digital del circuito, comenzaremos con los tres osciladores con temporizadores 555. El
generador de rampa (555 U15) genera una rampa cada vez que le llega un pulso con de la puerta NAND (esto
es, cuando hay pulso entrante, y el hold−off lo permite. Las resistencias están calculadas para dar una
corriente continua suficiente para cargar el condensador que este seleccionado en cada momento. El mayor de
ellos tardará mas en cargarse, generando por tanto una rampa más larga. El efecto que produce el de poder ver
más tiempo de señal en la pantalla del osciloscopio. Este circuito produce además la señal Zr, necesaria para
apagar la pantalla del osciloscopio en los retornos de las señales, y para conseguir mediante el biestable J−K
U2A la señal de control del multiplexor en modo alternado.
Análogamente a esto último, el oscilador del 555 U8 produce la señal que apaga la pantalla del osciloscopio
en los pasos de una señal a otra en modo chopeado, y mediante el biestable J−K U2B la señal de control del
multiplexor en modo analógico. Fijado el condensador, las resistencias se eligen para que oscile a la
frecuencia adecuada.
El Hold−off (555 U13) produce un 0 durante la señal Zr, yun tiempo después de que se haya extinguido.
Mediante la puerta NAND evita que lleguen pulsos al generador de rampa antes de que pase ese tiempo.
La salida del generador de rampa va a un desplazador idéntico a los anteriores, si bien el efecto de este en la
pantalla del ociloscopio es el de movimiento horizontal.
El multiplexor (del cual ya conocemos sus señales de control, salvo que pueden estar puestas siempre a 0 para
mostrar solamente el canal 1) esta compuesto por dos switches analógicos con control digital (4016), y una
puerta NOT. Los dos canales, ya amplificados, van a la entrada de los switches, y las dos salidas están
cortocircuitadas, ya que al ser siempre las señales de control complementarias (comunicadas por la puerta
NOT), una de ellas permanece en alta impedancia mientras se está transmitiendo la otra hacia la salida.
Del switch analógico es importante señalar que sólo permite el paso de señales positivas. Por esto no afectaba
la saturación del desplazador en −1V, ya que quedará en todo caso la señal recortada en 0V. Par evitar este
efecto, y poder mostrar tanto señales positivas como negativas, es suficiente con colocar un desplazador
positivo fijo a la entrada del 4016, y uno negativo a la salida. Para no completar demasiado el circuito, en
lugar de implementar esto, simplemente lo simularemos, utilizando como desplazador positivo el de nuestra
placa, y como negativo el desplazador vertical propio del osciloscopio cuya pantalla usaremos.
Un detalle importante, pero que nos ha producido muchos problemas es el de las patillas de RESET de los
distintos circuitos. Los 555 tienen la pata 4, que debe conectarse a tensión positiva para su correcto
funcionamiento, y los biestables J−K tienen SET y RESET. Al ser dos biestables encapsulados en un mismo
chip, esto resulta en cuatro patas que deben ser conectadas, en este caso, a tierra.
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