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Repblica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educacin Superior
Universidad Nacional Experimental Politcnica
Antonio Jos de Sucre
Ncleo Barquisimeto
Autores:
Edder Castro V-21141932
Alirio Velasco V-22335817
Seccin: 01
Prof.: Rossiry Rodrguez
Barquisimeto, 22 de abril del 2013
Pre-Informe
Prctica #1:
El osciloscopio
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Introduccin
La mayora de los aparatos de mediciones elctricas se
caracterizan por cuantificar
diferentes magnitudes, tales como el voltmetro mide el voltaje,
el ampermetro la corriente,
entre otros; el osciloscopio presenta la peculiaridad de que
permite graficar las seales de
tensin provenientes de un circuito; de esta manera da una
herramienta para la observacin
de la onda y efectuar las mediciones de tensiones variables en
el tiempo. Aunque puede
medir voltaje en corriente continua, se destaca por la medicin
de tensin en corriente
alterna, puesto que esta tiene seales con frecuencias distintas
y parmetros que cambian de
un instante a otro.
La muestra de la seal en la pantalla es consecuencia del viaje
de electrones dentro
de un tubo de rayos catdicos, aqu estos son acelerados y cuya
trayectoria es manipulada
por campos elctricos, al final del recorrido chocan con la
pantalla recubierta de fosforo
que cuando hace contacto con los electrones se produce un
fenmeno de luminiscencia,
permitiendo as ver la seal a travs de la pantalla. Se pueden
estabilizar las seales que
varan en el tiempo de manera que se vea una sola seal esttica
que represente los ciclos
que hace la seal peridica, esto lo hace un circuito
disparador.
El osciloscopio adems cuenta con una variedad de controles que
permiten controlar
la intensidad, la posicin de la seal, enfocar la misma, el
tiempo con el cual los electrones
se mueven a travs de cada divisin de la pantalla, y permite
desviar el haz de electrones
(ampliando la seal en pasos discretos) aplicando tensin, lo que
nos permite modificar as
la seal observada sin alterar los parmetros reales y seguir
obteniendo una medida
acertada en todo momento.
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El osciloscopio
El osciloscopio es una de las herramientas ms verstil y ms
fidedignas a la hora de
realizar mediciones elctrica. Es uno de los instrumentes ms
utilizados en los laboratorios
como en el campo laborar.
1.- Controles de operacin del osciloscopio.
a) Selector de entrada CA-GND-CD: este selector permite ajustar
el osciloscopio al
tipo de seal que ser medida.
- CA: para corriente alterna, o seales que varan en el
tiempo.
- GND: coloca el osciloscopio a tierra.
- CD: para corriente continua, o seales que no varan en el
tiempo.
b) Selector de Salida: Funciona como selector de canal, sirve
para elegir que seal se
desea ver en la pantalla, posee varias selecciones pero las ms
comunes en los
osciloscopios analgicos son:
- Canal uno: Muestra en pantalla la seal recibida por el canal
de entrada uno
CH1-
- Canal dos: Muestra en pantalla la seal recibida por el canal
de entrada dos
CH2-
- Doble trazo (Dual): Muestra en pantalla al mismo tiempo las
seales
procedentes del canal uno y dos.
- ADD: muestra en pantalla la suma de las seales del canal uno y
dos
- B INV: Invierte la polaridad de la seal del canal dos.
- Entrada diferencial: Muestra la diferencia entre la seales de
los canales uno y
dos (1-2)
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El selector de entrada ayuda al usuario a tener varias seales
conectadas al
osciloscopio y solamente mostrar aquellas que necesitas, tambin
permite buscar el
Angulo de desfasaje de varias seales.
c) Potencia de alimentacin o lnea: Enciende y apaga el
osciloscopio despus de
haberlo conectado. Su funcin es la de funcionar como botn de
encendido o
apagado.
d) Intensidad: controla la brillantez del trazo del
osciloscopio. Ayuda a ver mejor la
seal en la pantalla para diferentes ambientes, en zona oscura se
baja el nivel y en
zonas con mucha luz si aumenta para observar mejor la seal.
e) Enfoque: Ajusta el trazo de electrones. Su funcin es la de
ensanchar o enflacar el
haz de electrones para realizar una medicin ms exacta en
conjunto con la
cuadricula de la pantalla.
f) Localizador del haz: Regresa el despliegue a la zona de visin
del tubo de rayos
catdicos sin importar los dems ajustes de control.
g) Posicin: Las perillas de posicin se emplean para desplazar el
trazo o el centro de
la imagen mostrada por toda la pantalla. Las perillas de posicin
dan este control
ajustando los voltajes de cd aplicados a las placas deflectoras
del tubo de rayos
catdicos.
- Posicin vertical: Controla el centrado vertical del trazo. Se
emplea este control
con el control de acoplamiento de entrada puesto en cd para
localizar o ajustar el
trazo a la tierra del chasis.
- Posicin Horizontal: Controla el centrado horizontal de la
imagen.
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Ambas perillas de posicin son de suma importancia ya que
permiten un buen
centrado de la imagen y permite obtener medidas precisas en la
pantalla.
h) Iluminacin de escala: Da la iluminacin a la retcula. Las
lneas grabadas de la
retcula se iluminan con luz proveniente de la orilla de la
pantalla, para no producir
reflejos que interfieran con la imagen mostrada.
i) Sensibilidad vertical V/div o V/cm: Determina el valor
necesario de voltaje que se
debe aplicar a las entradas verticales para desviar el haz de
luz una divisin (o un
cm). Este control conecta un atenuador de pasos al amplificador
del osciloscopio y
permite controlar la sensibilidad vertical en pasos discretos.
El rango tpico es de
10mV/cm hasta 10V/cm. Hay muchas mediciones que son ms adecuadas
si la
sensibilidad vertical no se encuentra en la posicin
calibrada.
j) V/div variable: Permite una variacin continua (y no en
escalones) de la
sensibilidad vertical. Se debe ajustar esta perilla a la posicin
calibrada
(generalmente girando por completo en sentido horario pasando el
tope donde se
escuche un chasquido) para igualar la sensibilidad vertical del
osciloscopio al valor
marcado en el interruptor sensibilidad vertical.
k) Tiempo de barrido o tiempo/div: controla el tiempo que el
punto toma para
moverse horizontalmente a travs de una divisin en la pantalla
cuando se emplea el
modo de barrido disparado.
l) Tiempo variable: Este control de vernier permite escoger una
velocidad continua
pero no calibrada de tiempo/div.
m) Fuente o Fuente de disparo: Selecciona la fuente de la seal
de disparo.
Empleando este control se escoge el tipo de seal que se emplea
para sincronizar la
onda de barrido horizontal con la seal de entrada vertical. Las
selecciones posibles
comprende por lo general.
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- Interna: La salida del amplificador vertical se emplea para
disparar el barrido.
Esta opcin hace que la seal de entrada controle el disparo.
- Lnea: Esta posicin selecciona al voltaje de lneas de 60hz como
seal de
disparo. El disparo de lnea es til cuando hay una relacin entre
la frecuencia
de la seal vertical de entrada y la frecuencia de la lnea.
- Ext: Cuando se emplea esta posicin, se debe aplicar una seal
externa para
disparar la onda de barrido. Esta seal se debe conectar a la
entrada de disparo
externo.
n) Amplificador de barrido (x10): Este control permite disminuir
el tiempo por
divisin de una onda de barrido.
Esquema de la parte frontal de un osciloscopio
1: Selector Volt/div para el canal 1.
2: Selector Volt/div para el canal 2.
3: Ajuste vertical para el canal 1.
4: Ajuste vertical para el canal 2.
5: Selector de escala de tiempo o time/div.
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7: Selector de salida.
6: Ajuste horizontal
8: Entrada del canal 1.
9: Selector de entrada para el canal 1
10: Entrada del canal 2.
11: Selector de entrada para el canal 2
12: conexin a tierra del equipo
13: Intensidad y enfoque.
2.-Sistema de deflexin Vertical
El sistema en si est compuesto de sub circuitos que le permite
realizar los ajustes
necesarios. Entre estas partes se encuentran:
Selector de acoplamiento de entrada.
Atenuador de entrada
Preamplificador
Amplificador vertical principal
Lnea de retardo.
Diagrama de bloques del sistema de deflexin vertical
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Selector de entrada CA-GND-CD.
Uno de los primeros elementos del sistema de deflexin vertical
es el selector de
acoplamiento de entrada. Su objetivo es permitir ms flexibilidad
al osciloscopio para
mostrar ciertos tipos de seales.
Cuando se selecciona la posicin CD, la terminal de entrada
acopla la seal de
entrada completa a los elementos siguientes del sistema de
deflexin vertical. Por otro lado
si se escoge la posicin CA, se ve que un capacitor se coloca en
serie con la rama de
entrada al amplificador. Este capacitor aparece como circuito
abierto a los componentes de
CD y por lo tanto los bloquea y no entran a los circuitos
siguientes. En la posicin de CA
tambin se bloquean las seales de CA de muy baja frecuencia.
La posicin de tierra (GND) del selector de entrada conecta a
tierra los circuitos
internos del amplificador. No convierte la terminal de entrada a
un punto de tierra para una
seal de entrada. El seleccionar GND hace que se elimine
cualquier carga que se haya
almacenado en el atenuador de entrada y recentra el haz de
electrones.
Grfica para tipos de atenuacin
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Lnea de retardo
Toda la circuitera electrnica en el osciloscopio (atenuador,
amplificador, formador
de pulso, generadores y los alambres de la circuitera misma)
causa cierta cantidad de
retardo de tiempo en la transmisin de las seales de voltaje a
las placas de deflexin. Casi
todo este retraso se crea en circuitos que conmutan, forman o
generan. Al comparar los
circuitos del sistema de deflexin vertical y horizontal se
observa que la seal horizontal se
inicializa o dispara mediante una porcin de la seal de salida
aplicada a las placas
verticales del tubo de rayos catdicos.
El procesamiento de la seal en el canal horizontal consiste en
la generacin de
barrido, cuya salida pasa al amplificador horizontal y luego a
las placas de deflexin
horizontal. Todo este proceso se realiza en un tiempo de 80ns ms
o menos.
Para que el operador observe el borde de subida de la onda de la
seal, la seal
aplicada a las placas de deflexin vertical debe retrasarse al
menos el mismo tiempo. Esta
es la funcin de la lnea de retardo
Ecuacin para calcular voltaje de salida.
Vsal= FxKxVent
Vent: Voltaje de entrada.
F: factor de atenuacin
K: es la ganancia del amplificador.
3.-Sistema de deflexin horizontal
Barrido de tiempo
Los circuitos de base de tiempo del osciloscopio efecta la tarea
de producir esta
seal de voltaje repetitiva y sincronizada. El barrido de tiempo
consta de un generador de
onda, u onda de barrido.
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El generador de barrido utiliza las caractersticas de un
capacitor para generar
voltaje de rampa forma de sierra lineales con los cuales
alimenta al amplificador
horizontal. Esta ayuda a cambiar los niveles de los voltajes en
las placas deflectoras
causando as la forma caracteriza de onda que puede representar
en pantalla.
Onda de sierra de la seal de barrido.
.
Clculo del periodo Para el clculo del perodo, contaremos el
nmero de divisiones horizontales
correspondientes a una longitud de onda de la seal y
multiplicaremos por la escala que se
indique en la pantalla.
T= (Hdiv)x(Time/div)
Hdiv: divisiones en el eje x de una onda
Time/div: escala utilizada en el osciloscopio.
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Mtodos para medir la frecuencia en el osciloscopio
1-Ajusta el mando TIME/DIV para proporcionar una imagen de entre
5 y 10 picos en la
forma de onda. Realiza el ajuste final para buscar un solo ciclo
que se producir ms tarde.
2-Utiliza los controles horizontal y vertical para centrar el
centro de la forma de onda sobre
el centro de la pantalla.
3- Gira el mando TIME/DIV para reducir la vista para mostrar slo
un ciclo. La definicin
de un ciclo es de un pico hasta el siguiente pico en la forma de
onda. Ajusta la onda para
comenzar en un punto en el lado izquierdo de la grfica.
4-Gira el mando VOLTS/DIV hasta que la amplitud de la onda llene
la pantalla. Esto dar
lugar a la ms grande imagen de un solo ciclo que es posible
obtener.
5- Se Cuenta el nmero de divisiones horizontales grandes para
cubrir la distancia desde un
punto en el borde ascendente de la onda hasta el mismo punto en
el borde ascendente
siguiente.
6-Multiplica el nmero de divisiones por el rango en el mando
TIME/DIV para determinar
el nmero de segundos para un ciclo de la forma de onda. Por
ejemplo, si la forma de onda
es de 9 divisiones horizontales entre picos y el mandoTIME /DIV
se establece en 0,2 mseg,
entonces el tiempo de un ciclo es de 9 x 0,2 mseg = 9 x 0002 seg
= 0,0018 segundos.
7-Convierte el tiempo para un ciclo en una frecuencia.
Frecuencia = 1/segundos para el
ciclo = 1/0,0018 = 555,56 Hz en el ejemplo.
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4.-Tubo de rayos catdicos.
Diagrama de bloques de tubo de rayos catdicos
Principales componentes del tubo de rayos catdicos
Filamento: Es el elemento calefactor del ctodo, es decir, le
proporciona la energa
calorfica necesaria para que se desprendan electrones del
mismo.
Ctodo: Cilindro hueco de nquel recubierto en su extremo derecho
por sustancias
emisoras de electrones (xido de bario y estroncio). En su
interior se encuentra el
filamento.
Wenhelt: Tambin conocida como rejilla de control consiste en un
cilindro
metlico con un orificio circular en el fondo, el cual rodea al
ctodo y cuya misin
es la de controlar el flujo de electrones que se dirigen de all
a la pantalla.
nodo acelerador: Existen 3 (nodo de pre-aceleracin, nodo de
enfoque, nodo
de acelelarcin), tienen forma de cilindro, y dan una aceleracin
a los electrones a
travs de diferentes diferencias de potencial.
nodo de enfoque: Como a partir del primer nodo acelerador el haz
se hace
divergente, ese necesario concentrarlo y para ello se utiliza el
nodo de enfoque.
Base del
Tubo
Filamento
del ctodo
nodo de
pre-
aceleracin
nodo de
enfoque
nodo de
aceleracin Conjunto
de placas
deflectoras
Pantalla
de fsforo
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Cada tubo tiene una tensin de enfoque ptima.
Pantalla del tubo de imagen: Es la parte final del TRC y sobre
la que va a incidir
el haz de electrones que al chocar con ella producir un punto
luminoso. Est
formada por: la parte externa de vidrio, la capa fluorescente
que cubre la cara
interna, y una pelcula de aluminio vaporizado.
Control de intensidad:
Se trata de un potencimetro que ajusta el brillo de la seal en
la pantalla. Este
mando acta sobre la rejilla ms cercana al ctodo del tubo de
rayos catdicos, regulando el
voltaje de aceleracin del haz de electrones, controlando el
nmero de los electrones
emitidos y as poder manipular la brillantez de la luz producida
en la pantalla.
En un osciloscopio analgico si se aumenta la velocidad de
barrido es necesario
aumentar el nivel de intensidad. Por otra parte, si se
desconecta el barrido horizontal es
necesario reducir la intensidad del haz al mnimo (para evitar
que el bombardeo
concentrado de electrones sobre la parte interior de la pantalla
deteriore la capa fluorescente
que la recubre).
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5.-Descripcin del funcionamiento del osciloscopio basado en
un
diagrama de bloques
Diagrama de bloques del osciloscopio
Funcin del bloque circuito disparador
Permite sincronizar el barrido horizontal (deflexin de la parte
horizontal del trazo a
una velocidad constante en el tiempo) con la seal de entrada a
mostrar, de forma tal de
obtener una imagen estable en la pantalla. Cuando el grfico de
la seal llega al extremo
derecho de la pantalla, el osciloscopio presenta nuevamente el
grfico en la misma,
comenzando en el mismo punto que la anterior. Esto ltimo se
repite continuamente.
El control de disparo regula la formacin de imgenes estables en
la pantalla, y el
momento o fase a partir de la cual se comienza a visualizar una
seal. En algunos modelos
tambin permite visualizar seales que se producen una sola vez y
que normalmente no es
posible ver, ya que el osciloscopio trabaja con seales peridicas
de frecuencia
relativamente alta.
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Grficas de las seales del generador de la base de tiempo en
sincronismo con la seal de entrada para tres niveles diferentes
del
control de disparo
La base de tiempo regula la rapidez con la cual el haz barre
horizontalmente la
pantalla, fijando as la escala del tiempo sobre la cuadrcula de
la pantalla; la mayor parte
de osciloscopios tienen graduado este control en segundos por
divisin (sec/div) o
fracciones.
Hay un control que consta de un conmutador en forma de botn que
permite invertir
el sentido del disparo. Si est sin pulsar la seal se dispara
subiendo (flanco positivo +) y si
lo pulsamos se disparar bajando (flanco negativo -). Es
conveniente disparar la seal en el
flanco de transicin ms rpida.
Debido a las muy diferentes seales que se pueden presentar en
electrnica, el
osciloscopio presenta un conmutador con el que podemos conseguir
el disparo estable de la
seal en diferentes situaciones.
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 comience en el
mismo punto de la seal
repetitiva).
En la siguiente figura puede observarse la misma seal en tres
ajustes de disparo diferentes:
en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin
disparo (la onda est en
movimiento) y en el tercero disparada en flanco descendente.
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1.-
2.-
3.-
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Funcionamiento de las placas de deflexin vertical y
horizontal
Las placas de deflexin, estn ubicadas en la parte cilndrica del
tubo de rayos
catdicos, pero prximas a la seccin cnica. Hay dos pares de
placas, unas colocadas en
forma horizontal y otras colocadas en forma vertical.
Consideremos en primer lugar las placas ubicadas
horizontalmente. Si a dichas
placas horizontales se le aplica una diferencia de potencial, el
campo elctrico producido
entre las placas producir una desviacin vertical del haz de
electrones hacia aquella que
tenga carga ms positiva
De igual forma, si entre las placas verticales se aplica una
diferencia de potencial
V. El haz de electrones sufre una desviacin horizontal hacia la
que tiene carga ms
positiva.
Debido al tipo de deflexin que producen las placas colocadas
horizontalmente se
denominan placas de deflexin vertical, mientras las que estn
ubicadas verticalmente
reciben el nombre de placas de deflexin horizontal.
Si tenemos nuestro barrido horizontal funcionando, y aplicamos
el voltaje variable a
medir a las placas de deflexin vertical el efecto de ambas se
combina y el resultado ser un
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dibujo en la pantalla de la forma de la onda del voltaje que
estamos determinando, y as
nuestro osciloscopio estar completo.
El eje horizontal permitir determinar el tiempo y con ello la
frecuencia de la onda
de voltaje que se mide, y el eje vertical el comportamiento del
valor instantneo de este
voltaje. Todos los osciloscopios pueden amplificar el valor del
voltaje de entrada en caso de
que este sea muy pequeo para llevarlo al rango de funcionamiento
de las placas de
deflexin vertical
6.-Accesorios para realizar una medicin a travs del
osciloscopio
Diagrama de bloques de una punta de prueba pasiva
Punta de prueba (sonda) compensada de (10X) pasiva
La mayora de las sondas pasivas estn marcadas con un factor de
atenuacin,
normalmente 10X. Por convenio los factores de atenuacin aparecen
con el signo X detrs
del factor de divisin. En contraste los factores de amplificacin
aparecen con el signo X
delante (X10).
El diseo ms comn inserta un resistor de 9 megohm en serie con el
extremo de la
punta. La seal se transmite entonces desde la extremidad de la
punta hasta la entrada del
osciloscopio a travs de un cable coaxial especialmente diseado
para minimizar
la capacitancia. El resistor sirve para minimizar la carga que
la capacitancia del cable
introducira en el punto de prueba. En serie con la impedancia de
entrada normal de 1
megohm del osciloscopio, el resistor de 9 megohm crea una
divisor de tensin x10, por lo
que a estas puntas se las conoce como puntas de baja
capacitancia o puntas x10 ("puntas
por diez").
http://es.wikipedia.org/wiki/Ohmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacitanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Divisor_de_tensi%C3%B3n
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Debido a que la entrada del osciloscopio tiene capacitancias
parsitas en paralelo
con el resistor de 1 megohm, el resistor de 9 megohm debe
encontrarse tambin en paralelo
con un condensador, llamado condensador de puenteo, de manera de
evitar que se forme
un filtro pasa bajo RC (filtros de seales con frecuencias bajas)
con la capacitancia parsita
del osciloscopio. El valor de este condensador de puenteo debe
elegirse de manera tal que,
combinado con el condensador de entrada del osciloscopio, se
forme tambin un divisor de
tensin x10. De esta manera, la punta provee una atenuacin
uniforme x10 desde corriente
directa (mediante la atenuacin que proveen los resistores) hasta
frecuencias bastante altas
de corriente alterna (mediante la atenuacin que proveen los
condensadores).
Tiempo atrs, el condensador de puenteo en la extremidad de la
punta era ajustable,
permitiendo configurar la atenuacin x10. Los diseos ms modernos
de puntas tienen en
su extremidad un circuito electrnico de lmina gruesa recortada
por lser que combina el
resistor de 9 megohm con una condensador de puenteo de valor
fijo. Adicionalmente, se
agrega un pequeo condensador ajustable (condensador de
compensacin) en paralelo con
la capacitancia de entrada del osciloscopio. En ambos casos, la
punta debe ajustarse de
manera tal de que garantice una atenuacin uniforme a toda
frecuencia. A este proceso se lo
conoce como compensacin de la punta de prueba, y normalmente se
lleva a cabo midiendo
una onda cuadrada y ajustando el condensador de compensacin
hasta que en el
osciloscopio se visualiza una seal lo ms cuadrada posible. En el
caso en que la seal
tenga los bordes pronunciados o redondeados, se dice que la
punta
est sobrecompensada o subcompensada, respectivamente. Las puntas
de prueba ms
rpidas y ms nuevas poseen esquemas de compensacin ms complejos y
pueden llegar a
requerir otro tipo de ajustes.
La sonda ms utilizada posiblemente sea la 10X, reduciendo la
amplitud de la seal
en un factor de 10. Su utilizacin se extiende a partir de
frecuencias superiores a 5 kHz y
con niveles de seal superiores a 10 mV. Cuando se utilicen este
tipo de sondas hay que
asegurarse de la posicin de este conmutador antes de realizar
una medida.
Pasos de compensacin de la sonda:
Conectar la sonda a la entrada del canal I.
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Capacitancia_par%C3%A1sita&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pasa_bajohttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_cuadrada
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Conectar la punta de la sonda al punto de seal de compensacin
(La mayora de los
osciloscopios disponen de una toma para ajustar las sondas, en
caso contrario ser
necesario utilizar un generador de onda cuadrada).
Conectar la pinza de cocodrilo de la sonda a masa.
Observar la seal cuadrada de referencia en la pantalla.
Con el destornillador de ajuste, actuar sobre el condensador de
ajuste hasta observar
una seal cuadrada perfecta.
Determinar el voltaje de salida de la punta de prueba de 10X
pasiva
Por el divisor de tensin que se forma, con la punta de prueba y
la entrada del osciloscopio,
se tiene que el voltaje de salida (Vout) viene dado por:
VinVout RinR
Rin
1 Vin
MM
MVin 1,0
19
1
Donde Vin: Voltaje de entrada.
Como se observa la seal ha sido disminuida 10%, as que para su
posterior estudio al
querer trabajar con la seal real se debe multiplicar por 10.