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3.- El osciloscopio digital. Circuito RC.
3. EL OSCILOSCOPIO DIGITAL. CIRCUITO RC
DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO
El osciloscopio es un instrumento de aplicación inmediata al cálculo de las magnitudes físicas asociadas a los
circuitos eléctricos (ver figura 1). Básicamente, un osciloscopio mide la diferencia de potencial entre dos puntos
del espacio en función del tiempo, y es capaz de representar gráficamente esta señal en una pantalla. Ello
permite medir no sólo voltajes, tiempos y frecuencias de las señales eléctricas analizadas sino también otras
magnitudes físicas de los circuitos eléctricos que generan estas señales.
La primera parte de la práctica servirá de introducción al manejo del osciloscopio. En ella veremos las
principales funciones de este aparato, que son la medida de voltajes, tiempos y frecuencias de señales periódicas
y transitorias. Posteriormente, se montará un circuito RC en serie para observar la descarga de un condensador.
Figura 1.- Osciloscopio digital Agilent de la serie 3000 y sonda de osciloscopio.
1) INTRODUCCIÓN AL OSCILOSCOPIO
Con el fin de entender el funcionamiento del osciloscopio y adquirir destreza en su manejo, en primer lugar
analizaremos las particularidades del proceso de medida con un osciloscopio.
Como resultados de este apartado, se presentarán sólo aquéllos que se piden explícitamente en cada proceso
de medida. Además, se adjuntará un breve comentario de los fenómenos observados.
1.1- Señal de calibrado, escalas y factor de atenuación de la sonda
El osciloscopio genera internamente una señal de calibrado consistente en una onda cuadrada de amplitud y
frecuencia determinadas que sirve de guía y verificación del correcto funcionamiento. El punto de contacto,
junto con una toma de masa, se encuentra situado a la derecha del cuadro frontal de mandos del osciloscopio.
Para ver esta señal, conectaremos el extremo coaxial de la sonda al canal de entrada 1 del osciloscopio, la punta
de la sonda al punto de salida de la señal de calibrado y la masa de la sonda a la toma de masa. Seguramente no
aparecerá en la pantalla ninguna señal definida ya que hay que configurar el osciloscopio para representar la
señal.
La manera más rápida de configurar el osciloscopio consiste en usar la tecla Auto-Scale, que busca
automáticamente la configuración idónea del aparato. Esta configuración puede observarse en la pantalla y es la
siguiente: en la parte inferior izquierda aparece el canal de entrada que hemos conectado (el 1 en este caso), a su
lado, el número de voltios por división de la escala vertical (500mV/div), que se puede modificar con el botón
de ajuste de voltaje correspondiente al canal que esté conectado y que va desde 20mV hasta 50V. El origen de
tiempos está situado en el centro del eje horizontal (0.00s), indicado por un pequeño triángulo de color amarillo
y una flechita, ®, que lleva en su interior la letra T. En la parte inferior derecha, se ve el valor de la escala
temporal o base de tiempos (500us/div=500µs/div, en la notación estándar) que se puede modificar con el botón
Prácticas de Física
de ajuste de tiempos que se encuentra en la parte superior izquierda del panel frontal de mandos y que va desde
2ns hasta 50s. Encontramos también el origen de referencia de la escala vertical, indicado por una flechita, ®,
que lleva en su interior el número del canal que se está empleando. Dicho origen de referencia se puede mover a
lo largo del eje vertical rotando el botón que está debajo de la tecla del canal 1 (análogamente sucedería para el
canal 2)
Al apretar la tecla Display aparece un menú en la parte derecha con diversas opciones para configurar el
modo de visualización por pantalla. En particular, la opción Grid permite modificar la retícula que aparece
superpuesta a la señal que muestra el osciloscopio. Este menú también permite ajustar la luminosidad de la
pantalla.
El factor de atenuación de una sonda de tensión determina la proporción existente entre las amplitudes de
las señales de entrada y de salida. Se puede ver este valor en el conector de la sonda (10:1). Hemos de adecuar el
osciloscopio al tipo de sonda que se le ha conectado. Para ello, apretamos la tecla 1 (o la del canal al que se haya
conectado la sonda) y en la opción del menú que indica Probe seleccionamos “10×”.
1.2- Medida de una señal periódica
A continuación utilizaremos el osciloscopio para hacer medidas de voltajes, tiempos y frecuencias de la señal
eléctrica de calibrado que genera el propio osciloscopio. Veamos ahora cuáles son los pasos que se deben seguir
con objeto de hacer medidas de voltaje y de tiempos.
a) Medida automática de voltajes y tiempos.
Apretando la tecla Measure aparece en la parte derecha de la pantalla el menú con dos opciones: Voltage y
Time. Al seleccionar cada una de ellas aparecen todas las magnitudes que permite medir el osciloscopio (Vpp,
Vavg, Freq., Period...).
En lo que respecta a la medida de voltajes, como resultado de este apartado, se presentará el valor obtenido
automáticamente para el voltaje pico-pico (alrededor de 3 V), el valor medio y el valor eficaz (o valor
cuadrático medio, rms) de la señal de calibrado.
En lo que respecta a medida de tiempos, se presentarán los resultados de la medida automática de la
frecuencia (alrededor de 1 kHz), el periodo, el tiempo de subida (Rise Time) y el tiempo de bajada (Fall
Time) de la señal de calibrado.
b) Medidas manuales de voltajes y tiempos.
La medida manual de voltajes y tiempos se realiza apretando la tecla Cursors y seleccionando Voltage o Time.
Hay dos cursores de voltaje y dos cursores de tiempo, en ambos casos indicados como CurA y CurB. La
posición del cursor que está activado se puede variar de forma continua mediante el botón 3, situado en la
derecha del panel frontal del aparato. Cuando se hayan seleccionado unos cursores, por ejemplo los de voltaje,
la posición de cada cursor aparece indicada dentro de un recuadro en la parte superior derecha de la pantalla. La
diferencia entre las lecturas de CurA y CurB aparecerá como ΔY. En cuanto a las medidas de tiempo, las lecturas
de los cursores individuales aparecerán de la misma manera que en el caso de los voltajes. La diferencia entre
sus lecturas viene ahora indicada como ΔX, y su inversa (la frecuencia), como 1/ΔX. Apretando la tecla Cursors
dos veces, se pueden ver a la vez todas las lecturas tanto de los cursores de tiempo como de los de voltaje.
Se presentarán medidas manuales del voltaje pico-pico (VP−P), periodo (T) y frecuencia (ν) de la señal
de calibrado. Para esto los cursores se han de posicionar tal como se muestra en la figura 2. Estas medidas deben
coincidir aproximadamente con las que se obtuvieron de forma automática en el apartado anterior.
ΔX = CurA(X) – CurB(X) = T
1/ΔX =
ν
CurA(Y)
ΔY = CurA(Y)CurB(Y)=VPP
CurB(Y)
CurB(X)
Figura 2.- Medida manual de voltajes y frecuencias.
CurA(X)
3.- El osciloscopio digital. Circuito RC.
1.3.- Modos de presentación por pantalla
La tecla Acquiere permite determinar el modo de presentación por pantalla. Por defecto ésta se encuentra en
modo Normal, en el cual se presentan solamente las trazas de la señal que el osciloscopio está adquiriendo en
ese momento y no las adquiridas con anterioridad. Apretando la tecla situada junto a Normal se pasa a Average,
n
en el caso de que interesen los valores medios de 2 , (2, 4, 8, 16,....) trazas. El número n de trazas se selecciona
en el apartado Averages. Para ver el comportamiento de este modo puede escogerse una señal ruidosa como la
que se obtiene al acercar la sonda a la pantalla del osciloscopio. Por último, se puede pasar al modo PeakDet si
deseamos que aparezcan también los máximos y mínimos de la señal. Para ver el efecto de este modo puede
escogerse como señal la proporcionada por el osciloscopio. Comentad qué pasa con las señales cuando se
escogen los distintos modos de presentación por pantalla.
La tecla Main/Delayed permite la observación de una parte de la señal alrededor de una zona de referencia
que aparecerá señalada por dos barras verticales. Se ha de seleccionar en el menú correspondiente a esta tecla la
opción Delayed ON. Como vemos, la pantalla se divide en dos partes: en la mitad superior aparece la onda
cuadrada en la escala temporal normal y en la mitad inferior se observa el detalle ampliado de la parte de la onda
que se encuentra entre las dos barras verticales. La anchura de esta zona de referencia se puede variar usando el
botón que cambia la escala temporal o base de tiempos, que se encuentra a la izquierda de la tecla
Main/Delayed. La localización de la zona de referencia varía al mover el botón que hay a la derecha de la tecla
Main/Delayed. Se piden comentarios sobre la utilidad de estas funciones a la hora de analizar una señal.
1.4.- La sincronía
La sincronía de un osciloscopio tiene una doble función. Por una parte, ante la presencia de señales periódicas y
por tanto de duración ilimitada, permite que las sucesivas representaciones de la señal se superpongan en la
misma posición en la pantalla. Por otra, si la señal tiene una duración limitada, permite capturar la señal en el
momento preciso en que ésta llega al osciloscopio para representarla adecuadamente. Básicamente, las funciones
de sincronía o de disparo (“Trigger”) establecen qué condiciones debe satisfacer el voltaje de la señal de entrada
para que el sistema de barrido del osciloscopio represente la señal en pantalla. Estas funciones se controlan con
un conjunto de teclas que se encuentran enmarcadas en la parte inferior derecha del frontal del osciloscopio.
Apretando la tecla Mode/Coupling se seleccionan los diferentes modos de sincronía. Por defecto, el
osciloscopio tiene activado el modo Edge, que puede ser usado con circuitos analógicos y digitales. En este
modo, el sistema de barrido se dispara cuando la señal de entrada pasa por un determinado valor de voltaje y con
una determinada pendiente. Con el botón Level se indica al osciloscopio el nivel del voltaje de sincronía o de
disparo. Cuando el voltaje de la señal de entrada cruza por el nivel escogido con este botón, dicha señal empieza
a dibujarse en la pantalla, empezando siempre en el origen de tiempos. El sentido de variación del voltaje al
cruzar por el nivel de disparo se fija mediante la opción Slope, donde ha de seleccionarse sentido ascendente (u)
o descendente (v).Observad qué le ocurre a la señal de calibrado al cambiar los diferentes parámetros de
sincronía.
Dentro del modo Edge, la opción Sweep permite elegir la forma en que el osciloscopio adquiere la señal de
entrada. Cuando Sweep está en Auto, el osciloscopio busca de forma automática una señal de entrada, mientras
que en Normal, el aparato adquiere la señal sólo cuando detecta un disparo. Esta última configuración es la que
se requiere para la visualización de señales transitorias. Haced pruebas con los distintos modos de adquirir la
señal, girando también, con cada modo seleccionado, el botón Level, para descubrir las características de cada
uno.
Además del modo Edge, existe otros modos de sincronía específicos, como el Pulse, que permite encontrar
pulsos con una características previamente establecidas, o el modo Video, para capturar señales de video
estándares. Observad si se producen variaciones en la señal cuadrada al cambiar a esos modos específicos.
2) OBSERVACIÓN DE SEÑALES EXTERIORES
2.1.- Señales en el ambiente
Vivimos en un ambiente en el que la presencia de campos electromagnéticos es muy importante, y más aún en
un laboratorio donde hay una cantidad considerable de aparatos eléctricos en funcionamiento. Para
comprobarlo, desenganchad la punta y la masa de la sonda del generador de funciones y dejadlas sin conectar
cerca de las tomas de corriente de la instalación eléctrica. Modificad manualmente la escala vertical de voltaje
hasta unos 100 mV/div y la horizontal de tiempos hasta unos 5.00 ms/div. Tiene que aparecer una señal bastante
ruidosa de forma aproximadamente sinusoidal. Centradla en la pantalla rotando el botón que está debajo de la
Prácticas de Física
tecla del canal 1 para colocar el origen de voltajes en el centro del eje vertical. Calculad manualmente (o sea,
con las opciones de la tecla Cursors) su voltaje pico-pico y su frecuencia. Haced que la punta de la sonda os
toque en la palma de la mano, por ejemplo, y presionad la tecla de Auto-Scale observareis que aparece la onda
sinusoidal pero con un voltaje pico-pico mucho mayor.
Como estas señales son muy ruidosas, podemos emplear alguna de las opciones del osciloscopio para
visualizarlas con mayor nitidez. Por ejemplo, apretad la tecla Acquire y seleccionad el modo Average.
Automáticamente mostrará el valor medio de la señal, que no presentará tanto ruido.
Todos los aparatos eléctricos son emisores de campo electromagnéticos. Podemos verlo por ejemplo en la
pantalla del propio osciloscopio. Acercadle la sonda. Cambiad la escala de tiempos a 20.0µs/div. Encontraremos
una señal en forma de diente de sierra. Calculad su voltaje pico-pico y su frecuencia (estas medidas también
se han de hacer manualmente, con las opciones de la tecla Cursors).
2.2.- Señales procedentes de un generador de funciones
A continuación utilizaremos el osciloscopio para hacer
medidas de voltajes, tiempos y frecuencias de una señal
eléctrica procedente de un generador de funciones, similar al
que se muestra en la figura 3. Este generador permite cambiar
la forma, la frecuencia y la amplitud de la señal eléctrica
generada. El generador de funciones se conecta al
osciloscopio usando un cable coaxial desde la salida de 50Ω
del generador al canal 1 de entrada del osciloscopio. En este
caso, el factor de atenuación del cable coaxial es 1.
a) Seleccionad una onda sinusoidal, cuadrada o triangular en
el generador de funciones, con una frecuencia aproximada de
7kHz. La forma de la onda se selecciona con las teclas azules
Figura 3.- Generador de funciones.
en el caso del generador que se muestra en la figura 3. La
frecuencia se selecciona con una ruleta que va desde 2 hasta
20. Apretando las teclas grises que hay debajo se multiplica el valor anteriormente seleccionado por diversos
factores de 10 en función de la tecla seleccionada.
Medid con el osciloscopio, seleccionando de forma manual las escalas de voltaje y de tiempo, la
frecuencia de la onda y el voltaje pico-pico. Comprobad que el valor medido coincide aproximadamente con
la frecuencia que se ha seleccionado. Haced lo mismo para otra onda de 7Hz.
b) La amplitud de la onda se varía con el botón AMPLITUDE del generador de funciones. Observad
cualitativamente que un cambio de amplitud se aprecia en la señal registrada en el osciloscopio. Para que la
señal quede centrada en la pantalla se puede cambiar manualmente la escala vertical con la ruleta de control de
voltaje correspondiente al canal que se esté utilizando (el 1 en este caso).
c) El generador permite también el cambio del nivel de continua, DC, de la señal que suministra. Si el botón DC
OFFSET se encuentra en posición OFF, el nivel de 0V coincide con el centro de la onda (aparecerá indicado por
una flecha que se ve a la izquierda de la pantalla). Ahora bien, esto se puede modificar situándolo en un nivel
negativo o positivo. Para cambiar el nivel de DC se gira el botón DC OFFSET y se observa cómo se desplaza la
señal en la pantalla hacia arriba o hacia abajo respecto al nivel de 0V.
3) ADQUISICIÓN DE SEÑALES TRANSITORIAS
3.1.- Ejemplo previo
Hasta ahora nos hemos ocupado de señales periódicas, esto es, señales que se van repitiendo a lo largo del
tiempo (como las ondas sinusoidales o cuadradas extraídas del generador de funciones o las detectadas en el
ambiente). La adquisición de este tipo de señales se efectúa de manera que el osciloscopio las registra
continuamente (opción Sweep Auto). Ahora bien, existe otro tipo de señales que se localizan sólo dentro de un
cierto intervalo de tiempo, son las denominadas señales transitorias o impulsivas (opción Sweep Normal).
Como ejemplo, veamos el comportamiento de un pulso o transitorio eléctrico que se origina con un
interruptor. Para ello se diseña en una placa de montaje un circuito elemental formado por una resistencia de 1
kΩ (que limita la intensidad de corriente) conectada a una fuente de alimentación, que proporciona una señal de
3.- El osciloscopio digital. Circuito RC.
unos pocos voltios (2-3 V). Entre la fuente y la resistencia simplemente se intercala un interruptor, como el que
se muestra en la figura 4, el cual permite generar un pulso cuadrado al conmutar dos veces su posición
(volviendo al estado inicial). La señal que se observa en el osciloscopio, y que se muestra también en la figura 4,
se recoge mediante un cable coaxial conectado entre los extremos de la resistencia.
Figura 4.- Interruptor usado para generar una señal transitoria.
Previamente, habrá que configurar el osciloscopio, con la tecla Mode/Coupling, para que opere en el modo
Edge. La escala de tiempos se ha de fijar en 50 ms y la escala de voltaje en 500 mV. Para captar la señal
transitoria es necesario que el comando Coupling esté en la opción DC. Conviene colocar manualmente el
origen de tiempos a la izquierda de la pantalla y el origen de voltajes por debajo del centro de la pantalla. Con el
botón Level se selecciona un nivel de sincronía o disparo menor que la tensión suministrada por la fuente. La
opción Slope se utilizará entonces para seleccionar sentido descendente (v). De este modo el osciloscopio
captura el pulso cuando el voltaje decrece al cruzar por el nivel de disparo. Si la tecla RUN/STOP está iluminada
en verde, el osciloscopio captura y dibuja la señal generada por el interruptor en la pantalla, tal y como se
muestra en la figura 4. Una vez capturado el pulso con el osciloscopio, se medirá manualmente su anchura
temporal, con las opciones que ya se conocen de la tecla Cursors. Este valor, que obviamente depende de la
rapidez con la que se ejecute la doble conmutación, puede oscilar entre los 50ms y los 350ms. Por último, es
interesante señalar que si el interruptor produce cortocircuito en su posición inicial, al conmutarlo dos veces se
genera un pulso idéntico al mostrado en la figura 4 pero invertido con respecto al eje horizontal.
3.2.- Análisis de la descarga de un condensador en un circuito RC
Estudiaremos a continuación el comportamiento de un transitorio eléctrico que se produce en un circuito
formado por la asociación en serie de una resistencia R y un condensador C.
En la figura 5 se muestra un circuito de carga y descarga de un condensador. Al cerrar el interruptor I
(conectar el punto 2 con el punto 1), la fuente de voltaje ε establece una corriente eléctrica que hace circular
electrones libres de una armadura a la otra del condensador C a través del circuito y el condensador se carga.
Cuando haya terminado el proceso de carga, el condensador tendrá almacenada una carga Q0. Al abrir ahora el
interruptor (conectar el punto 2 con el 3) se produce el proceso de descarga.
Durante un tiempo dt la pérdida de carga experimentada será:
dq = − i dt ,
y la diferencia de potencial entre las placas del condensador en cada instante resultará:
V (t ) =
q (t )
= i (t ) R .
C
(1)
(2)
Por tanto:
q(t )
dq
= −R
,
C
dt
(3)
de donde se deduce:
dq
1
=−
dt ,
q
RC
e integrando, se llega a la expresión:
(4)
Prácticas de Física
1
a
2
I
R
Osciloscopio
o tarjeta de
adquisición
3
ε +
V0 _
Tierra
C
b
Figura 5.- Esquema del circuito de carga y descarga de un condensador.
∫
Q
Q0
1 t
dq
=−
dt .
q
RC 0
∫
(5)
Por tanto:
q(t )
dq
,
= −R
C
dt
(3)
de donde se deduce:
dq
1
dt ,
=−
q
RC
(4)
e integrando esta expresión como se indica:
∫
Q
Q0
1 t
dq
=−
dt
q
RC 0
∫
(5)
obtenemos:
Q(t ) = Q0 e
−
t
RC
(6)
El producto RC tiene dimensiones de tiempo y se denomina constante de tiempo τ. Representa el tiempo que ha
de transcurrir para que la carga del condensador se reduzca en un factor 1/e (≈37 %).
Por otro lado, la variación de la diferencia de potencial entre las armaduras del condensador será:
t
V (t ) =
t
−
Q(t ) Q0 − RC
=
= V0 e RC
e
C
C
(7)
y tomando logaritmos:
ln V = −
t
+ ln V0
RC
(8)
Es decir, la variación de lnV con t es lineal. Por tanto, a partir de la pendiente de esta recta,
m=−
1
RC
(9)
se puede determinar la constante de tiempo del circuito.
Una forma alternativa para calcular la constante de tiempo consiste en medir con los cursores, el incremento
de tiempo correspondiente a una caída de voltaje de Vo a Vo/e (≈1.47 V), como se muestra en la figura 6. A
partir de la Ec. (7) es fácil demostrar que ese tiempo coincide con τ. Conocido el valor de R y a partir de este τ
calcular el valor de C.
3.3.- Medida de la constante de tiempo de un circuito RC con el osciloscopio digital
Utilizaremos las expresiones del apartado anterior para analizar experimentalmente el proceso de descarga de un
condensador en el circuito RC y para medir la constante de tiempo del circuito y la capacidad del condensador.
Los valores nominales de los parámetros que caracterizan los componentes del circuito que utilizaremos son
los siguientes:
Voltaje inicial
Vo = 4.00 V ,
Capacidad
C = 1μF ,
Resistencia
R = 10 kΩ .
Además, supondremos que la capacidad C del condensador tiene un error de un 1%.
3.- El osciloscopio digital. Circuito RC.
Desarrollo del experimento paso a paso
a) Debéis determinar primero el valor real de la resistencia R que se va a emplear en el circuito. Su valor
nominal es de 10kΩ, pero se ha de determinar con más precisión midiéndola con el polímetro. Medid la
resistencia R con su error utilizando el polímetro.
b) En la figura 5 se representa un esquema del circuito que se ha de montar, siendo Vo=4V. La sonda del
osciloscopio se conecta entre los terminales del condensador C. Es importante conectar la punta de la sonda al
punto a y el terminal de masa (tierra) al punto b. Una vez conectada la fuente de alimentación, con el interruptor,
I en la posición 1 (puntos 1 y 2 conectados) se carga el condensador. Al pasar I a la posición 3 (puntos 2 y 3
conectados) se descargará. Durante el proceso de descarga la variación del voltaje V(t) entre las placas del
condensador será registrada en el osciloscopio digital. Para ello, se ha de seleccionar el modo Edge, se ha de
fijar el nivel de trigger (Level) en un valor un poco inferior a lo que marca la fuente de alimentación (4V) y la
pendiente (Slope) debe escogerse hacia abajo, (v) para capturar la señal cuando el voltaje empiece a decrecer.
Hay que fijar la base o escala de tiempos en 5ms/div, el origen de tiempos a la izquierda de la pantalla (Left)
y la escala de voltaje en 1V/div (recordemos que el valor del factor de atenuación de la sonda es 10). Si todo se
ha configurado correctamente, tiene que aparecer en la pantalla del osciloscopio una curva similar a la que se
muestra en la figura 6 cuando el interruptor I se mueva a la posición de descarga (puntos 2 y 3 conectados).
c) Sobre esta curva de descarga hay que medir puntos intermedios de la misma, utilizando los cursores de
voltaje y tiempo. Para ello, fijad la posición de CurB (Y) en el mínimo de voltaje y la de CurB (X) en el punto de
inicio de la señal (observad que puede ser ligeramente anterior al origen de tiempos). Haced la intersección,
sobre el punto de la curva deseado, de los cursores CurA (X) y CurA (Y) (véase figura 6). De este modo, las
lecturas de los valores de (ΔX, ΔY) se corresponden con los valores de Tiempo y Voltaje, (t, V),
respectivamente.
Anotad en una tabla las lecturas de Tiempo, t, en segundos, y Voltaje, V, en voltios, para unos ocho
puntos. Seguidamente, con un programa de ordenador, ajustad por mínimos cuadrados lnV frente a t. Anotad
la pendiente (m) y la ordenada en el origen (n), con sus correspondientes errores, expresados correctamente.
Teniendo en cuenta la ecuación (9), determinad el valor de la constante de tiempo con su error a partir del
valor de la pendiente obtenido en el ajuste. A partir de estos datos calculad el valor experimental de la
capacidad del condensador con su error.
Orígen
cursores
Vo
Punto a medir
CurA(Y)
CurB(Y)
CurB(X) CurA(X)
Figura 6.- Medida de las coordenadas de un punto con los cursores del osciloscopio digital.
d) Partiendo de la ordenada en el origen, obtenida en el ajuste anterior, determinad el valor de la diferencia de
potencial inicial entre las placas del condensador, V0, y comparadlo con el valor seleccionado para la fuente
de alimentación. Comentad esta comparación.
Prácticas de Física
ANEXO 1
EL GENERADOR DE FUNCIONES
Un generador de funciones es un equipo capaz de generar señales de voltaje variable con el tiempo para ser
aplicadas posteriormente sobre un circuito bajo prueba. Las formas de onda típicas de las señales generadas son
las triangulares, cuadradas y sinusoidales. En la figura 7 se muestran dos de los generadores de funciones
disponibles en nuestro laboratorio.
Figura 7.- Generadores de funciones en el laboratorio de Física de la UJI.
A continuación describiremos los controles y funciones básicas de un generador de funciones genérico como el
esquematizado en la figura 8.
Controles:
1.2.3.4.5.6.7.8.-
Selector de funciones. Controla la forma de onda de la señal de salida. En general puede ser triangular,
cuadrada o sinusoidal.
Selector de rango. Selecciona el rango o margen de frecuencias de trabajo de la señal de salida. En general,
su valor va determinado en décadas, es decir, de 1 a 10 Hz, de 10 a 100, etc.
Control de frecuencia. Regula la frecuencia de salida dentro del margen seleccionado mediante el selector
de rango.
Control de amplitud. Mando que regula la amplitud de la señal de salida.
DC offset. Regula la tensión continua de salida que se superpone a la señal variable en el tiempo de salida.
Atenuador de 20dB. Ofrece la posibilidad de atenuar la señal de salida 20 dB (100 veces) sobre la amplitud
seleccionada con el control numero 4.
Salida 600ohm. Conector de salida que entrega la señal elegida con una impedancia de 600 ohmios.
Salida TTL. Entrega una consecución de pulsos TTL (0 - 5V) con la misma frecuencia que la señal de
salida.
Figura 8.- Esquema de un generador de funciones típico.
3.- El osciloscopio digital. Circuito RC.
El generador de funciones puede incorporar en ocasiones una pantalla en la que se indica el valor de la
frecuencia seleccionada para la señal, como se observa en el primer generador de la figura 7, así como otros
mandos de control como, por ejemplo, un mando para controlar la simetría de la señal eléctrica.
Modo de operación:
En primer lugar es conveniente seleccionar el tipo de señal de salida que queremos generar con el dispositivo
que, en general, será triangular, cuadrada o sinusoidal, tal como se muestra en la figura 9.
(a)
(b)
(c)
Figura 9.- Tipos básicos de señales suministradas por un generador de funciones.
A continuación se debe fijar la frecuencia de trabajo utilizando los selectores de rango y mando de ajuste.
Muchos generadores de funciones modernos incorporan contadores de frecuencia que permiten un ajuste
preciso, no obstante y en caso de ser necesario se pueden utilizar contadores de frecuencia externos,
osciloscopios o incluso analizadores de espectros para determinar la frecuencia con mayor precisión.
El siguiente paso será cargar la salida y fijar la amplitud de la señal así como la tensión continua de offset, si es
necesario. Como en el caso del ajuste de frecuencia podemos utilizar distintos equipos de medida para ajustar el
valor de amplitud. Para niveles de potencia bajos será necesario activar el atenuador interno del generador.
Para evitar deformaciones en las señales de alta frecuencia es indispensable cuidar la carga de salida, evitar
capacidades parásitas elevadas y cuidar las características de los cables.