electrónica 1

Instituto Superior Orson WellesElectrónica 1

FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA DE AUDIO

Pedro M. RUIZPerú2010


Fundamentos deElectrónica de Audio

© Pedro M. RuizLima-Perú2010

FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA DE AUDIO

Este texto trata las teorías y componentes electrónicos básicos.


Muy a menudo los ingenieros y técnicos son confrontados con gráficas, símbolos electrónicos, esquemáticos y diagramas de bloque usados en manuales para describir el funcionamiento de componentes y equipos. Para captar mejor los conceptos de producción, es importante entender los dispositivos fundamentales y derivados usados en la industria electrónica, sonido y el audio en particular.

FUNDAMENTOS ELECTRICOS

La teoría acepta que los electrones (partículas cargadas negativamente) fluyen a través de un medio conductor si una diferencia de potencial es aplicada al medio. El flujo de electrones es la corriente y la diferencia de potencial es el voltaje. Las fuentes de voltaje son de dos tipos: corriente continua (cc) y corriente alterna (ca). Una batería es un ejemplo de una fuente de voltaje de corriente continua (cc) tradicional y en la actualidad la fuente de voltaje de corriente continua más común es la fuente de alimentación que suministran voltaje de corriente continua a varios y diferentes tipos de equipos electrónicos tales como computadores y teléfonos celulares. Las fuentes de voltaje de corriente alterna (ca) son numerosas, van desde la electricidad doméstica de alta tensión hasta fuentes en micro-voltios (µv) tales como micrófonos o transductores de instrumentos musicales. Típicas fuentes de voltaje de corriente continua (cc) son ya sea de origen químico (como una batería) o una fuente de alimentación de corriente continua (cc) puede ser derivada de una fuente de corriente alterna (ca) (un proceso conocido como conversión de corriente alterna (ca) a corriente continua (cc)). Todo equipo de audio requiere una fuente de alimentación de voltaje de corriente continua (cc) para operar. Todo equipo de audio que es conectado a una toma de corriente en la pared convierte esta electricidad en fuentes de corriente continua (cc) útiles. Todas las fuentes de audio de corriente alterna (ca) son generadas del movimiento físico (una parte móvil) en el cual la energía mecánica es convertida en una señal eléctrica. Algunas centrales de energía que proporcionan la electricidad residencial usan el flujo de agua como un mecanismo para operar generadores. El agua circulante rota la armadura del generador (una parte con devanados de alambre), la cual corta a través de un campo magnético, induciendo un voltaje. En una escala mucho más pequeña, un micrófono genera una señal como vibraciones de sonido (voz) que causan el desplazamiento del diafragma del micrófono. Luego este diafragma tiene devanados que cortan a través de un campo magnético cuando esta en movimiento, induciendo un voltaje. La ilustración en la Fig.1.1 muestra los símbolos eléctricos para una fuente de corriente continua cc y una fuente de corriente alterna ca.

+


Fig. 1.1. Representación de fuente de voltaje de corriente continua (cc) y fuente de voltaje de corriente alterna (ca) La Figura 1-2 muestra un circuito esquemático que es activado por una batería.

Fig. 1-2. Dos convenciones para expresar la dirección de la corriente.

La batería es una fuente de voltaje de corriente continua (cc) activa que es aplicada al resistor R. El resistor es un medio conductor que regula el flujo de corriente, el cual es expresado en amperes (a menudo expresado como Amps). El grado de flujo de corriente (amps, también abreviado como A) depende del valor del resistor, el cual es expresado en Ohms (Ω ). Valores de resistores más grandes impiden más el flujo de corriente. La relación matemática entre las variables de voltaje (V), corriente (I) y resistencia (R) es conocida como la Ley de Ohm, la cual establece que el voltaje aplicado a los terminales del resistor es igual a la intensidad de corriente que circula por él multiplicada por el valor de su resistencia.

V = R x I

En consecuencia, despejando algebraicamente, la intensidad de corriente es calculada como:

I = V/R

Los electrones fluyen del polo negativo (-) hacia el positivo (+). Este movimiento de electrones libres se denomina la intensidad de corriente electrónica. Otra convención aceptada es pensar en el flujo de “positrones” para corriente (partículas cargadas positivamente) en la cual estas partículas fluyen en la dirección opuesta, desde (+) hacia (-). Este flujo se denomina intensidad de corriente convencional, el cual es el más usado, con el símbolo electrónico I medido en amperes (A), muchas veces expresada en sub-unidades tales como miliamperes (mA), microamperes (μA) y nanoamperes (ŋA), etc. En cualquier caso, los números salen idénticos en la ecuación de la Ley de Ohm.

Como un ejemplo, si el voltaje aplicado es 12 V(cc) y el resistor es 6 ohms (Ω), entonces la corriente es:


I = V/R I = 12/6 I = 2 A.

En electrónica, no es raro, que la corriente tenga valores muy pequeños. Expresiones para pequeños valores son mili-amperes (mA), micro-amperes (µ A) y nano-amperes (ŋA). El prefijo mili- significa una milésima (1/1000) ó 10-3, micro- significa una millonésima (1/1000 000) ó 10-6, y nano- significa 1/1 000 000 000 ó 10-9. Como un ejemplo, incrementemos el valor del resistor a 6 000 Ohms (Ω). La corriente sería:

I = 12/6 000 I = 0.002 A.

Para convertir esto a mili-amperes, multiplique por 1000 ó 103:

I = 0.002 A x 1000 I = 2 mA.

Para convertir 0.002 amps. A micro-amperes, multiplique por 1 000 000 ó 106:

I = 0.002 A x 1 000 000 I = 2000 µA.

Para convertir 0.002 amps a nanoamperios, multiplique por 1 000 000 000 ó 109:

I = 0.002 A x 1 000 000 000 I = 2 000 000 ŋA.

En consecuencia, 0.002 A = 2 mA = 2000 µA = 2 000 000 ŋA. Valores de resistores grandes son a menudo expresados como kilohms (el prefijo kilo- significa mil ó 103). En consecuencia, el valor 6 000 ohms del resistor puede también ser expresado como 6 kilohms (6 kΩ ó simplemente como 6 k). Para valores incluso más grandes, los resistores son expresados en megohms (el prefijo mega significa millón o 106). El valor 5’600,000 ohms es más fácilmente escrito como 5.6 MΩ ó simplemente 5.6 M. En resumen, la letra k significa multiplicar por 1000 ó 103, y la letra M significa multiplicar por 1’000,000 ó 106.

SEÑALES SINUSOIDALES

La electrónica de audio trata principalmente con señales de corriente alterna ca (sonidos). En el circuito de la Figura 1.3., una fuente de corriente alterna ca es aplicada al resistor y el circuito es puesto a tierra. El símbolo tierra indica


que el circuito tiene una referencia de potencial cero ó 0 V o GND (del Inglés Ground). La corriente invierte la dirección o alterna como un resultado de invertir constantemente la polaridad del voltaje de la fuente de corriente alterna ca.

Fig. 1.3. Fuente de corriente alterna que energiza a un circuito que contiene una tierra.

Un componente de sonido puede ser idealizado como una señal sinusoidal. Un ciclo de esta señal constituye una porción positiva y una porción negativa que ocurre sobre un periodo de tiempo específico. Esto se muestra gráficamente en la Figura 1.4. Durante la alternancia positiva del ciclo, la corriente fluye en una dirección alrededor del circuito y luego invierte la dirección para la porción negativa.

Fig. 1.4 Señal sinusoidal, donde f = 1/T. El valor T es la duración del tiempo, o periodo, de un ciclo.

Un ejemplo de tal fuente de corriente alterna ca sería un micrófono que capta una vibración de sintonía. El micrófono convierte la vibración mecánica a una señal sinusoidal eléctrica. El periodo de tiempo del ciclo define la frecuencia de la señal dada por: f = 1/T

Donde f es la frecuencia, 1 es para un ciclo y T es el periodo o tiempo expresado en segundos. En consecuencia, la frecuencia es expresada en ciclos por segundo, o cps; sin embargo, la convención actual para expresar ciclos por segundo es Hertz, abreviada como Hz. Por ejemplo, 1000 cps es lo mismo 1000 Hz. Recuerde que k significa mil, entonces 1000 Hz = 1 kHz.

0


CAPACITORES E INDUCTORES

Si el voltaje es sinusoidal, la corriente resultante también es sinusoidal. El valor de los resistores no es afectado en alguna forma por la frecuencia de la señal; sin embargo, otros componentes son sensibles a la frecuencia: capacitores e inductores. Con una fuente de corriente alterna ca, los resistores actúan resistivos y los capacitores e inductores actúan reactivos. La reactancia (simbolizada con X) es la oposición al flujo de corriente alterna por una capacitancia, inductancia, o combinación de ambas. En realidad, la reactancia de estos tipos de componentes es determinada por la frecuencia. La expresión reactancia para un capacitor es:

Xc = 1/(2πfC)

Donde f es la frecuencia, C es el valor del capacitor expresado en Faradios (abreviada F), y π =3.14159. La expresión reactancia para un inductor es:

X L = 2πfL

Donde L es la inductancia expresada en Henrios (abreviada H). La Ley de Ohm se aplica a estos componentes de la misma manera como lo hace una resistencia:

V = I. Xc y V = I. XL

La corriente puede ser solucionada para cada caso dividiendo la reactancia entre el voltaje. Dado el voltaje pico a pico, el cual es la cantidad total del voltaje desde el pico positivo más alto (Vmáx) hasta el pico negativo más bajo Vmín, podemos determinar la corriente pico-a-pico. Conectemos un par de valores y comparemos resultados. Usando una fuente de voltaje de 800 mV (pico-a-pico), 5 kHz, calcule la corriente pico-a-pico para un resistor de 4.7 kΩ, un capacitor de 0.02 µF y un inductor de 12 mH.

Primero calculemos las reactancias Xc y XL :

Xc = 1/(2π fC) Xc = 1/(2 x 3.14159 x 5000 x 0.00000002) Xc = 1592 ohms.

XL = 2π fL XL = 2 x 3.14159 x 5000 x 0.012 XL = 377 ohms.

Note que a medida que la frecuencia se incrementa, Xc disminuye y XL se incrementa. Ahora solucione para la corriente en cada componente:

Resistor: I = V/R


I = 0.8/4700 I = 0.0017 A = 170 µA.

Capacitor: I = V/Xc I = 0.8/1592 I = 0.0005023 A = 502.3 µA.

Inductor: I = V/XL

I = 0.8/377 I = 0.0021 A = 2.1 mA.


Fig. 1.5 Versiones típicas de estos tres componentes comunes.

RELACIONES DE FASE

Componentes reactivos como los capacitores e inductores en un circuito causan desplazamiento de fase, la cual es la relación en el tiempo entre el voltaje y la corriente. Un resistor no origina cambio de fase, pero cuando se usa un capacitor, la corriente adelanta al voltaje, en otras palabras, el voltaje se retrasa de la corriente. Como se muestra en la Figura 1.6, la corriente pico del capacitor de Imin ocurre antes que el voltaje de la fuente y la corriente de la resistencia. Con los inductores, la corriente se retraza del voltaje o el voltaje adelanta a la corriente. En consecuencia, en la Figura la corriente pico Imin

ocurre sobre la “línea de tiempo” después que la fuente de voltaje (está retrasada). También note en la Figura los símbolos esquemáticos para cada componente.


Voltaje

Corriente enR (en fase)

Corriente enC (en adelan-to)

Corriente enL (en retraso)

Fig. 1.6 Relaciones de fase.

La expresión para el voltaje de una forma de onda sinusoidal es:

v(t) = V sen(2π ft)

donde V es la amplitud pico y seno es la función trigonométrica de la cantidad 2π ft el cual es el ángulo. La cantidad 2πf es la expresión en radianes para la frecuencia y generalmente es mencionada como omega ( ω) donde:

ω = 2π f v(t) = Vsen (ωt)

La ωt representa un ángulo denominado teta (ө ). En consecuencia:

v(t) = V sen ө

La expresión para la corriente en un resistor es:

i(t) = (V/R) )sen (ωt))

Una corriente que adelanta a un voltaje, como para el capacitor, es expresada como:

i (t) = I sen (ωt + ß)

donde ß (beta) es el número de grados que la corriente adelanta al voltaje. En el diagrama previo (Fig. 1.5), la corriente de capacitor se muestra que adelanta al voltaje por 1/4 de ciclo ó 90 grados (debido a que un ciclo completo equivale a 360 grados, como en un círculo). En radianes, 90 grados es π/2, lo cual significa que ß = π /2. La amplitud I es el voltaje dividido por la resistencia.

La corriente de inductor retardada es similar:


I (t) = I sen (ωt - ß)

La corriente retrasa al voltaje por un cuarto de ciclo, ó 90 grados.

RESPUESTAS TRANSITORIAS Y DE ESTADO ESTABLE

Ahora considere que sucedería si una fuente de corriente continua cc es aplicada a un capacitor o incluso un inductor. La respuesta es fácil cuando Ud., se da cuenta que la frecuencia para una fuente de corriente continua cc es cero. Conectando un cero dentro de las expresiones de reactancia , Xc = 1/0 = (infinito) y XL = 0. Esto significa que los capacitores no permiten ningún flujo de corriente continua cc, sino que los inductores actúan como un corto circuito (sin resistencia). Un corto circuito permite a la fuente de voltaje entregar su máxima corriente (porque los cortos funden fusibles).

Estos comportamientos en corriente continua cc para capacitores e inductores son como estos dispositivos actúan después del establecimiento de un estado estable. Una respuesta transitoria también ocurre cuando el voltaje de corriente continua cc es inicialmente aplicado. Inicialmente, estos componentes actúan bastante opuestos de como lo hacen normalmente. Hay una avalancha de corriente que carga al capacitor antes que la corriente se reduzca a cero e inicialmente el inductor choca o bloquea la corriente cuando el voltaje de corriente continua cc es aplicado. Las gráficas en la Figura 1.7 muestran las respuestas transitorias seguidas por las respuestas de estado estable.

T

Respuesta Estado estable Respuesta Estado estable Transitoria transitoria

Fig. 1.7 Respuestas transitoria y de estado estable de un capacitor e inductor.

DIVISOR DE VOLTAJE

CAPACITOR INDUCTOR

TT

II


Un circuito divisor de voltaje se muestra en la Figura 1.8.

Vs = V1 + V2

Fig. 1.8. Circuito divisor de voltaje.

El flujo de corriente a través del circuito esta determinado por la suma de los dos resistores, los cuales están configurados en serie. Lo que es de interés aquí es el voltaje en su unión. La Ley de voltaje de Kirchhoff establece que la suma de las caídas de voltaje a través de cada componente en un circuito serie debe ser igual al voltaje de la fuente aplicado. Esto significa que:

Vs = V1 + V2

donde V1 es la caída de voltaje a través de R1 y V2 es la caída de voltaje a través de R2. Ya que la corriente es la misma para ambos resistores, entonces esto sigue a la Ley de Ohm:

V1 = I x R1 y V2 = I x R2

En consecuencia,

Vs = IR1 + IR2

Vs = I (R1 + R2)

El voltaje en la unión de los dos resistores es V2. Si V2 = IR2 y la I = Vs/ (R1 + R2), entonces V2 = VsR2 /(R1 + R2). El voltaje de unión (V2) es una porción de la fuente de voltaje (Vs) dada por la relación R2 /(R1 + R2). Este es el principio de divisor de voltaje. V2 es un porcentaje de Vs dividiendo a una relación de resistores. Un componente especial que es usado para crear un divisor de voltaje variable es un potenciómetro. Este resistor variable simula dos resistores en serie pero con la flexibilidad de ajustar cualquier combinación deseada de R1/R2. Esta es una aplicación muy común para controlar el volumen o nivel de señal. Un potenciómetro o “pot” en un circuito se muestra esquemáticamente en la Figura 1.9.


Fig. 1.9. Potenciómetro en un circuito con una fuente de corriente alterna (ca).

El indicador puede ser posicionado para crear una unión para establecer la relación deseada entre R1 y R2. La variable Vo es la porción del valor de Vs que puede variar desde Vs hasta 0 voltios.

FILTRADO

Otra forma de “divisor” que es dependiente de la frecuencia es un filtro. La Figura 1.11 muestra un circuito filtro usando un resistor y un capacitor en serie.

Fig. 1.11. Filtro pasabajo.

La reactancia Xc del capacitor relativa a R determina el voltaje de la unión (V2). Note que Xc depende de la frecuencia de la fuente Vs de tal manera que a mayor frecuencia, más pequeña la reactancia Xc. Esto también significa que una Xc más pequeña resulta en un voltaje menor V2, el cual entonces implica que la relación de división puede ser alterada cambiando la frecuencia de la fuente Vs. La salida V2 es más grande para frecuencias más bajas y disminuye a medida que se incrementa la frecuencia. Esta configuración que favorece a frecuencias más bajas y bloquea, o atenúa, a frecuencias más altas se conoce como un filtro pasa-bajo.

Tenga en mente que existe un desplazamiento de fase inducido por este capacitor. La relación entre Xc y R1 no es tan simple como el cálculo de divisor de voltaje para la red de dos resistores de la Figura 1.8. Una técnica de Matemáticas Vectorial llamada Matemáticas fasorial es usada para calcular la magnitud y el ángulo de fase del voltaje en la unión (V2). La matemática fasorial es un análisis vectorial en la cual las reactancias del capacitor e inductor son tratadas como números imaginarios. Estos números están dimensionalmente


en ángulos rectos (90°) con respecto a la fase cero, o eje real. La Figura 1.12 muestra la relación dimensional entre resistencia, capacitancia e inductancia.

Imaginario +

+ Real

-Fig. 1.12 Vectores impedancia para la resistencia, capacitancia e inductancia.

La resistencia está sobre el eje real positivo, la inductancia está sobre el eje imaginario positivo y la capacitancia está sobre el eje imaginario negativo. Matemáticamente, las reactancias imaginarias son escritas como jXL para el inductor y –jXc para el capacitor. Recuerde la expresión de división de voltajes:

V2 = Vs (R2 / R1 + R2)

Sustituyendo –jXc en la expresión de divisor de voltaje en la misma posición donde R2 está da:

V2 = Vs ( -jXc / R – jXc)

El denominador R – jXc puede ser sumado vectorialmente. La suma de un valor de resistor con una reactancia capacitiva crea una nueva magnitud vectorial (M). De la fórmula geométrica, la magnitud es la raíz cuadrada de la suma de los componentes real e imaginario elevados al cuadrado:

M = √ R2 + Xc2

El ángulo de fase ө estaría en algún lugar entre 0 y -90° y puede ser calculado tomando el arco tangente de Xc sobre R:

ө = tan-1 (Xc/R)

La expresión R – jXc, expresada como una cantidad fasorial (M) con el ángulo de fase ө, se muestra como un vector en la Figura 1.13 y es escrita como M

R

XL

Xc


(ө). Sustituyendo M(ө) para R – jXc, la relación –jXc/(R – jXc) es ahora –jXc/M(ө). La impedancia del capacitor –jXc puede ser expresada en forma fasorial como Xc(-90°). Ahora la relación es Xc(-90°)/M(ө). La regla para división fasorial es dividir las magnitudes y restar los ángulos. En consecuencia, la expresión completa es:

V2 = Vs( Xc/M) (-90° -ө)

Fig. 1.13 Representación vectorial para la expresión R – jXc.

La Figura 1.14 muestra la relación vectorial de la fuente V2 respecto a Vs. (Si es necesario, diríjase al Apéndice para una revisión de algo de Algebra, trigonometría, matemática fasorial y logaritmos que son usados en todo el libro).

Fig. 1.14 Vector voltaje de salida para V2.

Aunque no se demuestra aquí, la regla para multiplicar dos vectores es para multiplicar las magnitudes y sumar los ángulos. Cuando se suma o resta vectores, las magnitudes deben ser convertidas en sus componentes real e imaginarios en el cual real = Mcos (β) e imag = Msen(β). Luego sume todas las partes reales y todas las partes imaginarias para formar componentes imaginarios y reales totales. Existe una fórmula usada para determinar en que frecuencia el giro se convierte en significativo. Esto se denomina la frecuencia de corte (fc) y es la frecuencia a la cual V2 es aproximadamente el 70% del voltaje de la fuente Vs. Esto también es mencionado como el -3dB o punto 3dB hacia abajo. Esta es una expresión logarítmica que representa la pérdida de potencia:


dB = 20 log (V2/Vs).

Si las posiciones de R y C son invertidas en la Figura 1.11, esto crea una red filtro pasa alto. Las frecuencias más altas son pasadas porque R está en la posición de salida y parece grande en comparación a Xc para altas frecuencias. Similarmente, podemos usar combinaciones de inductor/resistencia para considerar redes pasa alto y pasa bajo. La ciencia de fabricar redes filtro es amplia, pero esto da una visión de cómo los componentes pueden ser usados para funciones especiales en audio.

FUENTES DE ALIMENTACION

Las fuentes de alimentación de corriente continua cc básicas consisten de transformadores, diodos, capacitores electrolíticos y reguladores de voltaje. La entrada del servicio comercial y residencial es de 220/110 Vca, sin embargo, estos no son voltajes prácticos para trabajar. Un transformador es usado para reducir los 220/110 Vca a algo menor. Un transformador está compuesto de devanados de alambre o vueltas de alambre alrededor de un núcleo. Hay dos conjuntos de devanados llamados devanados primario y secundario, como se muestra en la Fig. 1.22.

Fig. 1.22 Ilustración del transformador y su símbolo. c

El primario acepta el voltaje alto (110 Vca) y el secundario produce el voltaje de salida reducido. El voltaje reducido es proporcional a la relación de vueltas del secundario sobre el primario. Por ejemplo, una relación de vueltas de 5:1 reduce los 110 Vca a 22 Vca (110/5 = 22). Con un voltaje de corriente alterna menor para trabajar con él ahora puede ser convertido a una fuente de corriente continua cc usando cuatro diodos y un capacitor. Un diodo es un componente que controla la dirección de la corriente. Todos los componentes tratados hasta ahora permiten que la corriente fluya en cualquier dirección. Un diodo permite que la corriente fluya solamente en una dirección (Fig. 1.23).


Fig. 1.23 Ilustración del diodo y su símbolo.

El diodo tiene un terminal ánodo (positivo) y un terminal cátodo (negativo). La representación esquemática es un símbolo tipo flecha que indica la dirección de la corriente. Los diodos bloquean la corriente en la dirección inversa.

La Figura 1.24 muestra el diagrama esquemático de una fuente de corriente alterna ca aplicada al resistor con un diodo en la trayectoria. Solo la porción positiva del ciclo puede pasar a través porque el voltaje positivo sobre el ánodo polariza al diodo. Sobre el semiciclo negativo, el voltaje negativo no afecta al diodo, de modo que es bloqueado.

Fig. 1.24 Circuito rectificador de media onda y la salida.

Por esta razón, los diodos pueden operar como rectificadores de media onda (o solo rectificadores). La configuración de cuatro diodos en un anillo conforma un rectificador de onda completa o puente de diodos como en la Figura 1.25A.

Fig. 1.25(A). Rectificador de onda completa. Se indica la dirección del flujo de corriente para la parte positiva del ciclo.


En este arreglo, el pico negativo no es perdido sino que es recuperado en un pico positivo. La Figura 1.25A muestra el flujo de corriente durante el pico positivo y la Figura 1.25B muestra la trayectoria durante el pico negativo.

Fig. 1.25(B) Muestra la dirección del flujo de corriente para la porción negativa.

En consecuencia, el capacitor se carga en una dirección. El capacitor integra o nivela los picos.El capacitor se carga solo hasta el 70% de su valor pico. El resultado es ilustrado en la Figura 1.26. +

Corriente t

-

Fig. .1.26 La salida del rectificador de onda completa es un voltaje de corriente continua cc positivo y continuo.

Este es el voltaje rectificado o corriente continua cc que ahora puede ser usado para otras etapas.

DIODO ZENER

I


“Zener” es el nombre dado en honor a su inventor el Dr. Clarence Melvin Zener de la Southern Illinois University. El diodo Zener es una clase de diodos de silicio que tienen una curva característica que tiene un codo bien pronunciado en un voltaje inverso particular como se muestra en la Figura A. Este exhibe en la región de ruptura-avalancha un gran cambio en la corriente inversa sobre un rango muy pequeño de voltaje inverso.

Figura A. Curvas características inversas típicas para tres diodos Zener de bajo voltaje de un valor de 1 W.

Si el diodo Zener es operado sobre esta parte de su curva característica, ninguna ruptura (en el sentido de ruptura dieléctrica) ocurre, y el proceso es reversible sin daño. La pendiente o inclinación de la parte inversa de la curva característica corriente versus voltaje (i-v) en la región de cambio hace de estos diodos excelentes dispositivos para referencia de voltaje y regulación de voltaje. Es decir, esta característica permite un voltaje de referencia altamente estable para ser mantenida a través del diodo a pesar de un rango relativamente grande de corriente a través del diodo. Un diodo Zener es un dispositivo electrónico cuyo dopado se realiza de tal modo que hace que la característica de voltaje de avalancha ó ruptura sea muy pronunciada (inclinada). Si el voltaje inverso supera al voltaje de ruptura, el diodo Zener generalmente no será destruido. Esto se cumple siempre que la corriente no exceda un valor máximo predeterminado y el dispositivo no se sobrecaliente. Cuando un portador de carga generado térmicamente (parte de la corriente de saturación inversa) cae por debajo de la barrera de la unión (Figura B), y adquiere energía del potencial aplicado, el portador de carga choca con los iones del cristal e imparte suficiente energía para romper un enlace covalente. Además del portador de carga original, se crea un nuevo par electrón-hueco (EHP) Este par puede recoger suficiente energía del campo aplicado para chocar con otro ión del cristal y formar otro par electrón-hueco. Esta acción continúa y rompe de ese modo los enlaces covalentes. El proceso se conoce como ionización de impacto, multiplicación de avalancha ó ruptura de avalancha. Hay un segundo mecanismo que rompe los enlaces covalentes. El uso de un campo eléctrico suficientemente fuerte en la unión puede provocar una ruptura directa del enlace. Si el campo eléctrico ejerce una fuerza intensa sobre un


electrón ligado, éste puede arrancarse del enlace covalente ocasionando así que se multipliquen las combinaciones EHP. Este mecanismo se llama emisión de campo intenso ó ruptura Zener. El valor del voltaje inverso al cual esto ocurre se controla por medio del nivel de dopado del diodo. Un diodo altamente dopado tiene un valor de voltaje de ruptura Zener, en tanto que dicho valor es alto en un diodo con dopado ligero. Aunque se describieron dos mecanismos claramente diferentes para efectuar la ruptura, se intercambian comúnmente. A voltajes superiores a 8 V, el mecanismo predominante es la ruptura de avalancha. Puesto que el efecto Zener (avalancha) ocurre en un punto predecible, el diodo puede usarse como una referencia de voltaje. El voltaje inverso al cual se presenta la avalancha se llama voltaje de ruptura o Zener. Una característica típica del diodo Zener se muestra en la Figura C. El símbolo de circuito para el diodo Zener es diferente del correspondiente al diodo común (diodo rectificador) y se muestra en la Figura D. La corriente inversa máxima, Izmáx, que el diodo Zener puede soportar depende del diseño y construcción del diodo. Se empleará la guía acerca de que la corriente Zener mínima en la que la curva característica permanece en Vz (cerca del codo de la curva) es 0.1 Izmáx. La cantidad de potencia que el diodo Zener puede soportar (Vz x Izmáx) es un factor límite en el diseño de fuentes de potencia.

Figura B. Potenciales de barrera.

Figura C. Curva característica de un diodo Zener.


Figura D. Símbolo electrónico del diodo Zener

Palabras Claves:

RUPTURA INVERSACuando aumenta el voltaje inverso, se incrementa el campo eléctrico dentro del dispositivo, y el diodo entra a la región de ruptura. El inicio del proceso de ruptura es bastante abrupto, y la corriente se incrementa con rapidez para cualquier aumento adicional en el voltaje aplicado, como se indica en la curva característica i-v de la Figura A1.

Figura A1. Curva característica i-v de un diodo que incluye la región de ruptura inversa. El recuadro muestra el coeficiente de temperatura.

La magnitud del voltaje al cual ocurre la ruptura se denomina voltaje de ruptura, Vz, del diodo y se encuentra en el intervalo de

2 V ≤ Vz ≤ 2 000 V

El valor de Vz se determina mediante el nivel de dopaje en el lado dopado de manera más ligera de la unión pn, aunque cuanto más grande sea el dopaje, tanto más pequeño resulta el voltaje de ruptura del diodo. Se han identificado dos mecanismos de ruptura independientes: Ruptura de avalancha y ruptura Zener.

Ruptura de avalanchaLos diodos de silicio con voltajes de ruptura mayores que 5.6 V entran a la ruptura mediante un mecanismo denominado ruptura de avalancha. Conforme se incrementa el ancho de la capa de agotamiento bajo polarización inversa, se incrementa el campo eléctrico. Los portadores libres en la región de agotamiento se aceleran debido a este campo eléctrico, y cuando los portadores se mueven por la región de agotamiento, chocan con los átomos fijos. En algún punto, el campo eléctrico y el ancho de la región de carga espacial se vuelven lo suficientemente grandes para que algunos portadores de carga ganen la energía necesaria para romper enlaces covalentes a consecuencia de los impactos, creando de esa manera pares electrón-hueco (EHP). Los nuevos portadores de carga creados también pueden acelerarse y crear EHP adicionales mediante este proceso de impacto-ionización, como se muestra en la Figura B1.


Figura B1. Proceso de ruptura en la avalancha (Notése que los portadores de carga positivas y negativas en realidad se mueven en direcciones opuestas en el campo eléctrico en la región de agotamiento). Ruptura Zener La verdadera ruptura Zener ocurre sólo en diodos altamente dopados. El alto dopaje origina una región de agotamiento muy estrecha, y la aplicación de la polarización inversa provoca que los portadores de carga realicen el efecto túnel directamente entre las bandas de conducción y valencia, resultando en un rápido incremento de la corriente inversa en el diodo.

Coeficiente de TemperaturaEl coeficiente de temperatura (CT) para un rango típico de diodos Zener se muestra en la Figura A1, también en la Figura C1. Será visto que el coeficiente cambia de negativo a positivo en la región de 5 volts. A veces, se usa este fenómeno para acoplar diodos de coeficiente opuesto para producir un par serie que tiene bajo coeficiente de temperatura efectivo en combinación. Es posible diferenciar entre los dos tipos de ruptura debido a que los voltajes de ruptura asociados con los dos mecanismos muestran coeficientes de temperatura opuestos. En la ruptura de avalancha, se incrementa Vz con la temperatura; en la ruptura Zener , Vz disminuye con la temperatura. En el caso de diodos de silicio, se alcanza un coeficiente de temperatura cero (0) a aproximadamente 5.6 V. El mecanismo de ruptura de avalancha predomina en diodos que muestran voltajes superiores a 5.6 V, en tanto que diodos con voltajes de ruptura por debajo de 5.6 V entran a la ruptura por el mecanismo Zener.

Figura C1. Coeficiente de temperatura para un rango típico de diodos Zener de bajo voltaje.

MODELO DEL DIODO PARA LA REGION DE RUPTURA

En la ruptura, el diodo puede modelarse mediante una fuente de voltaje de valor Vz en serie con el resistor Rz, el cual fija la pendiente de la curva característica i-v en la región de ruptura, como se indica en la Figura A1.


Figura D1. a) Modelo para la región de ruptura inversa. b) Símbolo electrónico del diodo Zener.

El valor de Rz generalmente es pequeño(Rz ≤ 100 Ω ), y la corriente inversa que fluye por el diodo debe limitarse mediante el circuito externo o el diodo se destruirá. De la curva característica i-v en la Figura A1 y el modelo en la Figura D1a), se observa que el voltaje en el diodo es casi constante, independiente de la corriente, en la región de ruptura inversa. Algunos diodos se diseñan para operar en ruptura inversa. Estos diodos se conocen como diodos Zener y tienen el símbolo de circuito especial que se presenta en la Figura D1b). Hojas de datos o especificaciones para una serie de diodos Zener pueden ser revisadas.

Resistencia Zener (Rz)

Un diodo Zener, como cualquier diodo, tiene cierta resistencia interna en sus zonas p y n, al circular una corriente a través de este se produce una pequeña caída de voltaje de ruptura. Es decir, si un diodo Zener está funcionando en la zona Zener, un aumento en la corriente produciría un ligero incremento en el voltaje. El incremento es muy pequeño generalmente de una décima de volt (0.1 V). Los diodos Tener mantienen el voltaje entre sus terminales prácticamente constante en un amplio rango de intensidades de corriente y temperatura, cuando están polarizados inversamente, por esto, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de voltaje, tal como la Figura E. Eligiendo la resistencia R y las características del diodo, se puede lograr que el voltaje en la carga RL, (VL) permanezca prácticamente constante dentro del rango de variación del voltaje de entrada Vs. Para elegir la resistencia limitadora R adecuada hay que calcular primero cuál puede ser su valor máximo, Rmáx, y mínimo, Rmín, después elegiremos una resistencia R que se adecue a nuestros cálculos. Rmín = (Vsmáx – Vz) / (ILmín + IZmáx)

Rmáx = (Vsmín – Vz) / (ILmáx + Izmín)

Donde:1. Rmín es el valor mínimo de la resistencia limitadora.2. Rmáx es el valor máximo de la resistencia limitadora.3. Vsmáx es el valor máximo del voltaje de entrada.4. Vsmín es el valor mínimo del voltaje de entrada.5. Vz es el valor del voltaje Zener.6. ILmín es la mínima intensidad de corriente que puede circular por la carga (RL), en

ocasiones si la carga es desconectable, ILmín suele tomar el valor 0 (ILmín = 0).7. ILmáx es la máxima intensidad de corriente que soporta la carga RL.8. Izmáx es la máxima intensidad de corriente que soporta el diodo Zener.9. Izmín es la mínima intensidad de corriente que necesita el diodo Zener para

mantenerse dentro de su zona Zener o conducción inversa (1mA).

La resistencia que elijamos, debe estar comprendida entre los dos resultados que hemos obtenido.

Cálculo de la resistencia limitadora ( R ó Rs)


Si tenemos el voltaje de entrada (no regulado), Vsmín, la resistencia limitadora Rs, el diodo Zener y su voltaje Tener, Vz, y el voltaje de salida, VL, regulado. El cálculo del resistor Rs está determinado por la corriente que pedirá la carga (lo que vamos a conecta a esta fuente de voltaje). Este resistor se puede calcular con la fórmula:

Rs = (Vsmín – Vz) / 1.1 ILmáx

Donde Vsmín es el valor mínimo del voltaje de entrada (voltaje no regulado y puede variar). ILmáx es el valor de la máxima corriente que pedirá la carga.

Una vez conocido Rs, se obtiene la potencia máxima del diodo Tener, con la siguiente fórmula:

PD = ((Vsmín – Vz) / Rs - ILmín) Vz

Ejemplo de diseño de circuito regulador de voltaje con diodo Tener

Una fuente de voltaje de 15 volts debe alimentar una carga con 9 volts, que consume una corriente que varía entre 200 y 350 mA.

Solución:1. Se elige un diodo Tener de 9.1 volts, pues no existe de 9 V.2. Cálculo de Resistencia limitadora Rs: Rs = (15 V – 9.1 V) / 1.1 ILmáx

Rs = (15 V – 9.1 V) / 1.1(0.35A) = 15 Ω.

3. Cálculo de la potencia del diodo Zener:

PD = ((15 V – 9.1 V) /15 Ω - O.2 A) (9.1 V) = 1.759 W.Si despreciamos el valor de ILmín (0.2 A) de la fórmula para la potencia del diodo Zener, laNueva potencia del diodo sería PD = 3.57 W.

Como no existe un diodo Zener de potencia igual a 3.57 W, se elige un diodo Zener de 5 W que es el más cercano.

Disipación de potencia en el resistor limitador Rs

Un cálculo adicional es la disipación de potencia del resistor limitador Rs. Esto se obtiene con la Ley de Joule, P = I2 R.

Los datos actuales son Imáx = 350 mA = 0.35 A y Rs = 15 Ω, entonces

PRs = (0.35 A)2 (15Ω) = 1.84 W.

Esto siginifica que a la hora de comprar este resistor limitador será de 2 W ó más.

Voltaje Zener (Vz)Si usamos la curva característica i-v de la Figura A1 pero con un -Vz = -17 V, el diodo está polarizado inversamente, la corriente inversa tiene un valor casi nulo mientras que el voltaje se incrementa rápidamente, en este ejemplo hasta 17 volts. La resistencia de carga (RL) debe cumplir la Ley de Ohm,

RL = Vz / ILmáx

Los diodos Zener generan ruido. Por esta característica son usados en generadores de ruido y puentes de ruido.

Características del circuito regulador de voltaje con diodo Zener


El diodo Zener se puede usar para regular una fuente de voltaje. Este diodo semiconductor se fabrica en una amplia variedad de voltajes y potencias. Estos van desde menos de 2 V hasta varios cientos de volts, y la potencia que pueden disipar va desde 0.25 W hasta 50 W ó más. La potencia que disipa un diodo Tener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue fabricado por la corriente que circula por él.

Pz = Vz x Iz

Esto significa que la máxima corriente que puede circular por un diodo Zener es

Iz = Pz / Vz ,

Donde Iz = Corriente que pasa por el diodo Zener. Pz = Potencia del diodo Zener (Dato del fabricante). Vz = Voltaje del diodo Zener (Dato del fabricante).

Por ejemplo, la corriente máxima que un diodo Tener de 10 volts (Dato del fabricante) y potencia de 50 W (Dato del fabricante), podrá soportar será

Iz = Pz / Vz, entonces Iz = 50 W / 10 V = 5A.

CIRCUITOS REGULADORES CON DIODO ZENER

Los diodos Zener son usados para proporcionar voltajes de referencia establesPara circuitos de control electrónicos y como una referencia de voltaje para sistemas de regulación de lazo cerrado en los cuales el voltaje real es comparado al voltaje de referencia con el objeto de desarrollar una señal de error. Están disponibles en valores de voltaje a partir de 3 volts hasta 200 volts y valores de potencia desde menor que 1 W hasta 50 W. La tolerancia de voltaje puede ser especificada como ±20%, ±10%, ±5%, y, con posterior selección, tolerancias más cercanas. Unidades especiales diseñadas para recortamiento de voltaje transitorio se tratan en los supresores de voltaje transitorio.

Un regulador de voltaje que hace uso de la característica de voltaje constante del diodo Zener para producir voltaje de referencia que es comparado con el voltaje a ser regulado varía mediante cambios ya sea en la carga (RL) ó voltaje de entrada (Vin, Vs).

Una aplicación útil del diodo Zener es como regulador de voltaje como se muestra en el circuito de la Figura E.


RL

Figura E. Circuito regulador de voltaje con diodo Zener.

La función del diodo Zener es mantener un voltaje constante en el resistor de carga RL. Mientras el diodo se mantiene operando en ruptura inversa, un voltaje aproximadamente igual a Vz aparecerá en RL. Para asegurar que el diodo Zener opera en la región de ruptura Tener, se debe tener Iz > 0. El circuito de la Figura E se vuelve a dibujar como la Figura F con el modelo para el diodo Zener, RZ = 0.

vs

Figura F. Circuito regulador con el modelo para el diodo Zener.

Mediante el análisis del nodo, la corriente Zener (Iz) es Iz = Is - IL … Ec. (1)

Las corrientes Is e IL son iguales a

Is = (Vs – Vz) / R …Ec. (2)

Reemplazando datos en la Ec. (2): Is = (20 V – 5 V) / 5 kΩ; entonces Is = 3 mA.

También IL = Vz / RL …Ec. (3)

Reemplazando datos en la Ec. (3): IL = 5 V / 5 kΩ; entonces IL = 1 mA.Luego, reemplazando datos en la Ec. (1) Iz = 3mA – 1 mA = 2 mA. Lo que resulta en una corriente Zener Iz = 2 mA. (Es decir, Iz > 0), que es de nuevo consistente con las suposiciones. Si el valor calculado de Iz es menor que cero (0), entonces el diodo Zener ya no controla el voltaje en RL, y se dice que el regulador de voltaje “ha dejado de regular”. Para que ocurra una regulación apropiada, la corriente Zener debe ser positiva, lo cual impone un valor inferior en el valor de RL:


De Ec. (1) Iz = Is – IL, tenemos Iz = Vs/R - Vz ( 1/R + 1/RL ) > 0. Ec.(4)

La solución para RL produce un valor inferior en la resistencia de carga para el cual el diodo Zener continuará actuando como regulador de voltaje.

RL > R / ( Vs/Vz - 1) = Rmín.

Tarea acadêmica. ¿Cuál es el valor de Rmín para el circuito regulador de voltaje Zener en las Figuras E y F?. ¿ Cuál es el voltaje de salida para RL = 1 kΩ? ¿y cual es el voltaje de salida para RL = 2 kΩ? Respuestas: Rmín = 1.67 kΩ; VL = 3.33 V; y VL = 5.00 V. ANALISIS INCLUYENDO LA RESISTENCIA ZENER

Use el circuito regulador de voltaje de la Figura G.

+ VL

5kΩ

-

Figura G. Circuito regulador con diodo Tener, incluyendo la resistencia Zener. Este circuito regulador de voltaje incluye una resistencia Tener Rz diferente de cero. El voltaje de salida (VL) es en este caso una función de la corriente Zener (Iz) que circula por el diodo Zener. Sin embargo, para valores pequeños de Rz

el cambio en el voltaje de salida (VL) será pequeño.

ANALISIS DE CORRIENTE CONTINUA DE UN CIRCUITO REGULADOR CON DIODO ZENER

Determine el punto de operación de un circuito regulador de voltaje con base en un diodo Zener.

PROBLEMA. Determine el voltaje de salida y la corriente del diodo Zener para el regulador con diodo Tener de las Figuras E, F y G. Si Rz = 100 Ω y Vz = 5 V.

SOLUCION Información proporcionada: Circuito regulador con diodo Zener según la Figura G. Datos proporcionados: Vs = 20 V, R = 5 kΩ, Rz = 0.1 kΩ, y Vz = 5 V.

Incógnitas: VL , Iz.


Método: El circuito contiene un voltaje de nodo VL desconocido, y es posible escribir una ecuación de nodo para determinar el voltaje. Una vez que se determina VL, puede determinarse la corriente Zener, Iz, aplicando la Ley de Ohm.

Suposiciones: Use el modelo lineal por secciones para el diodo Zener como se grafica en la Figura G.

Análisis: La escritura de la ecuación de nodo para VL produce

(VL – Vs) / R + (VL – Vz) / Rz + VL/RL = 0

(VL – 20 V)/ 5000 Ω + (VL – 5 V) / 100 Ω + VL / 5000 Ω = 0

Al multiplicar la ecuación por 5000 Ω y agrupar términos se obtiene

52 VL = 270 V, entonces VL = 5.19 V.

La corriente del diodo Zener es igual a

Iz = (VL – 5V) / Rz, es decir Iz = (5.19 V – 5 V)/100 ΩEntonces Iz = 1.90 mA , Iz > 0

Verificación de resultados: Iz > 0 confirma la operación en ruptura inversa. Nótese que el voltaje de salida del regulador con diodo Zener (VL) es un poco más alto que en el caso Rz = 0, y que la corriente del diodo Zener (Iz) se reduce un poco. Ambos cambios son consistentes con la adición de Rz al circuito.Tarea académica. Determine VL, Iz, y la disipación de potencia Zener en la Figura G. Si R = 1 kΩ.Respuestas. VL = 6.25 V, Iz = 12.5 mA, y Pz = 78.1 mW.

Cuando un voltaje de corriente continua Vcc luego es producido, un regulador de voltaje es utilizado para obtener un voltaje de corriente continua cc específico. Los reguladores de voltaje solo pueden reducir un voltaje de corriente continua cc, lo que significa que el voltaje de corriente continua cc


aplicado debe ser mayor que el voltaje de salida (nominal) deseado. La Figura 1.27 muestra un esquemático de una fuente de alimentación que produce tanto voltajes de corriente continua cc positivos y negativos.

Fig. 1.27 Fuente de alimentación que convierte ca a cc. Los circuitos reguladores de voltaje se muestran en forma de diagramas de bloque por simplicidad. La fuente proporciona tanto suministros de voltajes cc positivo (V1 y V2) y negativo (-V2).

CIRCUITOS RECORTADORES Y FIJADORES

Los diodos pueden emplearse para recortar la señal de entrada o limitar parte de la misma. También se usan para restaurar un nivel de corriente continua para una señal de entrada.

CIRCUITOS RECORTADORES

Los circuitos recortadores se usan para eliminar una parte de la forma de onda que se ubica arriba o debajo de algún nivel de referencia. Los circuitos recortadores algunas veces se denominan limitadores, selectores de amplitud o rebanadores. El circuito de rectificación de media onda recurre a la acción de recorte en el nivel cero. Si se añade una batería en serie con el diodo, un circuito de rectificación recorta todo arriba o abajo del voltaje de la batería, dependiendo de la orientación del diodo.

CIRCUITOS CON TRANSISTOR DE UNION BIPOLAR

El tipo de transistor de unión bipolar caracteriza la estructura del dispositivo y los principios físicos que controlan las curvas características de corriente versus voltaje.


Tratemos la operación básica del transistor de unión bipolar y las configuraciones básicas para interconectar este dispositivo en los circuitos.

Introducción

El análisis de circuitos básicos es el estudio de interconexiones de dispositivos pasivos y fuentes. Los dispositivos lineales pasivos incluyen resistores, capacitares e inductores. Estos dispositivos realizan operaciones lineales de multiplicación por un factor, integración y diferenciación. Las fuentes independientes suministran ya sea un voltaje o una corriente que es independiente del funcionamiento del resto del circuito. Las fuentes dependientes tienen un voltaje o corriente de salida que es una función de una corriente o voltaje en algún punto del circuito. las fuentes dependientes pueden surgir del modelamiento de dispositivos activos como los transistores de unión bipolar.

Estructura de Transistores de Unión Bipolar

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor de tres terminales. El transistor se compone de tres tipos alternados de materiales semiconductores: Dos materiales tipo n separados por un material tipo p (transistor npn) ó dos materiales tipo p separados por un material tipo n (transistor pnp). La Figura es una representación esquemática de un transistor.

Las tres diferentes capas o secciones que se muestran en la Figura se identifican como emisor (E), base (B) y colector (C). El emisor se dopa fuertemente con un tipo apropiado de impureza donadora o aceptadora. Es una capa de tamaño medio diseñada para emitir o inyectar electrones libres (en el caso npn) ó huecos (en el caso pnp). A través de la base hacia el colector. La base es una etapa delgada dopada medianamente para hacer pasar electrones o huecos del emisor al colector. Su propósito fundamental es brindar cierto aislamiento eléctrico entre el emisor y el colector, así como un punto de contacto de modo que puedan controlarse los voltajes en la unión emisor-base (E-B) (y en consecuencia, controlar la corriente que fluye


en el colector). El colector es una capa gruesa ligeramente dopada diseñada para recolectar los electrones o huecos inyectados por el emisor.

El transistor puede visualizarse como dos uniones pn ubicadas espalda contra espalda. Puesto que estas dos uniones se consideran como un diodo y ya que cada diodo se polariza directa o inversamente, hay cuatro estados posibles para un transistor. Se observará que el modo de operación normal (en aplicaciones analógicas) es polarizar directamente la unión emisor-base (E-B) y polarizar inversamente la unión colector-base (C-B).

Una explicación simple pero efectiva de la operación del transistor npn se desarrolla empleando el diagrama de barrera de potencial de la Figura b). El modo de operación descrito es el normal activo.

Cuando la unión emisor-base (E-B) está en polarización directa y la unión colector-base (C-B) está en polarización inversa, sólo hay una pequeña barrera de potencial en la unión np (muchos electrones libres en el material n del emisor cerca de la unión tienen suficiente energía para avanzar hacia la cima de la barrera. Una vez en ella, la mayoría de los electrones libres inyectados se mueven fácilmente a través del material p (Base) hacia la unión pn (Base-Colector). Cuando se aproximan a esa unión, los electrones se encuentran bajo la influencia del voltaje de alimentación positivo y se mueven con rapidez hacia delante conforme descienden de la barrera de potencial. Si se reduce la polarización directa de la unión Base-Emisor, se eleva la altura de la barrera de potencial. Los electrones que abandonan el emisor tienen más dificultad de alcanzar la cima de la barrera. Los electrones que la alcanzan son los únicos con la cantidad de energía más alta, y continúan hacia el colector. La reducción de la polarización directa entonces hace que la corriente a través del transistor se reduzca considerablemente. Por otra parte, el incremento de la polarización directa en la unión base-emisor reduce la barrera de potencial y permite que más electrones libres del emisor fluyan a través del transistor. La corriente en un transistor de unión se entiende también examinando el comportamiento de los portadores de carga y de las regiones de agotamiento. Estas se indican en la Figura b). Nótese ya que la unión Base-emisor está polarizada directamente, la región de agotamiento es relativamente estrecha. Lo inverso es cierto en el caso de la unión Base-colector. Un gran número de portadores mayoritarios (electrones libres) se difundirán a través de la unión Base-emisor ya que se encuentra polarizada directamente. Estos electrones entran después en la región de la base y tienen dos opciones. Es posible que salgan de la región a través de la conexión hacia las fuentes de voltaje o que continúen fluyendo hacia la región del colector a través de la región ancha de agotamiento de la unión polarizada inversamente. Normalmente se esperaría que la mayor parte de esta corriente regrese a la fuente, salvo por las siguientes observaciones. Ya que la región de la base es muy delgada, estos electrones libres necesitan viajar menos distancia para ser atraídos al potencial positivo de la conexión del colector. En realidad, una parte pequeña de los electrones libres abandona la base a través de la conexión de la fuente. La mayor parte de la corriente fluye hacia el colector. Si consideramos la siguiente Figura, donde la unión Base-Emisor actúa como un diodo polarizado directamente con una corriente directa de iB + iC. La unión Colector-Base está


polarizada inversamente y muestra una pequeña corriente de fuga, ICBO, además de una corriente más grande causada por la interacción de las corrientes en la base.

Al observar las corrientes en las tres conexiones externas, es notable que iE = iC + iB Nótese que se definen las direcciones positivas para iC y para iB entrando al transistor y lo contrario para la corriente iE. Se deberán desarrollar circuitos equivalentes para el transistor, donde tales circuitos equivalentes contendrán fuentes dependientes. Por tanto, se debe establecer la dependencia de un parámetro de otro. Para hacer esto, se definieron varias constantes de ganancia que caracterizan la manera en la cual un parámetro afecta a otro parámetro. La ganancia de corriente en Base común, α, se define como la relación de cambio de la corriente de colector con un cambio en la corriente de emisor bajo la suposición de que el voltaje entre el colector y la base es constante. Esto es, α = ∆iC / ∆iE , cuando VCB = constante.Esta cantidad se muestra en la Figura b), donde ICBO es la corriente de fuga entre la base y el colector. Se necesita encontrar una relación entre las corrientes del colector y la base. La corriente de colector se encuentra de la Figura b). IC = αiE + ICBO

Entonces para encontrar iB en función de iC

iB = iE – iC iB = iC/α - αiC/α - ICBO

iB = iC/α (1-α) - ICBO

iB = (1-α)/α iC - ICBO

La ganancia de corriente en Base común, α suele estar en el intervalo 0.9 hasta 0.009.


La relación en el primer término de la ecuación anterior es importante. Se le puede dar un significado a esta relación definiendo un segundo factor de ganancia, β, el factor de amplificación de señal grande o el factor de amplificación de corriente directa, definiendo la relación de cambio en la corriente de colector como una función de la corriente de la base.Esto es, β = ∆iC / ∆iB = α / 1 –αLa última igualdad de la ecuación se obtiene tomando derivadas parciales en la ecuación anterior.

Por lo que la ecuación se reescribe empleando β en lugar de α. Esto produce el resultado muy importante, iB = iC /β - ICBO

En muchos casos, es posible ignorar ICBO con relación a iC/β. Por lo tanto se obtiene

iC = β iB

Ahora es evidente por que β se llama factor de amplificación. En la práctica, el valor exacto de β varía con la corriente de la base. Ocurre lo mismo entre los transistores fabricados en la misma serie de producción. Esta variación nos enfrenta a retos de diseño. Antes de desarrollar modelos de transistor para emplearlos en la solución de circuitos, tenemos la siguiente aproximación útil. A partir de IC = αiE + ICBO

Si α tiende a la unidad (1) e ICBO es suficientemente pequeña comparada con la corriente de emisor, tenemos iC ≈ iE.

TRANSISTORES

Una vez que una señal es generada, hay una necesidad de amplificarlo. Tal amplificación puede ser lograda vía un dispositivo activo. Donde el resistor, capacitor e inductor todos son dispositivos pasivos (sin capacidad de amplificación), el transistor es un dispositivo activo. Los dos tipos comunes de transistores se muestran en la Figura 1.15.

Fig. 1.15. Tipos de transistores.

La señal a ser amplificada es corriente alterna ca acoplada por un capacitor en la entrada base del transistor. El circuito se muestra en la Figura 1.16 que es una configuración de amplificador básico usando un tipo de transistor npn.


Fig. 1.16. Circuito amplificador básico usando un transistor npn.

Un transistor requiere una fuente de voltaje de corriente continua cc (Vs) para operar. Este debe ser aplicado a la trayectoria del colector así como a la base. Los resistores R1 y R2 forman la red divisora que alimenta el voltaje de corriente continua cc a la base. En consecuencia, la base mira una porción de la fuente (Vs) determinada por los valores de R1 y R2. Este voltaje de base polariza o “excita” al transistor, lo que significa que la corriente de base cc (ib) fluye desde la base, a través de la unión base-emisor y a través del resistor Re. La corriente de colector (ic) puede entonces fluir a través del resistor Rc a través de la unión colector-emisor y luego se une a la corriente de base en el resistor Re. Las corrientes de base y colector se combinan para formar la corriente de emisor (ie). Existe una relación entre la corriente de base y la corriente de colector. La corriente de colector es la corriente de base amplificada en la cual ic = β ib, donde β es el factor de ganancia. La corriente de colector sigue a los cambios en la corriente de base. La señal que es acoplada en la entrada vía el capacitor se combina con la corriente de base cc, adicionando a ella con la alternancia positiva del ciclo y restando de ella con la alternancia negativa. Debido a que la corriente de colector rastrea (sigue) a la corriente de base, una versión magnificada de la señal se reproduce en las ramas de colector y emisor. Esta señal amplificada luego es acoplada a la salida a través del capacitor del colector y pasada a otra etapa. Tenga en mente que los capacitores de acoplamiento previenen cualquier corriente de polarización cc de ingreso a la fuente de señal o pasen hacia la salida. (Recuerde que la corriente continua cc no puede salir a través de los capacitores porque la frecuencia en corriente continua cc es cero, haciendo que la impedancia del capacitor parezca infinitamente grande). La relación de la señal amplificada respecto a la señal de entrada es la ganancia y generalmente es una relación de voltajes. El voltaje de la salida es determinado por la carga de la siguiente etapa. Donde RL es la carga, el voltaje de salida es aquella porción de la corriente amplificada (ic’) que deja la etapa multiplicada por RL :

Vo = ic’ x RL

AMPLIFICADORES OPERACIONALES


Los circuitos de integración a gran escala (LSI) han sido desarrollados por ser compactos y de aplicación versátil. Un bloque construido común para uso en audio es el amplificador operacional ú op-amp. También es un dispositivo activo, el op-amp es una red de transistores encapsulados en un componente compacto para ahorrar espacio. La Figura 1.17 muestra una configuración de op-amp básico y la ecuación que relaciona la salida Vo a las entradas V1 y V2. Si V1 es puesto a tierra (V2=0), la ecuación es simplificada. La ganancia, en este caso, puede fácilmente ser controlada seleccionando dos resistores, un resistor de entrada Ri y un resistor de realimentación Rf.

Fig. 1.17 Op-amp.

Diríjase a la Figura 1.18, una configuración común para un op-amp inversor y su correspondiente ecuación. El signo negativo en la ecuación implica desplazamiento de fase de 180°, o la señal se dice está invertida. En consecuencia, la entrada negativa del op-amp se denomina la entrada inversora y la entrada positiva es la entrada no inversora.

Fig. 1.18 Configuración op-amp inversor.

La relación del resistor Rf de realimentación sobre el resistor de entrada Ri

determina la ganancia de voltaje. Op-amps usados para aplicaciones de audio generalmente tienen tanto una fuente de alimentación positiva y negativa. Note que en cualquier diagrama de bloques, un símbolo triangular similar a aquel de un op-amp representa la amplificación. Otra posible configuración para el op-amp es el amplificador sumador, el cual se acomoda a múltiples entradas y los combina como una salida (Figura 1.19).


Fig. 1.19 Amplificador sumador.

Los circuitos mezcladores son aquellos que combinan dos señales de entrada y producen una salida igual ya sea a su suma o diferencia. Los mezcladores que utilizan amplificadores sumadores generalmente los representan en sus diagramas con líneas de entrada mostradas conectadas a una línea o barra de salida común en vez de mostrar un símbolo (Figura 1.20).

entradas

Salida comúnFig. 1.20 Barra de amplificadores.

Hay muchos tipos de configuraciones de op-amps, particularmente con filtros activos que usan combinaciones R-C para construir circuitos pasa alto, pasa bajo, pasa banda y otros circuitos. Pero por ahora, estos fundamentos deberían ser útiles para afrontar los diagramas de bloque de consolas y diagramas del


sistema posteriores. La Figura 1-21 muestra algunos de estos dispositivos activos.

A) Transistores

B) OP-AMPs

Fig. 1.21 Elementos de circuitos activos: (A) Transistores y (B) op-amps.

ELEMENTOS LOGICOS


Los elementos lógicos son dispositivos binarios, lo cual significa que solo dos voltajes son usados para entradas y salidas. Los dos estados lógicos son típicamente 0 voltios y +5 voltios donde 0 voltios representa un binario 0, y +5 voltios es un binario 1. Este es el fundamento completo de la tecnología del computador. En equipos de audio, los elementos lógicos cumplen un gran rol en la circuitería de control de motores en automatización de transporte de cinta, sintetizadores y consola de mezclado. Combinaciones de 1s y 0s se convierten en claves electrónicas para realizar varias operaciones.

La Figura 1.28 muestra tres dispositivos lógicos básicos: la compuerta AND, la compuerta OR y el inversor.

Fig. 1.28. Símbolos para compuertas lógicas: AND, OR y el inversor.

Su funcionamiento es descrito por una Tabla de Verdad. Esta Tabla muestra la respuesta de salida del dispositivo en términos de entradas aplicadas. La Figura 1.29 muestra las Tablas de Verdad para las compuertas AND y OR.

+

t

Fig. 1.29. Tablas de Verdad para las compuertas AND y OR.

Note que solo en el momento que la salida de la compuerta AND es “alta” (nivel lógico 1) es cuando ambas entradas son altas. La compuerta OR es alta cuando cualquier entrada es alta. El inversor simplemente convierte un 1 a un 0 ó viceversa. Si una compuerta AND tiene un inversor en la salida, la compuerta AND es dibujada con una burbuja a la salida y se denomina una compuerta NAND. Similarmente, una compuerta OR se convierte en una compuerta NOR, como se muestra en la Figura 1.30.


Fig. 1.30. Compuertas NAND y NOR equivalentes.

Como un pequeño ejemplo de operación, diríjase al esquemático lógico y diagrama de sincronismo en la Figura 1-31

Fig. 1.31. Circuito lógico de muestra.

Las señales son aplicadas a las entradas A, B y C, como se describe en el diagrama de sincronismo en la Figura 1.32. La salida final F puede ser determinada usando las Tablas de Verdad. La salida D está en concordancia con la Tabla de Verdad OR en la cual D es alta cuando ya sea las entradas B y C son altas. La salida E es simplemente una inversión de la entrada A. La salida F entonces está de acuerdo con la Tabla de Verdad AND en la cual F es alta solo cuando ambas entradas D y E son altas.


Fig. 1.32. Diagrama de Sincronismo para circuito de la Fig. 1.31.

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RESUMEN DE SEGURIDAD PARA OPERADORES

La información de seguridad general en esta parte del resumen es tanto para personal de operación y servicio. Advertencias y precauciones específicas se encontrarán en todo el manual donde se aplican y no aparecen en este resumen.

Términos en este ManualLas declaraciones de PRECAUCION identifican condiciones o prácticas que podrían resultar en daño para el equipo ú otra propiedad.

Las declaraciones de ADVERTENCIA identifican condiciones o prácticas que podrían resultar en daño o pérdida de vida personal.

Términos como están señalizados sobre el Equipo

CAUTION indica peligro de daño personal si inmediatamente no es accesible a medida que lee las señalizaciones, o un peligro para la propiedad, incluyendo el equipo por si mismo.

DANGER indica un peligro de daño personal si inmediatamente no es accesible a medida que lee la señalización.

Símbolos en este Manual

Este símbolo indica donde va a ser encontrado una precaución aplicable ú otra Información. Durante voltajes de entrada máxima, vea Tabla 2.

Símbolos señalizados sobre el equipo

DANGER – PELIGRO – Alto voltaje.

Terminal tierra (masa) de protección.

ATTENTION – ATENCION- Diríjase al Manual.

Fuente de Energía

Este equipo se propone operar a partir de una fuente de energía que no aplica más de 250 volts eficaces (rms) entre los conductores de suministro o entre ya sea el conductor de alimentación y tierra. Una conexión a tierra de protección mediante el conductor puesto a tierra en el cordón para energía es esencial para la operación segura.

Puesta a Tierra del Equipo


Este equipo está puesto a tierra mediante el conductor de puesta a tierra del cordón para energía. Para evitar descarga eléctrica, conecte el cordón para energía dentro de un recinto cableado adecuadamente antes de conectar a los terminales de entrada o salida del equipo. Una conexión de puesta a tierra de protección por medio del conductor de puesta a tierra en el cordón para energía es esencial para operación segura.

Peligro que surge de la Pérdida de Tierra

Además de la pérdida de la conexión tierra de protección, todas las partes conductoras excesivas (incluyendo perillas y controles que pueden parecer estar aisladas) pueden causar una descarga eléctrica.

Uso del Cordón para Energía apropiado

Use solamente el cordón para energía y el conector especificado para su equipo.

Use solo un cordón para energía que está en buena condición.

Para información detallada sobre cables para energía y conectores vea la Figura 1.

Uso de Fusible adecuado

Para evitar peligro de incendio, use solo un fusible de tipo correcto, el valor de voltaje y corriente como el especificado en la lista de componentes para su equipo.

No opere en Ambientes explosivos

Para evitar explosión, no opere este equipo en un ambiente explosivo a menos que haya sido específicamente certificado para tal operación.

No retire Cubiertas o Paneles

Para evitar daño personal, no retire las cubiertas o paneles del equipo. No opere el equipo sin las cubiertas y paneles adecuadamente instalados.

USO DE LA SECCION VERTICAL

1. Coloque el conmutador AC-GND-DC del Canal 1 a GND (tierra).2. Ajuste la traza hacia la línea de cuadrícula horizontal en el centro.3. Coloque el conmutador AC-GND-DC del Canal 1 a DC (corriente continua)4. Observe que el botón de la imagen permanezca en la línea de la cuadrícula horizontal

en el centro (referencia a tierra).5. Coloque el conmutador AC-GND-DC de Canal 1 a AC (corriente alterna).6. Observe que la imagen está centrada aproximadamente en la línea horizontal en el

centro.7. Coloque el conmutador CH1 VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION del Canal 1) a 0.1 (1X) y

observe que una imagen vertical de 2 divisiones aparezca.8. Rote el control variable CH1 VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION del Canal 1)

completamente en sentido anti-horario.9. Observe que ocurre una deflexión vertical mínima cuando el control variable

VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION) está completamente4 en sentido anti-horario.10. Rote el control variable CH1 VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION del Canal 1)

completamente en sentido horario para detener la CAL (calibración).11. Seleccione CH2 VERTICAL MODE (MODO VERTICAL del Canal 2) y de nuevo

ejecute los pasos de procedimiento 1 hasta el 10 usando controles del Canal 2. La ejecución deberá ser similar al Canal 1.


12. Coloque ambos conmutadores AC-GND-DC de los Canales 1 y 2 a DEC (corriente continua). Asegure que ambos conmutadores VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION) de los canales 1 y 2 estén colocados para 0.1 (1X) para imágenes de 2 divisiones.

13. Seleccione BOTH y ADD VERTICAL MODE (MODO AMBOS Y SUMA VERTICAL) y observe que la pantalla resultante es 4 divisiones en amplitud. Ambos controles POSITION (Posición) del Canal 1 y Canal 2 deberán mover la imagen. Vuelva a centrar la imagen en la pantalla.

14. Presione el botón pulsador INVERT (INVERSION) del Canal 2 para invertir la señal del Canal 2.

15. Observe que la imagen es una línea recta, indicando que la suma algebraica de las dos señales es cero.

16. Coloque el conmutador CH2 VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION del Canal 2) a 50 m (1X).17. Observe la imagen de 2 divisiones, indicando que la suma algebraica de las dos

señales no es más cero.18. Presione el botón pulsador CH2 INVERT (INVERSION del Canal 2) de nuevo para

liberarlo. Observe una imagen no invertida que tiene una amplitud de señal de 6 divisiones.

19. Coloque ambos conmutadores AC-GN-DC de los Canales 1 y 2 a GND (Tierra).20. Coloque el conmutador CH! VOLTS/DIV (VOLTS/DIVISION del Canal 1 a 50 m (1X).21. Seleccione ALT VERTICAL MODE (MODO VERTICAL ALTERNO). Posicione la traza

del Canal 1 dos (2) divisiones encima la línea de la cuadrícula en el centro y posicione la traza del Canal 2 dos(2) divisiones por debajo de la línea de la cuadrícula en el centro.

22. Rote el conmutador SEC/DIV (DEGUNDOS/DIVISION) en todo su rango (excepto X-Y). La imagen alternará entre canales en todas las velocidades de barrido. Este modo es más útil para velocidades de barrido desde 0.05 μs hasta 0.2 ms por división.

23. Seleccione CHOP VERTICAL MODE (MODO VERTICAL CHOP) y rote el conmutador SEC/DIV (SEGUNDOS/DIVISION) en todo su rango (excepto X-Y). Una imagen de doble traza será presentada en todas las velocidades de barrido, pero diferente al modo ALT (Alterno), ambas señales de los Canales 1 y 2 son mostradas para cada velocidad de barrido sobre la base de tiempo compartido. Este modo es más útil para velocidades de barrido desde 0.5 ms hasta 0.5 segundos por división.

24. Seleccione CH1 VERTICAL MODE (MODO VERTICAL del Canal 1) y el conmutador AC-GND-DC del Canal 1 a DC (Corriente continua). Vuelva a centrar la imagen sobre la pantalla.

Figura 9. Instalación inicial para procedimiento de familiarización con el instrumento.


USO DE LA SECCION HORIZONTAL

1. Retorne el conmutador SEC/DIV (SEGUNDOS/DIVISION) a 0.5 ms y observe la imagen para comparación futura en el paso 3.

2. Coloque el conmutador SEC/DIV (SEGUNDOS/DIVISION) a 5 ms y libere la perilla de control variable SEC/DIV para obtener multiplicador de barrido X10.

3. Observe que la imagen es similar a aquella obtenida en el paso 1.4. Rote el control POSITION (POSICION) Horizontal en todo su rango completo. Observe

que la imagen puede ser posicionada a cualquier lado de la línea de cuadrícula vertical en el centro.

5. Presione la perilla de control variable SEC/DIV (SEGUNDOS/DIVISION) para obtener un barrido X1.

6. Retorne el conmutador SEC/DIV a 0.5 ms.7. Gire el control VAR HOLDOFF (RETENCION VARIABLE) a su máxima posición en

sentido horario.8. Observe que la traza del tubo de rayos catódicos (CRT) comienza a oscilar a medida

que la retención entre barridos es incrementada.9. Retorne el control VAR HOLDOFF (RETENCION VARIABLE) a su posición NORM

(NORMAL) (completamente en sentido anti-horario). Observe la imagen para comparación futura en el paso 11.

10. Rote el control variable SEC/DIV aparte de la detención de CAL (CALIBRACION) hasta su máxima posición en sentido anti-horario.

11. Observe que la velocidad de barrido es aproximadamente 2.5 veces más lenta que en el paso 9, como es indicado por más ciclos mostrados en la pantalla.

12. Retorne el control variable SEC/DIV a la detención de CAL (CALIBRACION) (completamente en sentido horario).

Uso de los Controles de Tiempo de Retardo

1. Seleccione INTENS HORIZONTAL MODE (MODO HORIZONTAL INTENSIFICADA)2. Rote el control MULTIPLIER (MULTIPLICADOR); observe que el inicio de la zona

intensificada se mueve a lo largo de la imagen.3. Seleccione DLY’D HORIZONTAL MODE (MODO HORIZONTAL RETARDADO) y

observe que la zona intensificada, previamente vista con INTENS seleccionado, ahora es mostrado sobre la pantalla del tubo de rayos catódicos.

4. Observe que la imagen se mueve continuamente a través de la pantalla a medida que se rota el control MULTIPLIER (MULTIPLICADOR).

5. Coloque el conmutador SEC/DIV a 5 μS y observe que la amplificación de la imagen es aproximadamente 100 veces mayor.

6. Seleccione NO DLY HORIZONTAL MODE (MODO HORIZONTAL NO RETARDADO) y retorne el conmutador SEC/DIV a 0.5 mS.

Uso de la Sección de Disparo

1. Rote el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) entre sus posiciones máximas en sentido horario y anti-horario. La imagen permanecerá disparada en toda la rotación del control.

2. Retorne el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) a la posición de media escala.3. Coloque el conmutador TRIGGER SLOPE (Pendiente de disparo) a (menos).

Observe que la imagen comienza sobre la pendiente que tiende a negativa de la señal aplicada.

4. Retorne el conmutador TRIGGER SLOPE (Pendiente de disparo) a ⁄ (más). Observe que la imagen se inicia en la pendiente que tiende a positiva de la señal aplicada.

5. Coloque el conmutador INT (Interna) a Canal 1, seleccione CH2 VERTICAL MODE (Modo Vertical del Canal 2), y coloque el conmutador AC-GND-DC del Canal 1 a GND (Tierra). Observe que la imagen se mueve libre. Retorne el conmutador AC-GND-DC del Canal 1 a AC (Corriente Alterna).

6. Coloque el conmutador INT a Canal 2, seleccione CH1 VERTICAL MODE (Modo Vertical del Canal 1), y coloque el conmutador AC-GND-DC del Canal 2 a GND


(Tierra). Observe que la imagen se mueve libre. Retorne el conmutador AC-GND-DC del Canal 2 a AC y coloque el conmutador INT (Interna) a VERTICAL MODE.

7. Coloque el conmutador TRIGGER MODE (Modo de disparo) a NORM.8. Gire el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) entre sus posiciones máximas en

sentido horario y anti-horario. Observe que el indicador TRIG’D (Disparado) se ilumina solo cuando la imagen está disparada correctamente.

9. Coloque el conmutador TRIGGER MODE (Modo de disparo) a AUTO y coloque el conmutador TRIGGER SOURCE (Fuente de disparo) a EXT (Externa).

10. Retire la señal de calibración del conector de entrada a Canal 2 y conéctelo al conector EXT INPUT (Entrada Externa).

11. Coloque el conmutador CH1 VOLTS/DIV (Volts/División del Canal 1) a 0.5 (1X) y ajuste la salida del generador de calibración para proporcionar una imagen de 4 divisiones. Ajuste el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) para una imagen estable y observe el rango sobre el cual una imagen estable puede ser obtenida (para comparación en paso 13).

12. Coloque el conmutador TRIGGER SOURCE (Fuente de disparo) a EXT÷10.13. Observe que el ajuste del control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) proporciona

una imagen disparada por encima del rango más angosto que en el paso 11 anterior, indicando la atenuación de la señal de disparo.

14. Retire la señal de calibración del conector EXT INPUT (entrada externa) y reconéctala al conector de entrada de Canal 2. Coloque el conmutador TRIGGER SOURCE (fuente de disparo) a INT (Interna) y ajuste el control TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) para una imagen estable.

Uso de Modo X-Y

1. Coloque ambos conmutadores VOLTS/DIV de Canal 1 y Canal 2 a 1 (1X) y ajuste la salida del generador para proporcionar una imagen de 5 divisiones.

2. Seleccione el modo X-Y conmutando el conmutador SEC/DIV a su posición completamente en sentido anti-horario.

3. Ajuste el control AUTO INTENSITY (Intensidad automática) para brillo de imagen deseada. Observe que ambas puntos son mostrados diagonalmente. Esta imagen puede entonces ser posicionada horizontalmente con el control POSITION (posición) horizontal y verticalmente con el control POSITION del Canal 2. Observe que los puntos están separados por 5 divisiones horizontales y cinco divisiones verticales.

4. Coloque ambos conmutadores VOLTS/DIV del Canal 1 y Canal 2 a 2 (1X). Observe que los puntos ahora están separados por 2.5 divisiones horizontales y 2.5 divisiones verticales.

5. Retorne el conmutador SEC/DIV a 0.5 ms y ajuste el control AUTO INTENSITY (Intensidad automática) para brillo de figura deseada.

Uso de la Entrada a eje Z

1. Desconecte el acoplador de entrada doble del conector de entrada del Canal 2 y conecte un adaptador BNC hembra a BNC Hembra al terminal desconectado del acoplador.

2. Conecte un cable BNC de 50 Ohms (50 Ω) y 42 pulgadas del conector Z-AXIS INPUT (Entrada a eje Z) (ubicado en el panel posterior) al acoplador de entrada dual vía el adaptador BNC hembra-BNC hembra.

3. Coloque el conmutador VOLTS/DIV del Canal 1 a 1 (1X) y ajuste la salida del generador de calibración para proporcionar una imagen de 5 divisiones.

4. Observe que los picos positivos de la forma de onda son anulados, indicando la modulación de intensidad (ajuste el control AUTO INTENSITY como sea necesario).

5. Desconecte el cable de 50Ω del conector Z-AXIS INPUT (entrada al eje Z) y desconecte el acoplador de entrada dual del conector de entrada del Canal 1.

IMÁGENES DE SEÑALES DE TELEVISION


Representación de imagen en una señal de velocidad en Línea de TV.1. Ejecute los pasos y coloque los controles como se esbozó bajo Taza de Línea base

e Imagen de Señales para obtener una imagen básica de la señal de TV deseada.2. Coloque A SEC/DIV a 10 μS, y A&B INT a Canal 1 ó Canal 2 como sea apropiado

para señal aplicada.3. Coloque A TRIGGER SLOPE (Pendiente de disparo A) para una señal que tiende a

positiva (inclinada hacia arriba) si los pulsos de sincronismo de señal de TV aplicados tienden a positivos, o para una señal que tiende a negativa (inclinadas hacia abajo) si los pulsos de sincronismo de TV tienden a negativos).

4. Ajuste el control A TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo A) para una imagen estable, y AUTO INTENSITY (intensidad automática) para brillo de imagen deseada. Si es necesario, ajuste el control VERTICAL VOLTS/DIV para obtener 5 divisiones o mayor amplitud para una imagen estable.

Representación de Imagen de una señal de velocidad de campo TV1. Ejecute el Paso 1 bajo Representación de una señal de velocidad-Línea TV.2. Coloque A SEC/DIV a 2 mS. A TRIGGER MODE (Modo de disparo A) a TV FIELD

(Campo TV) y A&B INT a Canal 1 ó Canal 2 según sea apropiada para la señal aplicada.

3. Ejecute los pasos 3 y 4 bajo la Representación de una señal de velocidad-línea TV.4. Para representar ya sea el Campo 1 ó Campo 2 individualmente a velocidades de

barrido más rápidas (imágenes menores a un campo completo), coloque VERTICAL MODE (Modo vertical) ó BOTH (Ambos) y ALT (Alterno) simultáneamente. Esto sincroniza la imagen del Canal 1 para un campo y la imagen del Canal 2 para el otro campo.

Para cambiar el campo que es mostrado, interrumpa el disparo colocando repetidamente el conmutador AC-GND-DC a GND (Tierra) ó desconectando la señal de la entrada de la señal aplicada hasta que sea mostrado el otro campo. Para mostrar ambos campos simultáneamente, aplique la señal de entrada a ambas entradas al Canal 1 y Canal 2 vía dos puntas de prueba, dos cables, o mediante un acoplador de entrada dual.

Para examinar ya sea una señal de Velocidad-campo TV ó señal de velocidad-Línea TV con más detalle, ya sea las funciones X10 Multiplicador o HORIZONTAL MODE (Modo Horizontal) pueden ser empleadas como se describe para otras señales en otro lugar en este Manual.

AJUSTES POR EL OPERADOR

INTRODUCCION

Dos ajustes deberán ser ejecutados antes de hacer mediciones con su osciloscopio: Rotación de Traza y Compensación de Punta de prueba. Antes de proceder con las siguientes instrucciones de ajuste, verifique que el fusible de línea correcto está instalado (diríjase a información en “Preparación para Uso”). Verifique que el conmutador POWER (Energía) está en OFF (Desconectado)(botón exterior), luego conecte el cordón para energía dentro de la fuente de entrada de energía. Presione el conmutador POWER (Energía) (ON-Activado) y permita un tiempo de calentamiento de 20 minutos antes de empezar estos ajustes.

ROTACION DE TRAZA

1. Pre-coloque los controles del instrumento y obtenga una traza de línea base (diríjase a “Familiarización con el instrumento”).

2. Use el control POSITION (Posición) del Canal 1 para mover la traza de la línea base hacia la línea de la cuadrícula horizontal en el centro.

NOTA Generalmente, la traza resultante estará paralela a la línea de la cuadrícula horizontal en el centro, y el ajuste de Rotación de Traza no deberá ser


requerida.

3. Si la traza resultante no está paralela a la línea de la cuadrícula horizontal en el centro, use un destornillador plano pequeño para ajustar el control TRACE ROTATION (Rotación de traza) y alinear la traza con la línea de cuadrícula horizontal en el centro.

COMPENSACION DE PUNTA DE PRUEBA

El mal ajuste de la compensación de la punta de prueba es una de las fuentes de error en la medición. La mayoría de las puntas de prueba atenuadoras están equipadas con ajuste de compensación. Para garantizar precisión de medición óptima, siempre compense la punta de prueba del osciloscopio antes de hacer mediciones. La compensación de la punta de prueba es obtenida como sigue:

1. Pre-coloque los controles del instrumento y obtenga una traza de línea base (diríjase a “Familiarización con el Instrumento” ).

2. Conecte las dos puntas de prueba 10X (suministrada con el instrumento) a los conectores de entrada del Canal 1 y Canal 2.

3. Coloque ambos conmutadores VOLTS/DIV a 0.1 8PUNTA DE PRUEBA 10X) y coloque ambos conmutadores AC-GND-DC a DC (Corriente continua).

4. Seleccione CH1 VERTICAL MODE (Modo vertical de Canal 1) e inserte la punta de la punta de prueba del Canal 1en el conector de salida PROBE ADJUST (Ajuste de Punta de prueba).

5. Use la señal de onda cuadrada de PRBE ADJUST (Ajuste de punta de prueba) de aproximadamente 1 kHz como la entrada, obtenga una representación de la señal (diríjase a “Familiarización con el instrumento”).

6. Coloque el conmutador SEC/DIV para mostrar varios ciclos de la señal de PROBE ADJUST (Ajuste de Punta de prueba). Use el control POSITION del Canal 1 para central verticalmente la imagen.

7. Verifique la presentación de la forma de onda para pasar y rotar (Vea la Figura 10). Si es necesario ajuste la compensación de la punta de prueba para máximos planos en las formas de onda. Diríjase a las instrucciones suministradas con la punta de prueba para detalles del ajuste de compensación.

8. Seleccione CH2 VERTICAL MODE (Modo vertical del Canal 2) y conecte la punta de la punta de prueba del Canal 2 al conector de salida de PROBE ADJUST (Ajuste de Punta de Prueba).

9. Use el control POSITION (Posición) del Canal 2 para centrar verticalmente la imagen y repita el paso 7 para la punta de prueba del Canal 2.


Figura 10. Compensación de Puntas de prueba.

APLICACIONES BASICAS

Después de familiarizarse con todas las capacidades del Osciloscopio 2213, el operador puede entonces adoptar un método conveniente para realizar una medición particular. La siguiente información describe los procedimientos y técnicas recomendadas para ejecutar mediciones básicas con su instrumento. Cuando un procedimiento primero solicita pre-colocación de controles del instrumento y obtención de una línea base. Diríjase a la sección “Familiarización con el instrumento” y ejecute los pasos 1 hasta el paso 4 bajo “Trazo de Línea Base”.

MEDICIONES SIN RETARDO

Voltaje Pico-a-Pico AC (Corriente alterna)

Para realizar una medición de voltaje pico-a-pico, use el siguiente procedimiento:

NOTA Este procedimiento también puede ser usado para hacer mediciones de voltaje entre cualquiera de dos puntos sobre la forma de onda.

1. Pre-coloque los controles del instrumento y obtenga un trazo de línea base.2. Aplique la señal de corriente alterna a cualquier conector de entrada de canal vertical y

coloque el conmutador VERTICAL MODE (modo vertical) para mostrar el canal usado.3. Coloque el conmutador VOLTS/DIV apropiado para mostrar aproximadamente cinco

divisiones de la forma de onda, garantizando que el control variable VOLTS/DIV está en la detención de Calibración.

4. Ajuste el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) para obtener una imagen estable.5. Coloque el conmutador SEC/DIV a una posición que muestre varios ciclos de la forma

de onda.6. Posicione verticalmente la imagen de modo que el pico negativo de la forma de onda

coincida con aquel de las líneas de cuadrícula horizontal (Vea Figura 11, Punto A).7. Posicione horizontalmente la imagen de modo que uno de los picos positivos coincida

con la línea de cuadrícula vertical en el centro (Vea Figura 11, Punto B).8. Mida la deflexión vertical de pico a pico (Vea Figura 11, Punto A hasta Punto B).

NOTA Si la medición de amplitud es crítica o si la traza es gruesa (como un resultado de zumbido o ruido sobre la señal), un valor más exacto puede ser obtenido midiendo desde el máximo de un pico hacia el mínimo de un valle. Esto eliminará el grosor de la traza de la medición.

9. Calcule el voltaje pico-a-pico, usando la siguiente fórmula:

Volts (p-p) = Deflexión vertical x Posición de x Factor de atenuación (divisiones) conmutador de la punta de VOLTS/DIV prueba

Ejemplo: La deflexión vertical pico-a-pico medida es 4.6 divisiones (Vea la Figura 11) con una posición del conmutador VOLTS/DIV de 0.5, usando una punta de prueba 10X.

Reemplazando los valores dados:

Volts (p-p) = 4.6 divisiones x 0.5 Volts/División x 10 = 23 V.


Figura 11. Voltaje de forma de onda pico-a-pico.

Voltaje DC (corriente continua) Instantánea

Para medir el nivel DC (corriente continua) en un punto dado sobre una forma de onda, use el siguiente procedimiento:

1. Pre-coloque los controles del instrumento y obtenga un trazo de línea base.2. Aplique la señal a cualquier conector de entrada del canal vertical y coloque el

conmutador VERTICAL MODE (Modo vertical) para mostrar el canal usado.3. Verifique que el control variable VOLTS/DIV está en detención de Calibración y

coloque el conmutador AC-GND-DC a GND (tierra).4. Posicione verticalmente el trazo de línea base a la línea de cuadrícula horizontal en

el centro.5. Coloque el conmutador AC-GND-DC a DC (corriente continua). Si la forma de onda

se mueve por encima de la línea central del tubo de rayos catódicos (CRT), el voltaje es positivo. Si la forma de onda se mueve por debajo de la línea central del tubo de rayos catódicos (CRT), el voltaje es negativo.

NOTA Si usa el Canal 2, asegure que el conmutador INVERT (Inversión) del Canal 2 está en su modo No-inversión (botón pulsador liberado ó salido).

6. Coloque el conmutador AC-GND-DC a GND (tierra) y posicione el trazo de línea base a una línea de referencia conveniente, usando el control VERTICAL POSITION. Por ejemplo, Si un voltaje a ser medido es positivo, posicione la traza de línea base a la línea de cuadrícula inferior. Si un voltaje negativo va a ser medido, posicione la traza de línea base a la línea de cuadrícula superior. No mueva el control VERTICAL POSITION después de esta línea de referencia haya sido establecida. La línea de referencia a tierra puede ser verificada en cualquier momento posterior conmutando el conmutador AC-GND-DC a GND (Tierra).

7. Coloque el conmutador AC-GND-DC a DC (corriente continua).8. Si la medición de nivel de voltaje va a ser hecha con respecto a un nivel de voltaje

diferente a tierra, aplique el voltaje de referencia al conector de entrada del canal vertical no usado. Luego posicione su traza a la línea de referencia.

9. Ajuste el control TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) para obtener una imagen estable.

10. Coloque el conmutador SEC/DIV a una posición que muestre varios ciclos de la señal.

11. Mida las divisiones de la deflexión vertical entre la línea de referencia y el punto deseado en la forma de onda en la cual el nivel DC (corriente continua) va a ser determinado (Vea la Figura 12).


12. Calcule el voltaje instantáneo, usando la siguiente fórmula:

Voltaje = Deflexión vertical x polaridad x Posición de x Factor de Instantáneo (Divisiones) (+ ó -) conmutador atenuación de (VOLTS/DIV) punta de prueba

EJEMPLO: La deflexión vertical medida de la línea de referencia es 4.6 divisiones (Vea Figura 12), la forma de onda está encima de la línea de referencia, el conmutador VOLTS/DIV se pone a 2, y está siendo usada una punta de prueba atenuadora 10X.


Voltaje instantáneo = 4.6 DIV x (+1) x 2 V/DIV x 10 = 92 V.

Figura 12. Medición de voltaje instantáneo.

Suma Algebraica

Con el conmutador VERTICAL MODE puesto a BOTH (Ambos) y ADD (Suma), la forma de onda mostrada es la suma algebraica de las señales aplicadas a las entradas del Canal 1 y Canal 2 (CH1 + CH2). Si el botón pulsador INVERT del Canal 2 es presionado, la forma de onda mostrada es la diferencia entre las señales aplicadas a las entradas del Canal 1 y Canal 2 (CH1 – CH2). El factor de deflexión total en el modo ADD (Suma) es igual al factor de deflexión indicado por cualquier conmutador VOLTS/DIV (cuando ambos conmutadores VOLTS/DIV son puestos al mismo factor de deflexión). Un uso común para el modo ADD (Suma) es proporcionar una compensación DC para una señal que opera en el máximo de un nivel alto DC. Las siguientes precauciones generales deberán ser observadas cuando use el modo ADD (Suma).

a) No exceda el valor de voltaje de entrada del Osciloscopio.b) No aplique señales que excedan el equivalente de aproximadamente ocho

veces las puestas del conmutador VOLTS/DIV, ya que voltajes grandes pueden distorsionar la imagen. Por ejemplo, con una puesta de 0.5 del


conmutador VOLTS/DIV, el voltaje aplicado a ese canal no deberá exceder aproximadamente 4 volts.

c) Use posiciones del control POSITION del Canal 1 y canal 2 las cuales se posicionan más aproximadamente la señal sobre cada canal a media pantalla, cuando se visualizan ya sea en el VERTICAL MODE del Canal 1 o el Canal 2. Esto garantiza el rango dinámico más grande para la operación en modo ADD (Suma).

d) Para lograr respuesta similar de cada canal, coloque ambos conmutadores AC-GND-DC del Canal 1 y Canal 2 a la misma posición.

EJEMPLO. Use la línea central de la cuadrícula como 0V, la señal del Canal 1 está en nivel DC positivo y 3 divisiones (Vea Figura 13A).

1. Multiplique 3 divisiones por la posición del conmutador VOLTS/DIV para determinar el valor de nivel DC.

2. Al conector de entrada del Canal 2, aplique un nivel DC negativo (o nivel positivo, usando el conmutador INVERT del Canal 2) cuyo valor fue determinado en el Paso 1 (Vea Figura 13B).

3. Seleccione ADD (Suma) y BOTH VERTICAL MODE para colocar la imagen resultante dentro del rango de operación de los controles POSITION verticales (Vea Figura 13C).

Figura 13. Suma algebraica.

Rechazo de Modo Común

El modo ADD (Suma) también puede ser usado para mostrar señales que contienen componentes de frecuencia no deseables. Los componentes no deseables pueden ser eliminados mediante el rechazo de modo común. Las precauciones dadas bajo el procedimiento “Suma algebraica” anterior deberá ser observado.

EJEMPLO: La señal aplicada al conector de entrada del Canal 1 contiene componentes de frecuencia de fuente de energía de entrada AC (Vea Figura 14A). Para eliminar las componentes no deseadas, use el siguiente procedimiento:

1. Pre-seleccione los controles del instrumento y obtenga una traza de línea base.2. Aplique la señal que contiene las componentes de frecuencia de línea no deseadas a la

entrada del Canal 1.3. Aplique una señal de frecuencia de línea a la entrada del Canal 2.


4. Seleccione BOTH (Ambos) y ALT VERTICAL MODE y presione el botón pulsador INVERT del Canal 2.

5. Ajuste el conmutador VOLTS/DIV del Canal 2 y el control variable de modo que la imagen del Canal 2 sea aproximadamente de la misma amplitud como la porción no deseada de la imagen del Canal 1 (Vea Figura 14A).

6. Seleccione ADD VERTICAL MODE y reajuste ligeramente el control variable VOLTS/DIV del Canal 2 para máxima cancelación de la componente de señal no deseada (Vea Figura 14B).

Figura 14. Rechazo en modo común.

Duración de Tiempo

Para medir el tiempo entre dos puntos sobre una forma de onda, use el siguiente procedimiento:

1. Pre-seleccione los controles del instrumento y obtenga una traza de línea base.2. Aplique la señal a cualquier conector de entrada de canal vertical y coloque el

conmutador VERTGICAL MODE para visualizar el canal usado.3. Ajuste el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) para obtener una imagen estable.4. Coloque el conmutador SEC/DIV para mostrar un periodo completo de la forma de

onda. Asegure que el control variable SEC/DIV está en la detención Calibración.5. Posicione la imagen para colocar los puntos de medición del tiempo sobre la línea de la

cuadrícula horizontal en el centro (Vea Figura 15).6. Mida la distancia horizontal entre los puntos de medición del tiempo.7. Calcule la duración del tiempo, usando la siguiente fórmula:

Duración = (Distancia horizontal x Posición de conmutador) / (Factor de amplificación)


de Tiempo (divisiones) SEC/DIV

EJEMPLO: La distancia entre puntos de medición de tiempo es 8.3 divisiones (Vea Figura 15), y el conmutador SEC/DIV es puesto a 2 mS. El conmutador multiplicador X10 está presionado (Amplificación 1X).


Duración de tiempo = (8.3 DIV x 2 mS/DIV) 1X = 16.6 mS.

Figura 15. Duración de tiempo (Periodo) Frecuencia

La frecuencia de una señal recurrente puede ser determinada a partir de su medición de duración de tiempo como sigue:

1. Mida la duración de tiempo de un ciclo de forma de onda usando el procedimiento de medición “Duración de tiempo” anterior.

2. Calcule la recíproca del valor de la duración de tiempo para determinar la frecuencia de la forma de onda.

EJEMPLO: La señal en la Figura 15 tiene una duración de tiempo de 16.6 mS.

Frecuencia = 1 / Duración de Tiempo = 1 /16.6 mS = 60 Hz.

Tiempo de Subida

Las mediciones del tiempo de subida usan los mismos métodos como la duración de tiempo, excepto que las mediciones son hechas entre los puntos al 10% y 90% sobre el borde de conducción de la forma de onda (Vea la Figura 16). El tiempo de bajada se mide entre los puntos 90% y 10% sobre el borde de rastreo de la forma de onda.

1. Pre-seleccione los controles del instrumento y obtenga la traza de la línea base.


2. Aplique una señal exacta de 5 divisiones a cualquier conector de entrada de canal vertical y coloque el conmutador VERTICAL MODE para mostrar el canal usado. Asegure que el control variable VOLTS/DIV está en la detención de Calibración.

NOTA Para tiempo de subida mayor de 0.2 μS, el control variable VOLTS/DIV puede ser usado para obtener una Imagen exacta de 5 divisiones.

3. Coloque el conmutador TRIGGER SLOPE (Pendiente de disparo) a / (más). Use una posición de velocidad de barrido que muestre varios ciclos completos o eventos (si es posible).

4. Ajuste el posicionamiento vertical de modo que la referencia a cero de la forma de onda contacte la línea de cuadrícula a 0% y el máximo de la forma de onda contacte la línea de cuadrícula al 100% (Vea la Figura 16).

5. Coloque el conmutador SEC/DIV para una imagen de forma de onda simple con el tiempo de subida dispersada horizontalmente tanto como sea posible.

6. Posicione horizontalmente la imagen hasta el punto 10% sobre la forma de onda que intersecta la segunda línea de cuadrícula vertical (Vea Figura 16, Punto A).

7. Mida la distancia horizontal entre los untos 10% y 90% y calcule la duración del tiempo usando la siguiente fórmula:

Tiempo de subida = (Distancia horizontal x Posición de conmutador) / Factor de (Divisiones) SEC/DIV Amplificación

EJEMPLO: La distancia horizontal entre los puntos 10% y 90% es 5 divisiones (Vea la Figura 16), y el conmutador SEC/DIV está puesto a 1 μS. La perilla multiplicadora X10 está presionada (Amplificación 1X).

Reemplazando valores dados en la fórmula:

Tiempo de Subida = (5 DIV x 1 μS /DIV ) / 1X = 5 μS.

Diferencia de Tiempo entre Dos Pulsos Relacionados al tiempo La velocidad de barrido calibrada y las características de doble traza del Osciloscopio 2213 permiten la medición de la diferencia de tiempo entre dos eventos separados. Para medir la diferencia de tiempo, use el siguiente procedimiento:

1. Pre-seleccione los controles del instrumento y obtenga una traza de línea base.2. Coloque el conmutador TRIGGER SOURCE (Fuente de disparo) a Canal 1.3. Coloque ambos conmutadores AC-GND-DC a la misma posición, dependiendo del tipo

de acoplamiento de entrada deseado.


4. Usando ya sea las puntas de prueba o cables con retardos de tiempo iguales, conecte una señal de referencia conocida a la entrada del Canal 1 y la señal de comparación a la entrada del Canal 2.

5. Coloque ambos conmutadores VOLTS/DIV a las imágenes de 4 ó 5 divisiones.6. Seleccione BOTH VERTICAL MODE; luego seleccione ya sea ALT ó CHOP,

dependiendo de la frecuencia de las señales de entrada.7. Si las dos señales son de polaridad opuesta, presione el botón pulsador INVERT del

Canal 2 para invertir la imagen del Canal 2 (señales pueden ser de polaridad opuesta debido a la diferencia de fase de 180°; si es así, observe esto para uso posterior en el cálculo final).

8. Ajuste el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) para una imagen estable.9. Coloque el conmutador SEC/DIV para una velocidad de barrido la cual proporciona tres

o más divisiones de separación horizontal entre los puntos de referencia sobre las dos imágenes. Centre cada una de las imágenes verticalmente (Vea Figura 17).

10. Mida la diferencia horizontal entre los dos puntos de referencia de señal y calcule la diferencia de tiempo usando la siguiente fórmula:

Diferencia de tiempo = (Posición de conmutador x Diferencia ) / Factor de multiplicación SEC/DIV horizontal (Divisiones)

EJEMPLO: El conmutador SEC/DIV es puesto a 50 μS, la perilla multiplicadora X10 es liberada, y la diferencia horizontal entre los puntos de medición de la forma de onda es 4.5 divisiones.

Reemplazando los valores dados en la fórmula:

Diferencia de = (50μS/DIV x 4.5 DIV ) / 10X = 22.5 μS. Tiempo

Diferencia de Fase

En una manera similar a “Diferencia de Fase”, la comparación de fase entre dos señales de la misma frecuencia puede hacerse usando la característica de doble traza del Osciloscopìo 2213. Este método de medición de diferencia de fase puede ser usado hasta el límite de frecuencia del sistema vertical. Para hacer una comparación de fase, use el siguiente procedimiento:


1. Pre-seleccione los controles del instrumento y obtenga una traza de línea base, luego coloque el conmutador TRIGGER SOURCE (Fuente de disparo) al Canal 1.

2. Coloque ambos conmutadores AC-GND-DC a la misma posición, dependiendo del tipo de acoplamiento de entrada deseado.

3. Usando ya sea las puntas de prueba o cables coaxiales con retardos de tiempo iguales, conecte una señal de referencia conocida a la entrada del Canal 1 y la señal desconocida a la entrada del Canal 2.

4. Seleccione BOTH VERTICAL MODE; luego seleccione ya sea ALT o CHOP, dependiendo de la frecuencia de las señales de entrada. La señal de referencia deberá preceder a la señal de comparación en el tiempo.

5. Si las dos señales son de polaridad opuesta, presione el botón pulsador INVERT del Canal 2 para invertir la imagen del Canal 2.

6. Coloque ambos conmutadores VOLTS/DIV y ambos controles variables de modo que las imágenes sean iguales en amplitud.

7. Ajuste el control TRIGGER LEVEL (Nivel de disparo) para una imagen estable.8. Coloque el conmutador SEC/DIV a una velocidad de barrido la cual muestra

aproximadamente un ciclo completo de las formas de onda.9. Posicione las imágenes y ajuste el control de variable SEC/DIV de modo que un ciclo

de la señal de referencia ocupa exactamente 8 divisiones de cuadrícula horizontal en los puntos de tiempo de subida al 50% (Vea la Figura 18). Cada división de la cuadrícula ahora representa 45° del ciclo (360° ÷ 8 divisiones), y la calibración de la cuadrícula horizontal puede ser establecida como 45° por división.

10. Mida la diferencia horizontal entre puntos correspondientes sobre las formas de onda en una línea de cuadrícula horizontal común (50% del tiempo de subida) y calcule la diferencia de fase usando la siguiente fórmula:

Diferencia de fase = Diferencia horizontal x Calibración de cuadrícula horizontal (Divisiones) (Grados/División)

EJEMPLO: La diferencia horizontal es 0.6 divisiones con una calibración de cuadrícula de 45° por división como se muestra en la Figura 18.

Reemplazando los valores dados en la fórmula de diferencia de fase:

Diferencia de fase = 0.6 Divisiones x 45°/División = 27°.

Mediciones de fase más exactas pueden hacerse usando la función Multiplicador X10 para incrementar la velocidad de barrido sin cambiar la posición del control variable SEC/DIV.

EJEMPLO: Si la velocidad de barrido fuera incrementada 10 veces con el multiplicador (Multiplicador X10 fuera), la calibración de cuadrícula horizontal amplificada sería 45°/DIV dividida por 10 (ó 4.5°/DIV). La Figura 19 muestra las mismas señales mostradas en la Figura 18, pero multiplicando las imágenes que resultan en una diferencia horizontal de 6 divisiones entre las dos señales.

Reemplazando los valores dados en la fórmula para diferencia de fase:

Diferencia de fase = 6 DIV x 4.5°/DIV = 27°.


Figura 18. Diferencia de fase.

OSCILOSCOPIO 2205

ORGANIZACIÓN DE PANEL FRONTAL

El panel frontal del Osciloscopio 2205 está organizado para hacerlo fácil a Ud., visualizar señales y hacer mediciones. Observe que el panel frontal del Osciloscopio está particionado en cuatro principales secciones de control: Visualización, VERTICAL, HORIZONTAL, y DISPARO.

Justo a la derecha de la pantalla del tubo de rayos catódicos (CRT) están los controles de Visualización. Los controles de visualización afectan la imagen, pero no la forma de onda. Estos controles ajustan el brillo y el foco de la traza, alinean la traza con la cuadrícula, y te ayudan a encontrar rápidamente señales fuera de la pantalla.

Como cualquier Osciloscopio, el 2205 traza una gráfica de voltaje como una función del tiempo. La sección VERTICAL, encerrada dentro de líneas grises sombreadas, contiene los controles que definen el eje de voltaje (ó vertical) de la visualización. También una parte de esta sección son los dos conectores de entrada BNC, a través de los cuales Ud., aplica las señales que necesita ver.

Los controles HORIZONTALES están a la derecha de la sección VERTICAL. Los controles HORIZONTALES se establecen y mueven el eje del tiempo (ú horizontal) para las trazas visualizadas.

Sobre el extremo derecho del panel frontal, encerrada dentro de líneas verdes sombreadas, está la sección de DISPARO. Los controles de disparo definen las señales y las condiciones necesarias para iniciar (o disparar) todo barrido a través del eje del tiempo. Una luz indicadora (DISPARADA) aparece cuando el barrido es disparado. Un conector de entrada BNC en la base de la sección de DISPARO te permite aplicar ya sea una señal de disparo externa ó una señal de control del eje Z (intensidad de visualización) externa.

CONTROLES, CONECTORES, E INDICADORES

La Tabla 2-1 pone en lista todos los controles, conectores, e indicadores sobre tu Osciloscopio 2205. Siguiendo la Tabla 2-1, un procedimiento breve describe como lograr una visualización.


El resto de esta sección ofrece sugerencias y consejos para el uso de los controles para obtener las imágenes más efectivas y para hacer las mediciones más exactas.

Tabla 2-1Resumen de Controles, Conectores, e Indicadores

N° Título Función Uso Recomendado

1 INTENSITY Ajusta el brillo de la traza. Compensa la iluminación del medio ambiente, velocidad de traza, y frecuencia de disparo. 2 BEAM FIND Comprime la imagen hasta dentro de los Localiza fenómenos fuera de pantalla. Límites del tubo de rayos catódicos.

3 FOCUS Ajusta el grosor más fino de la traza. Optimiza la definición de la imagen.

4 TRACE ROTATION Ajusta la traza paralela a la línea central. Compensa el campo magnético de la tierra.

5 POWER Conecta y desconecta la energía. Controla la energía hacia el instrumento.

6 Power Indicador Se ilumina cuando la energía está conectada. Determina la condición de la energía.

7, 8 VERTICAL POSITION. Mueve la traza hacia arriba o hacia abajo Posiciona la traza verticalmente y com- sobre la pantalla. pensa la componente DC de la señal.

9 CH1- BOTH- CH2 Selecciona la entradas de señales para Visualiza ya sea el canal independiente- visualización. Mente ó ambos canales simultáneamente.

10 NORM-INVERT Invierte la imagen de la señal de Canal 2. Proporciona la resta de las señales (CH1 – CH2) ó la suma de las señales (CH1 + CH2) cuando se selecciona ADD.

11 ADD-ALT-CHOP ADD muestra la suma algebraica de las se- Visualiza señales sumadas o individuales. ñales de CH1 y CH2. ALT visualiza cada canal alternadamente. CHOP conmuta entre señales de CH1 y CH2 durante el barrido a una velocidad de 500 kHz.

12 VOLTS/DIV Selecciona la sensibilidad vertical. Ajusta la señal vertical a tamaño adecuado.

13 Variable (CAL) Proporciona factores de deflexión variables Acopla señales para lecturas de modo continuamente entre posiciones calibradas común. Ajusta la altura del pulso para del conmutador VOLTS/DIV. Reduce la ga- cálculos del tiempo de subida. nancia por al menos 2.5:1.

14 AC-GND-DC En AC, bloquea la componente DC de la se- Selecciona el método de acoplamiento ñal. En GND, da el punto de referencia y per- de las señales de entrada al sistema de mite el pre-cargado del capacitor de acoplo deflexión vertical. de entrada. En DC, acopla todos los componentes de la señal.

15 CH1 ó X Proporciona conexiones de señales de entra- Aplica señales al sistema de deflexión CH2 ó Y da. CH1 da la deflexión horizontal cuando vertical. SEC/DIV está en X-Y; CH2 proporciona deflexión vertical.

16 HORIZONTAL Horizontal POSITION mueve las trazas Controla la traza posicionándola en POSITION horizontalmente. dirección horizontal.

17 MAG (X1-X10) Selecciona el grado de amplificación Examina pequeños fenómenos en horizontal. detalle. Extiende la velocidad de barrido hasta 10 ŋS/DIV.

18 SEC/DIV Selecciona la velocidad en base de tiempo. Coloca la velocidad horizontal más Adecuada a los requerimientos.

19 Variable (CAL) Proporciona velocidades de barrido no Cali- Extiende la velocidad más baja a al bradas variables continuamente a al menos menos 1.25 S/DIV.

2.5 veces la posición calibrada.

20 PROBE ADJUST Proporciona una onda cuadrada de aproxi- Permite al usuario ajustar la compen- madamente 0.5 V y 1 kHz. sación de la punta de prueba 10X. Esta fuente puede ser usada para


verificar el funcionamiento básico de los circuitos vertical y horizontal pero no se propone verificar su exactitud.

.Receptáculo a Proporciona la tierra de seguridad y conexión Conexión a tierra de chasis) ڀ 21 Tierra) directa a la fuente de señales.

22 SLOPE Selecciona la pendiente de la señal que dis- Proporciona capacidad para disparar para el barrido. señales que tienden a positiva ó que tienden a negativas.

23 LEVEL Selecciona punto de amplitud de la señal de Selecciona el punto real del disparo. disparo.

24 TRIG’D READY Indicador se ilumina cuando el barrido es dis- Indica estado de disparo. parado en P-P AUTO, NORM, ó campo De TV. En modo Barrido Simple, indica que el disparo está conformado.

25 MODE P-P AUTO/TV LINE dispara a partir de formas Selecciona el modo de disparo. de onda y líneas de televisión que tienen velocidades de repetición de al menos 20 Hz. NORM dispara de una señal adecuada, sin traza en ausencia de señal de disparo. TV FIELD dispara a partir de señales de campo de TV; polaridad de disparo debe ser observada. SGL SWP dispara barrido solo una vez cuando está conformado por el botón RESET; usado para visualizar o fotografiar señales no repetitivas o inestables.

26 RESET Conforma el circuito de disparo para SGL SWP.

27 SOURCE Las señales de disparo en CH1, CH2, LINE, y Selecciona la fuente de señales EXT son seleccionadas directamente. En que está acoplada al circuito de VERTICAL MODE, la fuente de disparo es disparo. determinada por los selectores VERTICAL MODE como sigue: CH-1; disparo viene de la señal en Canal 1. CH-2; disparo viene de la señal en Canal 2. BOTH-ADD y BOTH-CHOP; disparo es la suma algebraica del señales en Canal 1 y Canal 2. BOTH-ALT; disparo viene de Canal 1 y Canal 2 sobre barridos alternos.

28 EXT INPUT Conexión para aplicar señal externa para uso Disparo desde una fuente diferente Como un disparo. A señal vertical. También usado para Aplicación de único disparo.

Conexión para aplicar señal externa para Proporciona modulación de intensidad Modulación de intensidad. Para modular la de la fuente independiente. Intensidad de la imagen, coloque el control TRIGGER SOURCE derecho a EXT-Z.


APRENDIZAJE DE LOS CONTROLES

Si aún no ha leído la Sección 1, Ud., debería hacerlo ahora. Entonces, después de activar la energía, deje que el osciloscopio caliente durante algunos minutos antes de empezar el procedimiento.

1. Coloque los controles del instrumento como sigue:

Pantalla

INTENSITY A medio rango (escala) FOCUS Coloque para traza claramente definida.

Vertical (ambos canales)

POSITION A medio rango.MODE CH1VOLTS/DIV 0.1 V (1X)VOLTS /DIV Variable Detención CAL (completamente en sentido

horario. Acoplamiento de entrada AC

Horizontal

POSITION A medio rangoMODE X1SEC/DIV 0.2 msSEC/DIV Variable Detención CAL (Completamente en sentido

horario.

Trigger (Disparo)

SLOPE (Pendiente) Positiva (/)LEVEL (Nivel) A medio rango

MODE P-P AUTOSOURCE (Fuente) CH1

2. Conecte un adaptador de señales al conector BNC de entrada al Canal 1 (etiquetado CH1 ó X). Acople la punta de prueba a tierra al collar del conector de entrada externa EXT INPUT y aplique la punta del adaptador de señales al terminal de ajuste de prueba PROBE ADJUST. Si es necesario, ajuste el control de nivel de disparo TRIGGER LEVEL para lograr una imagen estable.

3. Cambie el acoplamiento de entrada del Canal 1 a tierra GND y use el control de posición de Canal 1 POSITION para alinear la traza de línea base a la línea de cuadrícula horizontal central. Esto pone la referencia a cero para la pantalla.

4. Retorne el acoplamiento de entrada del Canal 1 a AC. Observe que la onda cuadrada está centrada verticalmente sobre la pantalla. Ahora coloque el acoplamiento de entrada a DC y observe lo que sucede a la forma de onda. La referencia a cero es mantenida en la línea de cuadrícula horizontal central.

NOTAMás información acerca del uso de los controles está contenida en final de este procedimiento. Diríjase

cuando sea necesario mientras aprende los controles del panel frontal.

5. Use los siguientes controles y observe el efecto que cada uno tiene sobre la forma de onda visualizada a medida que se cambian las opciones.

Cada control POSITIONCH1 VOLTS/DIVVariable (CAL) VOLTS/DIV de Canal 1Variable (CAL) SEC/DIV


Modo HORIZONTALHORIZONTAL MAG (Multiplicador)Pendiente de disparo TRIGGER SLOPE

6. En este punto, conecte el segundo adaptador de señales al conector de entrada del Canal 2 ó Y. Coloque el selector VERTICAL MODE a Canal 2 y la fuente de disparo TRIGGER SOURCE a Canal 2, luego siga los Pasos 2 hasta el 6 de nuevo, use los controles de Canal 2.

7. Ahora coloque los selectores VERTICAL MODE a BOTH-NORM-ALT y retorne ambos controles VOLTS/DIV a 0.2 V (1X). Rote todos los controles variables en sentido horario a sus detenciones CAL. Coloque el conmutador de fuente de disparo TRIGGER SOURCE al Canal 1. Luego use los controles de posición vertical VERTICAL POSITION para posicionar las dos trazas a posiciones convenientes sobre la pantalla.

8. Mientras observa las formas de onda del canal 2, coloque a la mitad el control de modo vertical VERTICAL MODE a Inversión de Canal 2 INVERT y observe el efecto. Luego coloque el modo correcto MODE a ADD (Suma). ¿Qué sucede a las formas de onda de control?. Finalmente, retorne a medio control de modo MODE a Normal NORM. ¿Qué forma de onda ahora es visualizada?.

¡Felicitaciones! Ud., ahora sabe como usar los controles del panel frontal del osciloscopio 2205 para visualizar señales y moverlas alrededor sobre la pantalla. El resto de esta sección te da más información acerca de los controles y te ofrece sugerencias para su uso. La Sección 3 explica como hacer tipos específicos de mediciones y como usar los otros controles no tratados en el ejercicio anterior.

CONTROLES DE VISUALIZACION

Coloque el control Intensidad INTENSITY para visualización cómoda, pero no más brillante de lo que ud., necesita. Use posiciones de intensidad alta para observar señales de baja velocidad de repetición, pulsos angostos en largos intervalos de tiempo, o variaciones ocasionales en señales rápidas.

CONTROLES VERTICALES

Cuando haga mediciones de voltaje, rote el control VOLTS/DIV CAL completamente en sentido horario (en detención). La mejor precisión es lograda colocando el control VOLTS/DIV a la imagen más grande posible.

Cuando un cable o un adaptador de señales es usado para conectar una señal, el número en el área 1X del panel frontal indica sensibilidad. Cuando use una punta de prueba 10X, el número 10X PROBE en el área del panel frontal indica sensibilidad. Por ejemplo, la posición de 1 V/DIV Con un cable o adaptador de señales sería 10 V/DIV con una punta de prueba 10X. Y, aunque el recubrimiento de perilla no está marcada, 5 V/DIV en 1X sería 50 V/DIV si fuera usado una punta de prueba 10X.

Acoplamiento de entrada

Para la mayoría de aplicaciones, use el acoplamiento de entrada DC. Este modo es compatible con los adaptadores de señales accesorios normalizados y visualiza los niveles lógicos y niveles DC de las señales estáticas.

Use el acoplamiento de entrada a tierra GND para mostrar donde el nivel de volts cero estará localizado cuando cambia el acoplamiento DC ó AC.

Use el acoplamiento de corriente alterna AC para los casos especiales donde Ud., necesita ver pequeñas señales sobre niveles de voltaje de corriente continua DC grandes.

Selección de canal


Con los tres selectores de modo vertical VERTICAL MODE, Ud., puede visualizar combinaciones de los dos canales verticales. Cuando es seleccionado el Canal 1, los otros dos conmutadores de modo MODE no están activos. Cuando es seleccionado el Canal 2, el conmutador de medio modo MODE (NORM/CH2 INVERT) se pone activo. Y cuando ambos BOTH canales son seleccionados para visualización, todos los tres electores de modo MODE están activos.

ADD (Suma) e INVERT (Inversión)

Seleccione modo ADD (suma) para visualizar la suma algebraica de las señales en el Canal 1 y Canal 2. Cuando use ADD (suma), las posiciones VOLTS/DIV del Canal 1 y Canal 2 deberán ser iguales.

La selección de INVERT (Inversión) de Canal 2 causa que sea invertida la polaridad de la forma de onda del Canal 2. Esto te permite ver la diferencia entre las señales en el Canal 1 y el Canal 2 sobre la traza ADD (suma).

¿CHOP ó ALT?

Cuando BOTH (ambos) canales son seleccionados, la imagen es compartida en el tiempo. El modo CHOP visualiza cada canal durante un corto tiempo y se multiplexa durante el barrido para dar la apariencia de visualizar ambos canales a la vez. Este modo CHOP trabaja mejor que ALT para velocidades de barrido menores de 1 mS por división y para señales de baja velocidad de repetición que hacen que la imagen oscile (hasta 2 μS/división).

El modo ALT muestra cada canal durante la duración de un barrido completo. Da una imagen más limpia de múltiples canales que CHOP y generalmente es preferido a velocidades moderadas hasta altas velocidades de barrido.

Ciertas condiciones de disparo, que incluyen selección de disparo compuesta, pueden causar una imagen que implica una relación de fase o incluso la sincronización de formas de onda independientes. Si duda acerca del sincronismo relativo de las señales del Canal 1 y Canal 2, operarios expertos colocan TRIGGER SOURCE (Fuente de disparo) ya sea en Canal 1 ó Canal 2.

CONTROLES HORIZONTALES

Selección de Velocidad de Barrido

La velocidad no aumentada (coloque MAG a X1) es la función horizontal necesaria para la mayoría de aplicaciones. La mejor precisión de medición es lograda colocando el control SEC/DIV para el barrido más rápido que visualizará el intervalo de interés. El control variable (CAL) deberá estar en su posición detención (completamente en sentido horario).

Incremento de detalles de la Forma de Onda

El modo X10 MAG (amplificación en X10) expande la traza no incrementada. Una traza amplificada es útil para observar porciones específicas de una forma de onda cuando está Ud., haciendo mediciones de sincronismo exacto o viendo detalles de la forma de onda.

Cuando se selecciona, el modo X10 MAG (amplificación a X10) te permite examinar detalles, tales como el borde de conducción total de una segunda repetición de un pulso, de una trazaHasta 10 longitudes de pantalla del punto de disparo.

El Anexo A pone en lista las velocidades de barrido para amplificación a 10X en cada posición del control SEC/DIV (Seg/DIV).

El segmento de una división de la traza no amplificada centrada en la mitad de la línea de cuadrícula vertical es expandida y visualizada como la traza amplificada. Con la línea de


cuadrícula vertical central como la referencia, la investigación de los detalles de la forma de onda alrededor de cualquier punto sobre la traza amplificada, así como la medición del tiempo con mayor precisión, se convierten en tareas fáciles.

CONTROL DE DISPARO

Para la mayoría de señales, las posiciones del control de disparo que producirán disparo directo son:

MODE (Modo) p-p AUTOSOURCE (Fuente) VERTICAL MODE

Qué modo usar

p-p AUTO / TY LINE. Con este modo colocado, el rango de control de LEVEL (Nivel) es confinado a valores entre los picos de señal de disparo. Por ejemplo, la selección de p-p AUTO y girando el control LEVEL (de nivel) hacia el centro de su rango establece un punto de disparo acerca de medio camino entre los picos de la señal de disparo.

En este modo, la ausencia de una señal de disparo causa que el barrido se desplace libre. Y con señales por debajo de 20 Hz, el circuito p-p AUTO puede no encontrar el nivel correcto.

Cada vez que TRIGGER SOURCE (Fuente de disparo) sea colocado a modo VERT MODE, la señal de disparo es suministrada por el canal que está siendo visualizado, o como se muestra en la Tabla 2-1.

El modo p-p AUTO es efectivo para monitorear señales lógicas y líneas de televisión que tienen al menos velocidad de repetición (frecuencia) de 20 Hz. Al seleccionar p-p AUTO en el panel frontal del instrumento también se coloca el modo de disparo de línea de televisión (TV LINE).

NORM. Este modo produce un barrido solo cuando la señal de disparo satisface los criterios establecidos por los controles LEVEL (Nivel) y SLOPE (Pendiente). Con el modo NORM seleccionado, el rango del control LEVEL (Nivel) es suficiente para establecer el umbral de voltaje que puede ser visualizado por el instrumento. En ausencia de una señal de disparo, no ocurre el barrido.

Use el modo NORM para visualizar eventos no frecuentes y señales erráticas.

SGL SWP (Unico barrido). Cuando este modo es seleccionado, el barrido es disparado solamente una vez. Presione el botón RESET (Reinicio) una vez para conformar el circuito de disparo e iluminar el indicador READY (listo). Cuando ocurre un evento de disparo, el barrido se activa una vez y la luz READY (listo) se apaga.

Use el modo SGL SWP(barrido único) para visualizar o fotografiar señales no repetitivas o inestables.

TV FIELD (Campo TV). Este modo dispara el barrido al inicio de un campo de TV. Para cambiar el campo de TV que está siendo visualizado, debe interrumpir la señal de disparo colocando el conmutador de acoplo de entrada momentáneamente a GND (tierra) luego vuelva ya sea a DC ó AC hasta que se visualice el campo deseado.

electrónica 1

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