“OSCILOSCOPIO CON PANTALLA DE LEDS”Marco Antonio Nuño Morales, [email protected] 0.0) INDICE HOJA DE PRESENTACION ……………………………………………………………1 0.0 INDICE ………………………………………………………………………………2 1.0 RESUMEN …………………………………………………………………………...3 2.0 ANTECEDENTES …………………………………………………………………...3 2.1 Utilización …………………………………………………………………….3 2.2 Osciloscopio Analógico ………………………………………………………4 2.2.1 Limitaciones del osciloscopio analógico …………………………...5 2.3 Osciloscopio Digital ………………………………………………………….6 3.0 DESARROLLO ……………………………………………………………………...7 4.0 RESULTADOS …………………………………………………………………..…12 5.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS …………………………………………..….12 Marco Antonio Nuño Morales, Código: D00762466, [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Página 1 0) ANTECEDENTES Aquí se da una explicación general del funcionamiento de los osciloscopios digitales y analógicos comunes. básicamente. clasificados según su funcionamiento interno. Página 2 . consecuentemente. en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones.1) Utilización En un osciloscopio existen. Este osciloscopio no va a suprimir al osciloscopio ya conocido ya que tendrá funciones mucho más sencillas.com. Es muy usado en electrónica de señal. teniéndolo en casa y así tener mucho mas tiempo para la práctica del los temas de su carrera.1. Marco Antonio Nuño Morales. este funcionamiento no es igual al del osciloscopio con pantalla de diodos LED pero se pone para tener un conocimiento de esta herramienta como es en la realidad.0) RESUMEN El objetivo de este proyecto es diseñar y construir una herramienta muy útil en el estudio de la electrónica. marco_a_nuno_m@yahoo. frecuentemente junto a un analizador de espectros. Los osciloscopios. gracias a que el costo que genera el desarrollo de este osciloscopio es relativamente bajo si lo comparamos con un osciloscopio analógico o digital que normalmente se encuentra en los laboratorios de los planteles universitarios. Código: D00762466. 2.mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. llamada "eje Z que controla la luminosidad del haz. pueden ser tanto analógicos como digitales. 2. Suelen incluir otra entrada. Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla. El funcionamiento y diseño del osciloscopio de LED’s se explicara mas adelante. haciendo posible que cada estudiante de esta materia y sus derivados pueda adquirir uno. Cave mencionar este osciloscopio tendrá una pantalla de diodos LED y su lectura será menos precisa que la de un osciloscopio normal. siendo en teoría el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos. medirla en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. dos reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten. permitiendo " resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Código: D00762466. tanto en tensión como en frecuencia.. dependiendo de la resolución del aparato). permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para.2) Osciloscopio analógico La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque.El primero regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos. Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores... crece suavemente y luego cae de forma brusca).com. milivoltios. Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla. Página 3 . según la resolución del aparato).Representación esquemática de un osciloscopio. Figura 1. microsegundos. microvoltios. de forma repetida. 2. marco_a_nuno_m@yahoo. El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios. Marco Antonio Nuño Morales. milisegundos. Esto es lo que se denomina base de tiempos. etc. conocer el valor de la señal a medir. en consecuencia. etc. lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación.En la Figura 1 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. además de moverse de izquierda a derecha.2. Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz. en ausencia de señal en las placas de desviación vertical. dependiendo de la polaridad de la señal. hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo. que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos. del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada. de forma adicional. El margen de escalas típico.com. El funcionamiento es el siguiente: En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla. la tensión en diente de sierra. se moverá hacia arriba o hacia abajo. Para ver una traza estable. De este modo. y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto. durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo. 2. la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. marco_a_nuno_m@yahoo. Código: D00762466. dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Marco Antonio Nuño Morales. Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas. hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales. Página 4 • . De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud. recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones.mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada.1) Limitaciones del osciloscopio analógico El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento: Las señales deben ser periódicas. que se aplica a las placas de desviación horizontal. En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. máximos y mínimos de señal. Osciloscopio digital 2. o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC.mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada.com. marco_a_nuno_m@yahoo. Las señales lentas no forman una traza. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza.• • • Las señales muy rápidas reducen el brillo. Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Captura de transitorios. como los siguientes: • • • • Medida automática de valores de pico. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Página 5 . en estos se tienen posibilidades adicionales. como la FFT para calcular el espectro de la señal. Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos. Medida de flancos de la seña l y otros intervalos. Cálculos avanzados. Verdadero valor eficaz. Marco Antonio Nuño Morales. Código: D00762466. el brillo se reduce debido a que la tasa de refresco disminuye. Cuando se observa parte del período de la señal. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Sin embargo.3) En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales. tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualizació n de eventos de corta duración. Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a un ordenador personal. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente. esta debe ser cuidada al máximo. mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Para este caso se tiene que usar el efecto del led más alto. por encima de esta frecuencia vas a seguir "viendo" señal. según se la conecte al positivo o al negativo. pero no confíes mucho en la amplitud ni en la forma. Código: D00762466. pero si se requiere agregar. tienes que colocar un circuito que solo deje pasar los pulsos del 555 al 74c93 después de que la señal de entrada supere cierto nivel y los frene después de cada barrido..Muestra de conexión de LED’s en forma de matriz. marco_a_nuno_m@yahoo. Página 6 . pero así como figura en el gráfico anda bárbaro. se podrá medir la amplitud y la frecuencia de las señales con un error menor al 10% (con un poco de práctica). La pata 9 del 3914 es el control de efecto. Si quieres medir señales de menos de 100mV se puede agregar algún amplificador operacional en la entrada. Figura 2. El ancho de banda es desde continua hasta 40 KHz.0) DESARROLLO En su pequeña pantalla de 10 leds de altura por 16 leds de ancho (leds de 3mm) se ve bastante bien la forma de la seña l y si a las perillas del control de amplitud y de base de tiempo se le dibuja una escala. Marco Antonio Nuño Morales.3. o que se enciendan también los inferiores (tipo vúmetro).com. En este circuito se suprimió la parte del Trigger para no complicar el esquema. este hace que se prenda solo el led más alto. para que la señal no se vea rellena. Muestra de algunas señales. Código: D00762466.. se reemplazará el 7493 y el 4514 por un solo 4017. Página 7 . Marco Antonio Nuño Morales.Cara de un osciloscopio de LED’s.com. Con R1. a C1 se va cambiando de valor con una llave de 6 puntos (por ejemplo) con 6 capacitores de distintas capacidades (para seleccionar el rango) y a R1 o R2 se coloca un potenciómetro para ajustar la frecuencia hasta que la señal se quede fija en la pantalla (la señal se detiene cuando la frecuencia de la base de tiempo es múltiplo de la de la señal). R2 y C1 se establece la frecuencia de conteo (período de la base de tiempo). Figura 4. [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada.Si se requiere armar con pantalla de 10x10. Para expandir a pantalla. lo único que se hace es ir conectando los LM3914 en l cascada (para el vertical) y lo mismo con los integrados que usen para el horizontal. Figura 3. . si prende durante 1ms y permanece apagado 30 ms por ejemplo).mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. marco_a_nuno_m@yahoo. por varios motivos: 1. Se recomienda que no exceder la cantidad de leds con que se quiera armar.Así quedarla el circuito: Figura 5.Circuito de Osciloscopio con pantalla de LED’s. pero como la pantalla trabaja por multiplexación.. Marco Antonio Nuño Morales..Una pantalla de más de 20 x 32 tiene 640 leds. 3. Más allá de 160 leds (10x16) deja de ser un circuito para principiantes (estudiantes) sobre todo por el costo.com. por eso si la pantalla tiene má s de 16 leds horizontales.. el brillo máximo se divide por la cantidad de columnas que tenga la pantalla. Página 8 .La corriente que entregan los integrados pueden hacer brillar bastante bien a un led conectándolo directamente. esto requiere una plaqueta doble faz con 1300 agujeros y 52 pistas. habria que agregarle un driver para poder hacer circular corrientes muy altas por el led para compensar el poco tiempo que permanece encendido (los leds pueden trabajar perfectamente con corrientes de mas de 1 amper. Código: D00762466. 2.Por cada 10 leds del vertical tienen se agrega un LM314 y por cada 10 o 16 del horizontal hay que agregar un contador con su decodificador. Figura 6.LM3914 en serie.. [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Código: D00762466. Además. si se suman todos los componentes (incluso el tiempo de construcción) para armarse uno de mas de 20x32 mejor se optaría por comprarse uno usado (uno de verdad) o armarse algo con una pantalla de monitor en desuso. hay que agregarlo tanto en el horizontal como en el vertical. Marco Antonio Nuño Morales.com.4. con lo que hay que sumar 52 transistores a nuestra lista de componentes. se muestra el circuito.. Si se tiene en cuenta todo esto antes de mandarse a armar un osciloscopio de led se recomienda empezar probando con una pantallita de 10x10 y cuando se conozca exactamente como funciona se le podrá ir agregando más filas y columnas.Estos drivers formados por un transistor para cada led. También para agregar un circuito de Trigger. Página 9 . Aquí se muestra la forma de conectar los LM3914 en serie. los contadores para el horizontal son tan fáciles de conectar en cascada que se pueden sacar de cualquier lugar. Al terminar el barrido horizontal. la única forma de resetearlo es cuando el contador enciende el último led..Circuito de Trigger.. pudiéndose clasificar como “casero” y por ellos estaría mucho más al alcance de cualquier estudiante a nivel técnico o a nivel de ingeniaría.http://www. de esta forma los pulsos que vienen de la base de tiempo (555 o cualquier otra) pasan y llegan al contador.com/sitios2. 5. sin importar la frecuencia ni la forma de onda de la entrada (que se irá dibujando en la pantalla). Código: D00762466. En el mercado se presentan muchas marcas y por lo tanto precios para osciloscopios digitales o analógicos pero el precio estaría muy por encima de lo que se invertiría fabricando uno de este tipo.. Una vez que el FF está seteado. marco_a_nuno_m@yahoo. cuando el potencial supera al voltaje de histéresis de la compuerta NOT (schmitt trigger) el flip-flop se setea colocando un "1" en la entrada de la AND. 4. se trata de un divisor resistivo que sirve para regular a que tensión se produce el disparo.mx Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada.0) RESULTADOS Se acaba de presentar un prototipo de una herramienta indispensable en el estudio de la electrónica.. el cual seguirá ejecutándose hasta llegar al extremo derecho de la pantalla.org/wiki/Osciloscopio 3. por ejemplo 2 V. este es un proyecto meramente con fines estudiantiles debido a que en las grandes industrias electrónicas este tipo de osciloscopio quedaría relativamente corto en comparación con uno real. Este circuito de trigger es simple y anda muy bien. la pantalla permanecerá apagada hasta que el ciclo positivo de la señal supere la tensión de trigger a la que se lo ajustó.0) REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Página 10 . Todo este proceso se realiza tan rápido que el resultado es una imagen sin desplazamientos en la pantalla. en este momento empieza a producirse el barrido.gratisweb.http://www. En resumen: Supongamos que queremos medir una señal de 10V pico. quedando el circuito a la espera de un nuevo pulso.com/carcassweb 2. la pantalla permanecerá apagada hasta que la tensión de entrada alcance exactamente 2V para que el próximo dibujo quede superpuesto perfectamente con el anterior.com.comunidadelectronicos.http://es.wikipedia.Figura 7.htm#Circuitos Marco Antonio Nuño Morales.