osciloscopio

SEMINARIOEL OSCILOSCOPIOFACILITADOR: Guido T. Tarquino Lopez

1 . INTRODUCCION AL OSCILOSCOPIOLos multmetros analgicos y digitales son instrumentos eficaces en la:comprobacin esttica de circuitos y cuandolos cambios de valores de tensin se producen de forma gradual.Pero en comprobaciones dinmicas y diagnosis de averas intermitentes:el osciloscopio es una herramienta muy poderosa. En estos casos la velocidad de cambio de la tensin hace imposible su seguimiento con los instrumentos de uso corriente (multmetros o testers). dada la importancia de la informacin que la evolucin temporal de estas tensiones y corrientes brinda acerca del funcionamiento del circuito, se desarroll el osciloscopio, instrumento especial que facilitar la observacin y medicin de la tensin en funcin del tiempo.

1 . INTRODUCCION AL OSCILOSCOPIO (Analgico)Bsicamente, el osciloscopio es un dispositivo electrnico para representar grficamente las variaciones de la tensin elctrica en funcin del tiempo, es decir, grafica la seal elctrica. En la mayora de las aplicaciones, esta grfica muestra cmo cambia una seal con el tiempo: el eje vertical (Y) representa el voltaje, y el eje horizontal (X) representa el tiempo. La intensidad o brillo de la pantalla se denomina, a veces, eje Z.

1 . INTRODUCCION AL OSCILOSCOPIO (Analgico)Los circuitos electrnicos presentan tensiones o corrientes cuya magnitud varia en el tiempo. Por lo general la velocidad de esta evolucin hace imposible su seguimiento con los instrumentos de uso corriente como multmetros o testers analgicos o digitales.

Dada la importancia de la evolucin temporal que estas seales brindan acerca del funcionamiento del circuito, se desarroll un instrumento especial que facilite su observacin y medicin en funcin del tiempo: el osciloscopio.

1 . INTRODUCCION AL OSCILOSCOPIOEl Osciloscopio de Rayos Catdicos (ORC) es el instrumento capaz de registrar los cambios de tensin producidos en circuitos elctricos/electrnicos y mostrarlos en forma grfica en la pantalla de un tubo de rayos catdicos.

1 . INTRODUCCION AL OSCILOSCOPIOEl osciloscopio representa de forma precisa la variacin en el tiempo de tensiones elctricas alternas y mixtas permitiendo valorar laRepresentacin grafica de la seal elctricaMedicin de tensiones elctricas puntualesMedicin de la frecuenciaMedicin de la amplitudEn automocin, ante la presencia de fallas ocultas, posibilita la verificacin de las seales elctricas de sensores y actuadoresEl empleo del osciloscopio no es exclusivo de campo de la mecnica automotriz y la electrnica, ya que los transductores pueden convertir cualquier magnitud fsica (calor, sonido, esfuerzo mecnico, luz y otros) en elctrica.

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Analgico)

Este instrumento genera en su interior un haz de electrones que se aceleran e impactan sobre la pantalla del mismo produciendo un punto luminoso


El punto luminoso puede ser desplazado en forma vertical y horizontal proporcionalmente a la diferencia de potencial aplicada sobre los electrodos.Si la tensin que produce la desviacin vertical es la que se desea observar, mediante un generador interno producimos un desplazamiento horizontal del punto a velocidad constante, obtendremos sobre la pantalla una representacin de la evolucin temporal de la seal observada.


La persistencia de la retina y del propio fsforo que recubre la pantalla hace que se perciba una lnea continua en vez de un punto en movimientoGeneracin de la escala horizontal de tiempo:


Generacin de la escala horizontal de tiempo:


Sincronizacin de la seal: el disparo (TRIGGER)Es necesario conseguir que comience cada barrido siempre en el mismo punto


Sincronizacin de la seal: el disparo (TRIGGER)


Explicaremos el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio a partir de los procesos internos llevados a cabo por este aparato.


Al conectar la sonda a un circuito, la seal atraviesa esta ltima y se dirige a la seccin vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la seal la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente seal para atacar las placas de deflexin verticales (de posicin horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del catodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensin es positiva con respecto al punto de referencia (GND) hacia abajo si es negativa.


La seal tambin atraviesa la seccin de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexin horizontal (las que estan en posicin vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho ms rpida con la parte descendente del mismo diente de sierra.


De esta forma la accin combinada del trazado horizontal y de la deflexin vertical traza la grfica de la seal en la pantalla. La seccin de disparo es necesaria para estabilizar las seales repetitivas (se asegura que el trazado comienze en el mismo punto de la seal repetitiva).

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Analgico)La atenuacin amplificacin que necesita la seal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la seal antes de que sea aplicada a las placas de deflexin vertical. Conviene que la seal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los lmites.La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una divisin en horizontal de la pantalla. Para seales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.Disparo de la seal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible seales repetitivas.

Por supuesto, tambin deben ajustarse los controles que afectan a la visualizacin:

FOCUS (enfoque)INTENS. (intensidad) nunca excesiva, YPOS (posicin vertical del haz) y X-POS (posicin horizontal del haz).

Para utilizar de forma correcta un osciloscopio analgico es necesario realizar tres ajuste bsicos:


Controles bsicos de un osciloscopio analgico

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Digital)

Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalTm = tiempo de muestreofm = 1/Tm Frecuencia de muestreo (se indica en megamuestras/seg)Es necesario que la frecuencia de muestreo sea mucho ms alta que la de la seal muestreada para poder reconstruir la seal original


Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalDiagrama de bloques simplificado de un osciloscopio digitalCto. de muestreoSeal


Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalRepresentacin de formas de onda peridicas en pantallaPara ver una seal estable es preciso que la forma de onda aparezca en la misma posicin relativa cada vez que se refresca la pantalla


Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalEl disparo (TRIGGER) en un osciloscopio digitalEl disparo marca un punto de referencia para la representacin de la forma de onda en la pantalla. Tanto el nivel como la posicin de disparo se pueden ajustar.


Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalModos de disparo:NORMAL: la seal que se muestra corresponde siempre al ltimo barrido. Si no se produce disparo la seal se congela en pantalla.AUTO: aunque no se produzca la condicin de disparo, el osciloscopio espera un tiempo y hace un barrido. Este es el modo que emplearemos habitualmente.DISPARO NICO (Single trigger): El osciloscopio realiza un nico barrido y congela la informacin en pantalla. Este modo sirve para ver transitorios que ocurren una sola vez.


Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalOperaciones matemticas:Medidas que realiza el osciloscopio (MEASURE):- Frecuencia, valor medio, valor eficaz, valor de pico,


Principio de funcionamiento de un osciloscopio digitalAliasing:Si el tiempo de muestreo es demasiado grande respecto al periodola seal mostrada en la pantalla estar fuertemente distorsionada respecto a la forma de onda original. A este efecto se le llama ALIASING


Los osciloscopios digitales cuentan con un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la seal.Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la seccin vertical ajusta la amplitud de la seal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analgico.


El conversor analgico-digital del sistema de adquisicin de datos muestrea la seal a intervalos de tiempo determinados y convierte la seal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la seccin horizontal una seal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo. Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de seal. El nmero de los puntos de seal utilizados para reconstruir la seal en pantalla se denomina registro. La seccin de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de seal en el registro. La seccin de visualizacin recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la seal.

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Digital)Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un pre-disparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.

Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analgico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL.,el mando TIMEBASE y como los mandos que intervienen en el disparo.

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Digital)Mtodos de muestreo: Es la forma en que los osciloscopios digitales logran reunir los puntos de muestreoPara seales de lenta variacin, los OD pueden reunir ms puntos de los necesarios para reconstruir posteriormente la seal en la pantalla. Para seales rpidas (como de rpidas depender de la mxima velocidad de muestreo del aparato) el OD no puede recoger muestras suficientes y debe recurrir a una de estas dos tcnicas: Muestreo en tiempo real con Interpolacin, es decir, estimar un punto intermedio de la seal basndose en el punto anterior y posterior.Muestreo en tiempo equivalente. Si la seal es repetitiva es posible muestrear durante unos cuantos ciclos en diferentes partes de la seal para despus reconstruir la seal completa.

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Digital)Muestreo en tiempo real con InterpolacinEs el mtodo standard de muestreo, el osciloscopio rene los suficientes puntos como para reconstruir la seal. Para seales no repetitivas la parte transitoria de una seal es el nico mtodo vlido de muestreo. Los osciloscopios utilizan la interpolacin para poder visualizar seales que son ms rpidas que su velocidad de muestreo. Existen bsicamente dos tipos de interpolacin:Lineal: Simplemente conecta los puntos muestreados con lneas.Senoidal: Conecta los puntos muestreados con curvas segn un proceso matemtico, de esta forma los puntos intermedios se calculan para rellenar los espacios entre puntos reales de muestreo. Visualiza seales con gran precisin a partir de relativamente pocos puntos de muestreo.

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Digital)Muestreo en tiempo real con Interpolacin

2 . PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Digital)Muestreo en tiempo equivalenteAlgunos OD utilizan este tipo de muestreo. Se trata de reconstruir una seal repetitiva capturando una pequea parte de la seal en cada ciclo.Existen dos tipos bsicos:Muestreo secuencial- Los puntos aparecen de izquierda a derecha en secuencia para conformar la seal.Muestreo aleatorio- Los puntos aparecen aleatoriamente para formar la seal

3. CLASES DE OSCILOSCOPIOTal como ya se adelanto en el punto referido al principio de funcionamiento, existen dos tipos de osciloscopios:El osciloscopio AnalogicoEl osciloscopio DigitalExisten dos tipos de tecnologas en electrnica: Analgica y Digital. La primera trabaja con variables continuas mientras que la segunda lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analgico y un Compact Disc es un equipo digital.Los Osciloscopios tambin pueden ser analgicos digitales. Los primeros trabajan directamente con la seal aplicada. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analgico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la seal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta informacin en la pantalla.Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analgicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rpidas de la seal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensin que se producen aleatoriamente).

3. CLASES DE OSCILOSCOPIOActualmente, si bien la mayora las personas piensan que las ventajas del OD sobrepasan ampliamente a las que ofrece el OA, es usual encontrar en un laboratorio un OD junto a un OA. Esto porque los OA, al contrario de los OD estndar, proporcionan informacin en tiempo real, lo que lleva a la necesidad de contar con las dos plataformas para atender todos los requerimientos que se plantean.Cada uno de los tipos de osciloscopio (AO y OD estndar) posee caractersticas exclusivas, que se resumen a continuacin.

3. CLASES DE OSCILOSCOPIOOsciloscopio Analogico (estndar):proporcionan un panorama estadstico en tiempo real de la onda visualizada debido a su mayor velocidad de captura de ondas y por que la repetitividad de la seal (que revela la distribucin de la amplitud en el tiempo) est representada en la pantalla por la intensidad del trazo; esto ltimo es posible debido al proceso qumico de la fosforescencia que produce una graduacin de la intensidadcarecen de la posibilidad de mediciones automticas y almacenamiento de ondas.Osciloscopio Digital (estndar):funcionamiento multicanal simultneomediciones automticas y almacenamiento de ondas

4. Especificaciones tcnicas principales Ancho de bandaEspecificacin principal de un osciloscopio, est relacionada con la calidad y el costo del instrumento.En un osciloscopio analgico esta magnitud indica la mxima frecuencia que el circuito de deflexin vertical es capaz de reproducir sin introducir errores por atenuacin.En el caso de los osciloscopios digitales se definen dos anchos de banda: uno para seales repetitivas o peridicas y otro para seales no repetitivas Como regla general, para seales peridicas el ancho de banda debe ser al menos el triple de la mxima frecuencia que se pretende mostrar (teniendo en cuenta la descomposicin armnica), mientras que en el caso de seales no repetitivas el ancho de banda se relaciona directamente con la tasa de muestreo (es decir, la cantidad de muestras que el instrumento puede obtener por segundo), que para una reproduccin medianamente fiel debe ser al menos 10 veces la mxima frecuencia a representar.

4. Especificaciones tcnicas principalesEl ancho de banda estara especificado en el manual del osciloscopio, pero tambien sera indicado en la parte frontal del instrumento

4. Especificaciones tcnicas principalesSensibilidadEs la menor tensin capaz de provocar un desplazamiento de 1 cm en la pantalla del instrumento. En equipos comerciales estndares este parmetro es del orden de los milivoltiosCantidad de canales.Los osciloscopios analgicos que se disponen comercialmente pueden tener entre 1 a 4 canales de entrada. En el caso de los digitales, pueden llegar a 16 o ms canales pero slo para representar seales lgicas.

4. Especificaciones tcnicas principalesBase de tiempoLos osciloscopios pueden disponer de una nica base de tiempo (llamada tambin barrido horizontal), o ms de una. A su vez esta base de tiempo puede ser simple o demorada. En el caso de los osciloscopios con base de tiempo demorada, es posible seleccionar una parte de la onda para su ampliacin en la pantalla, para permitirlo el barrido horizontal modifica su velocidad en la parte seleccionada de la onda. En el caso del barrido independiente cada canal tiene su propia base de tiempo.

4. Especificaciones tcnicas principalesExactitud de la base de tiemposIndica la precisin en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. Tambin se suele dar en porcentaje de error mximo.VelocidadPara osciloscopios analgicos esta especificacin indica la velocidad mxima del barrido horizontal, lo que nos permitir observar sucesos ms rpidos. Suele ser del orden de nanosegundos por divisin horizontal.Exactitud en la gananciaIndica la precisin con la cual el sistema vertical del osciloscopio amplifica atenua la seal. Se proporciona normalmente en porcentaje mximo de error.

4. Especificaciones tcnicas principalesVelocidad de muestreoEn los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisicin de datos (especficamente el conversor A/D). En los osciloscopios de calidad se llega a velocidades de muestreo de Megamuestras/s. Una velocidad de muestreo grande es importante para poder visualizar pequeos periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, tambin se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar seales de variacin lenta.Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el nmero de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda.Resolucin verticalSe mide en bits y es un parmetro que nos da la resolucin del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisin se convierten las seales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Tcnicas de clculo pueden aumentar la resolucin efectiva del osciloscopio.

4. Especificaciones tcnicas principalesLongitud del registroIndica cuantos puntos se memorizan en un registro para la reconstruccin de la forma de onda.Algunos osciloscopios permiten variar, dentro de ciertos lmites, este parmetro. La mxima longitud del registro depende del tamao de la memoria de que disponga el osciloscopio. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de forma muy rpida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir ms tiempo en muestrear la seal completa.Otras especificacionesLos osciloscopios digitales habitualmente tienen otra serie de especificaciones como tamao de la memoria de datos, funciones de anlisis, funciones de disparo especiales, resolucin vertical de la pantalla en bits, etc.

5. Formas de onda

Tensin Alterna, Formas de ondaDefinicin: Tensin elctrica cuya magnitud cambia rapidamente en cuanto a fuerza y direccin (confrecuencia son cambios periodicos).Son cambios rpidos de tension e intensidad: Seal

5. Tipos de onda

Onda Sinusoidal Rectangular Diente de sierra Pulso Escalon Otros

PeriodoTTiempo despues del cual la tensin o intensidad (U/I) tienen el mismo valor.Frecuencia1 / PeriodoAmplitudsmValor mximo de U / I

5. Tipos de onda

La tension efectiva de tension alterna entrega la misma potencia promedio de una tension continua equivalente.Para la tension electrica alterna sinusoidal tenemos:

5. Tipos de onda

5. Tipos de ondaFrecuencia: Si una seal se repite, tiene una frecuencia, esta se mide en ciclos (Hz - Hertzios), y equivale al nmero de veces que la seal se repite en un segundo (ciclos por segundo).

Periodo: Una seal repetitiva tambin tiene un periodo, que es la cantidad de tiempo que tarda la seal en completar un ciclo.

Amplitud: Generalmente expresa el voltaje mximo de una seal medida entre dos puntos del circuito, generalmente uno de estos puntos es masa (tierra), o cero voltios, aunque en ocaciones no.

6. Descripcin de controles, calibrado y aplicaciones

El osciloscopio es bsicamente un dispositivo de visualizacin grfica que muestra seales elctricas variables en el tiempo.Pantalla GrficaBotoneraCanales


Mandos relacionados con la escala verticalMandos relacionados con la escala horizontalMandos relacionados con la sincronizacinBotonera del osciloscopio del laboratorioBotones menBotones men de pantalla


Sistema de visualizacin del osciloscopioEl osciloscopio es un equipo que sirve para visualizar formas de onda de TENSIN de un circuito. Las formas de onda las representan en dos ejes: el eje de abscisas representa tiempo (escala horizontal) y el eje de ordenadas representa tensin (escala vertical) . Las escalas de ambos ejes son modificables por el usuario. La pantalla est dividida en cuadrculas y lo que el usuario elige es el valor de cada una de esas cuadrculas.VoltiosTiempoCuadrculaV/divTime/div


Escala verticalCon este mando elegimos el valor de la escala vertical de cada cuadrcula. Este valor puede estar comprendido entre 2mV y 5V cuando la sonda es de tipo 1:1. Si la sonda es 1:X, estos valores se multiplican por X. En el osciloscopio, el usuario puede elegir el punto donde quiere que se represente el valor de cero voltios. Para ello, debe usarse el cursor de posicin.Es necesario informar al equipo del tipo de sonda en usoEste mando muestra en pantalla el men correspondiente al canal 2. Adems, activa o desactiva el canal pulsndolo sucesivas veces.Este mando activa el men de matemticas. Las opciones que presenta permiten hacer operaciones aritmticas con las formas de onda.


Escala horizontalCon este mando se selecciona el valor horizontal de cada cuadrcula. Este valor est comprendido entre 5ns y 5s.Con este mando se activa el men correspondiente a la escala horizontal del osciloscopio.Con este mando puede desplazarse horizontalmente la traza que se est representando en el osciloscopio.


Men de disparo (Sincronizacin)El osciloscopio est pensado para representar formas de onda peridicas. Para que la imagen aparezca representada de forma estable, el osciloscopio debe poder tomar instantneas de la forma de onda siempre en el mismo punto. Esto se consigue con los mandos de sincronizacin (TRIGGER).Este mando fija el nivel de disparoEste mando activa el men del TRIGGER. En este men debemos seleccionar el canal que estamos intentando sincronizar. Tambin podemos elegir la pendiente en la que se realizar el disparo: positiva o negativa.Nivel de disparoFlanco negativoFlanco positivo


Modo DC y ACEn el men de seleccin de cada canal aparece una de las opciones de ms inters del osciloscopio: el modo DC y el modo AC.Como se ha comentado, el osciloscopio es un equipo que sirve para representar formas de onda de un circuito. El modo DC representa las formas de onda tal cual son, es decir, vemos la forma de onda real. Sin embargo, el modo AC filtra la seal con lo que lo que vemos en el osciloscopio no se corresponde totalmente con la realidad. El modo AC elimina la componente de continua de una forma de onda.010119Componente de continuaMODO DC01-1MODO ACSe elimina la componente de continua


MASA (negro)Terminal Activo rojo)MASA (negro)Terminal Activo (rojo)SondasEste osciloscopio tiene dos canales: CH1 y CH2.MUY IMPORTANTE: las masas de ambos canales estn unidas, es decir, comparten la misma masaLos dos cocodrilos deben conectarse en el mismo punto del circuito ya que por el contrario CORCTOCIRCUITARAN los elementos que existiesen entre ellos


Declogo bsico para el uso del osciloscopioTener en mente la forma de onda que se pretende visualizar (amplitud y frecuencia)Adecuar la escala horizontal y la escala vertical para poder visualizar tres o cuatro periodos de dicha forma de onda.Seleccionar el canal correspondiente a la sonda que estamos usandoComprobar que el tipo de sonda es el adecuado ( 1:1, 1:10, etc)En general, comprobar que la masa de la sonda est pinchada en la masa del circuitoComprobar que el canal en uso est en modo DCComprobar que el men MATH no est activadoFijar el punto de cero voltios en el lugar deseadoComprobar que el TRIGGER est intentando sincronizar el canal que se est usandoFijar el nivel de disparo en cualquier punto dentro de la forma de onda

7. Osciloscopio para el encendido y alternador1. Encendido del Osciloscopio2. Apagado del Osciloscopio3. Selector de funcin (Sistema de encendido o alternador)4. Control de posicin vertical5. Control de posicin horizontal6. Control horizontal

7. Osciloscopio para el encendido y alternador

7. Conector a la bateria8. Conector inductivo9. Conector capacitivo10, Segundo conector capacitivo11. Conector para alternador12. Al primario delencendidoelectrnico13. Accesorio para desconectarcables de alta tension

7. Osciloscopio para el encendido y alternador

El OsciloscopioGracias por su atencin

1 . INTRODUCCION AL FUNCIONAMIENTO DEL OSCILOSCOPIOFinalidad:Reducir la velocidad delDetener alMantenerlo parado al

------------------------------------------------------------------Convertir la energa de movimiento en energa trmicaCumplir las disposiciones legales

SEGURIDADACTIVAvehiculo

osciloscopio

Automotive