U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II TRABAJO PRACTICO N° 2 MEDICIONES CON OSCILOSCOPIO CON BASE DE TIEMPO DEMORADA APLICACIONES DE DOBLE TRAZO VERTICAL INTRODUCCION TEORICA: Los osciloscopios con base de tiempo demorada permiten analizar parte de una señal con mayor detalle y hacer mediciones más precisas de tiempo. Se basan en una base de tiempo normal B (llamada lenta) sobre la que se dispara una segunda base de tiempo A (llamada rápida) para intensificar la luminosidad de la señal desde el punto de disparo de esta segunda base de tiempo, o para ampliar la escala de tiempo desde ese punto, y por un intérvalo determinado. Los oscilos INSTRUMENTAL A USAR: Barrido Normal Barrido intensificado Barrido demorado En este tipo de osciloscopios, se tienen tres modos de trabajo para la base de tiempo: Normal, B INT A, y A DEM B. Con este tipo de base rápida se pueden lograr magnificaciones de hasta 1000 veces, mucho mayor a la obtenida (10) en los osciloscopios normales, sin degradar la precisión de la medición de tiempo. Este tipo de base de tiempo posee dos Verniers para ajustar en forma calibrada las escalas de tiempo de la base de tiempo B lenta y de la A rápida. La mayor ventaja de este sistema es la posibilidad de medir con mayor precisión los tiempos y periodos ya que a partir de un punto de la señal, desde el cual se quiere medir un tiempo, se toma el valor del Vernier del canal rápido, y luego se desplaza el barrido rápido hasta el final del tiempo a medir. En ese punto se toma el valor del Vernier del barrido rápido. Se hace la diferencia entre los dos valores del Vernier, y ese valor se multiplica por el factor de escala de la base de tiempo B. O sea, no se necesita leer en pantalla las divisiones de tiempo, siendo usada la pantalla para fijar el punto de comienzo y final de la señal estudiada. Esto es valido para medir periodos o ancho de pulsos. M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 1 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II Medición del periodo de una señal: En un osciloscopio de base de tiempo disparada, el periodo se mide colocando el Vernier de la base de tiempo en CAL, luego se elige una escala adecuada que permita ver un solo ciclo en la pantalla, se miden las divisiones que ocupa un ciclo y se multiplica por el factor de escala de la base de tiempo. Tx [seg] = Factor de escala Base de tiempo [seg/div] * X [div] En un osciloscopio de base de tiempo demorada, se elige una escala adecuada para ver un solo ciclo en la pantalla con la base de tiempo lenta B, y luego se elige el modo B INT A. Se coloca el segmento intensificado en un punto de la señal como principio del periodo. Se toma el valor del Vernier, X1. Se gira el Vernier para desplazar el segmento intensificado hasta el punto final del periodo de la señal estudiada y se toma el valor del Vernier en ese punto, X2. El valor del periodo se calcula mediante la siguiente ecuación: Tx = Factor de escala barrido lento B [seg/div] * (X2-X1)[div] Medición de Ancho de Pulso: El ancho de un pulso se mide entre los puntos de 50% de los tiempos de subida y bajada. Con el osciloscopio demorado, se mide este tiempo, en modo B INT A, usando el Vernier de la base de tiempo rápida de igual forma que para medición de un periodo. Ancho de Pulso: Tx = Factor de escala barrido lento B [seg/div] * (X2X1)[div] Medición del Tiempo de Subida y Bajada de pulsos: Los tiempo de Subida y Bajada de pulsos se mide entre los valores de amplitud del 10 al 90 % de la amplitud final (Alto). Con el osciloscopio demorado, se mide este tiempo, en modo B INT A, usando el Vernier de la base de tiempo rápida de igual forma que para medición de un periodo. Tiempo de Subida/Bajada Tx = Factor de escala barrido lento B [seg/div] * (X2X1)[div] M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 2 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II Medición de Tiempos de Subida (Rise Time) y Bajada de pulsos rápidos: Para este caso, como los barridos lentos pueden generar indeterminación en el posicionamiento del segmento intensificado, se usa el modo A DEM B. Ello significa, barrer la señal con el barrido normal y barrer el tramo investigado con el demorado y ampliado A. Se elige una línea vertical de referencia, no necesariamente la central. Se ajusta el Vernier hasta posicionar el 10% de la subida sobre esa línea de referencia y se toma el valor (X1) del Vernier. Se gira el Vernier desplazando la señal hasta que el 90 % de la subida se ubica sobre la línea de referencia. Se toma ese valor (X2) del Vernier. El tiempo de subida o bajada será calculado por: Ts = Factor de escala lenta B [seg/div] * (X2-X1)[div] - En los casos en que el osciloscopio no cuente con Vernier, la lectura se hace leyendo las divisiones que cubren el intervalo de tiempo deseado y se multiplica por el factor de escala de la base de tiempo rápida, al igual que se hace en la medición de tiempo en un osciloscopio estándar. En algunos osciloscopios, disponen de una opción llamada Cursores. Estos cursores permiten leer los tiempos de inicio y final del intervalo de medición, posicionando una línea vertical sobre la pantalla al inicio y al final del intervalo. La lectura de los tiempos y la diferencia entre ellos los da directamente con una indicación de estos valores sobre la pantalla. En este caso, ningún cálculo debe hacerse para determinar los intervalos, ya que la lectura es directa. También estos cursores permite hacer determinación de valores de amplitud ya que cuenta con cursores horizontales de amplitud. Práctica de Laboratorio En la práctica de laboratorio se procederá a hacer mediciones de periodo, ancho de pulso, tiempo de subida de señales pulsantes y ondas cuadradas, y de desfasaje de señales sinusoidales aplicando el concepto de medición por medio de osciloscopios de base de tiempo demorada. 1- Elementos a utilizar: - OSCILOSCOPIO con base de tiempo DEMORADA Marca: Número de serie: Máx. Frecuencia de trabajo: - Puntas de Prueba Simples y Atenuadoras. - Generador de señales Marca: Número de Serie: Características: - Frecuencímetro: - Dispositivo Desfasador: Circuito integrador compuesto por capacitor y reóstato en serie Valores de los componentes usados. M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 3 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II Osciloscopio Kenwood: El osciloscopio Kenwood disponible, permite la configuración del modo de operación por medio de botones luminosos. La configuración para la operación es muy sencilla en función de estos botones. La diferencia con el resto de los osciloscopios, se presenta en el modo de barrido lento y rápida. La sección de MODE (modo de barrido) presenta 5 botones designados como: “A”, “A INT B”, “ALT”, “DEM, XY”. En el modo A, el osciloscopio funciona como un osciloscopio standard. En el modo A INT B, sobre la señal analizada se presenta un trazo intensificado cuyo largo se controla con el selector SWEEP TIME/DIV, y la posición por medio del vernier DELAY POSITION en el sector de CURSOR. En el modo ALT, se muestran dos señales: una de ellas es la señal analizada con su trazo intensificado al igual que en el modo A INT B, la segunda que se observa (similar a cuando se activa el canal B, pero no es afectada por los controles B) es la señal amplificada en tiempo correspondiente al tramo intensificado. Esto permite analizar en detalle ese tramo intensificado. Esta segunda señal, no puede ser desplazada o modificada verticalmente. Sólo los controles verticales A afectan simultáneamente a la señal original (#1) y a la señal (#2) intensificada. En el modo B, se presenta sólo el tramo intensificado en la escala de tiempo de la base de tiempo rápida. O sea, se amplifica el barrido para mejor visualización del tramo analizado. La base de tiempo de este tramo se modifica por medio del selector SWEEP TIME/DIV cuyos limites son el valor de la base de tiempo lenta y el máximo barrido horizontal del osciloscopio. La posición en pantalla de esta señal mostrada se varia con la perilla POSITION. La posición del inicio del tramo analizado sobre la señal entrante en el canal A, se varia con la perilla DELAY POSITION. El modo XY, trabaja como un osciloscopio normal. Otra sección diferente a los osciloscopios estándar es la sección CURSORS. Esta sección, tiene 4 botones y dos potenciómetros (Delay Time y ∆). Estando desabilitados los botones (ninguno encendido) el osciloscopio es controlado por las bases de tiempo anteriormente mencionadas. Al presionar el botón ∆V1 y ∆V2 se iluminan dos líneas horizontales sobre la pantalla, que permiten obtener los valores de voltaje correspondientes a los puntos de intersección de estos cursores con la señal. También en pantalla se presenta el valor diferencia entre los voltajes de esos dos cursores. Los cursores son desplazados por los potenciómetros DELAY TIME y ∆ respectivamente. M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 4 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II Al presionar el botón ∆T-1/∆1 presentara los cursores en forma vertical para permitir la determinación de tiempos, presentando en pantalla la diferencias de tiempos entre las dos posiciones donde se encuentran los cursores. Si se presiona por segunda vez el ∆T-1/∆1, el valor mostrado en pantalla de la diferencia se presenta en valor de frecuencia. Esta configuración es excelente para determinar la frecuencia de una señal, al ubicar los cursores entre los extremos del ciclo de trabajo. El botón TRACK permite mover los dos cursores simultáneamente manteniendo la diferencia entre ellos. Nota: cuando está iluminado alguno de estos cuatro botones, el control DELAY TIME no permite controlar la posición del tramo intensificado o demorado. Los botones cursores tienen privilegio. Osciloscopio Pintek: Este osciloscopio de doble trazo y base de tiempo disparada posee mejoras para observar detalles de señales por medio de la opción DELay. En este modo, se usa un control de tiempo de base de tiempo lenta independiente al de la base de tiempo rápida. Un control variable permite seleccionar el punto de comienzo(nivel de continua) del barrido rápido. Al seleccionar el modo Delay, la escala de tiempo se controla con el control correspondiente, siendo el valor de tiempo calculado igual al valor de divisiones por la escala de la base de tiempo rápida. Variando el vernier, se permite seleccionar el tramo de la señal a ser observada. Una tercer opción en el selector de funciones, permite seleccionar la opción MIX. Esta opción permite observar el tramo de señal barrida lentamente y a continuación el tramo de señal barrida en forma rápida. Esto permite observar el punto exacto desde donde comienza el barrido rápido. El resto de la operación y los controles de este osciloscopio son los típico de un osciloscopio disparado. 2- PROCEDIMIENTO: PRE-OPERACION 1.1- Seleccionar el tipo de punta de prueba de acuerdo al rango de frecuencias seleccionadas para trabajar. 1.2- Colocar la perilla de intensidad a un mínimo. 1.3- Verificar que tipo de alimentación necesita el osciloscopio (220 o 110 V). 1.4- Colocar el circuito de base de tiempo en barrido de Línea. 1.5- Seleccionar la entrada de los canales en posición de Tierra. 1.6- Seleccionar observación de canal A. 1.7- Encender el osciloscopio y verificar la posición del eje horizontal en el centro de la pantalla. Si no se ve el haz, use el botón Find para ver donde se encuentra el haz. Use el control Posición para centralizar el haz en la pantalla. M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 5 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II 1.8- Ajustar el foco y la intensidad a fin de tener un haz limpio y no demasiado intenso para evitar envejecimiento del fósforo o su quemado por exceso de intensidad.. 1.9- Verificar la horizontalidad del haz y ajustar si es necesario el tornillo. 1.10- Colocar las puntas de prueba y leer la frecuencia de referencia del osciloscopio. Verificar la calibración de voltaje de los canales de acuerdo al valor pico a pico de la frecuencia de referencia. 1.11- Ajustar las puntas Atenuadoras para compensación de frecuencia. PRACTICO: 2.1- 2.22.3- 2.42.5- 2.6- 2.72.82.9- Conectar la punta de prueba en la salida del generador de frecuencia, seleccionar una señal de onda cuadrada, seleccionar los controles del osciloscopio para visualizar esa onda cuadrada en posición estable y un solo ciclo. Seleccionar entrada AC del canal 1, pulsando el botón AC/DC del Canal #1. Se encenderá la luz de este botón para AC. Seleccionar visualización de canal A, pulsando el botón CH#1 en la sección VERTICAL MODE Este botón se iluminara. Seleccionar el tipo de barrido pulsando el botón A en la sección HORIZONTAL. Este da operación de disparo tradicional del tipo base disparada. Seleccionar el trigger pulsando los botones CH1, AC, +/- (slope) y ajustando el nivel de disparo con el vernier Level, en la sección TRIGGERING, a fin de ver una señal estable en la pantalla. Seleccionar, en la sección HORIZONTAL, el rango de la base de tiempo lenta hasta ver un solo ciclo de la señal con el vernier Sweep time/Div, colocar el vernier VARIABLE en Cal, y centralizar horizontalmente la señal en la pantalla con la perilla POSITION. Ajustar la amplitud de la señal a un máximo para máxima sensibilidad en la lectura. Ajustar la intensidad a un mínimo con la perilla A INTEN. Verificar que la perilla este en posición Adentro. Finalizada esta operación, pulsar el botón A INT B lo cual habilita y dispara la base de tiempo rápida B. Seleccionar en la SOURCE B el botón AFT B. Esto nos dará un trazo intensificado sobre la señal. La longitud del trazo dependerá de la posición del vernier Sweep Time de la base de tiempo rápida. Ajuste este hasta hacer es trazo lo más corto posible. La longitud del trazo estará limitado por un límite inferior de aproximadamente10 nseg y como límite superior la escala de la base de tiempo lenta elegida anteriormente. Si se pretende intensificar un punto próximo al inicio de la señal, es aconsejable usar una base lenta mayor (menor tiempo/div) con lo cual nos permitirá en el modo intensificado, distinguir mejor los detalles del trazo intensificado. Si no se enciende el botón AFT B, no se podrá controlar al trozo intensificado (ancho y posición). M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 6 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II 2.10- Tirar hacia afuera la perilla A INTEN, y ajustar la intensidad del trazo intensificado. 2.11- Ajustar la posición de inicio del trazo sobre la señal, desplazando este trazo con la perilla DELAY POSITION en la sección cursores. 2.12- Posicione el inicio o el final del trazo en el primer punto a tomar para medir los tiempos. Este osciloscopio permite leer, en la parte superior de la pantalla, el valor de tiempos en forma directa. O sea, no es necesario usar la expresión (1), usando el valor del vernier de la base de tiempo por la escala de la base de tiempo lenta. Haciendo la diferencia de los tiempos indicados en la parte superior, nos da la diferencia de tiempos en forma directa del intervalo analizado. 2.13- Si desea analizar en detalle la señal en el tramo intensificado, pulsar ALT, lo cual nos.mostrará el tramo intensificado y expandido como si fuese el canal Ch2. Nota: los controles de amplitud vertical del CH2 no afectarán a esta segundo canal presentado. Recuerde que la señal entrante es inyectada al osciloscopio sólo por el canal uno, de modo que cualquier cambio vertical, sólo podrá ser controlado por el canal CH1. 2.14- Hacer mediciones de periodo, ancho de pulso y tiempo de subida siguiendo los conceptos anteriormente descriptos en este práctico, utilizando las ventajas del barrido rápido B, lo cual da un segmento intensificado. 2.15- Hacer la lectura de los mismos valores siguiendo los concepto de medición de esos parámetros por medio de un osciloscopio de base disparada. Calcular el error porcentual cometido al medir por este método respecto de la medición con base demorada. MEDICIÓN DE FASE 3.1- Se conecta una señal senoidal a la entrada del dispositivo desfasador. El canal A se conecta a la entrada de este dispositivo. El canal B se conecta a la salida. Se sincroniza el osciloscopio con el canal A y se coloca en CHOP (o ALT) al modo de display para permitir ver las dos señales simultáneamente. 3.23.3- Seleccionar CH1 y CH2 en la sección VERTICAL MODE. Configurar el osciloscopio siguiendo los pasos 1.1 a 1.9 de la medición de tiempos. Posicionar el tramo intensificado para tomar la diferencia de tiempos entre dos puntos extremos de un ciclo completo de la señal analizada. 3.4- Pulsar el botón DEM para amplificar la región a analizar. 3.5- Desplazar la señales con la perilla POSITION para colocar en el centro de la pantalla los puntos de mayor inflexión de ellas. Esto permitirá mejorar la resolución ocular al posicionar los puntos intensificados. 3.6- Leer los tiempos indicados para una posición de referencia de la primera señal. Desplazar la señal con el Delay Position hasta colocar la segunda señal sobre esta misma referencia en igual punto de inflexión. Tomar el tiempo indicado. Hacer la diferencia de tiempos y M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 7 de 9 U.T.N. - F.R.M MEDIDAS ELECTRÓNICAS II calcular el desfase, de acuerdo a la relación entre el tiempo del periodo (180°) y ese tiempo entre señales. Realice mediciones de fase según método usando osciloscopio de base disparada. Realice mediciones de este desfasaje usando la base demorada. Finalice el trabajo, escriba un informe sobre los procedimientos usados, problemas y ventajas encontradas entre un osciloscopio y otro, y describa las conclusiones obtenidas. Preguntas: 1- Cuál sistema es más preciso para medir tiempos y porque Disparada)? (Base de tiempo Demorada o 2- Qué ventaja trae el hacer que la pendiente de la base de tiempo rápida sea mayor y porqué en la medición de tiempos en el modo A INT B? 3- Qué modo se usa para medir tiempos muy pequeños? M.E. II - TP II – PFPerez 2005 pag 8 de 9 U.T.N. - F.R.M M.E. II - TP II MEDIDAS ELECTRÓNICAS II – PFPerez 2005 pag 9 de 9
