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Construya su Osciloscopio (Introducción)
Construisez vôtre Oscilloscope(Introduction)
Make your Oscilloscope (Preliminar).

Por - Par - By : Ing/Eng. Hugo Gutiérrez Salazar

Última Actualización : 23 de Enero de 2008

Dificultad - Difficulté - Difficulty :
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El Osciloscopio

Todo aficionado a la electrónica sabe qué es un osciloscopio. Para aquel que no lo sepa, éste es un instrumento de visualización de ondas electromagnéticas.

Este instrumento puede utilizarse como : voltímetro, probador de componentes, herramienta de verificación de funcionamiento de otros aparatos, frecuencimetro, y muchas otras aplicaciones.

Mi primer osciloscopio lo construí a los 16 años, era en base a tubos electrónicos (1972).

Este es un proyecto de dificultad mediana a alta, según los entendidos. Yo personalmente, creo que no tiene mayor dificultad, que el de la construcción de un amplificador estéreo. De hecho, gran parte de los módulos que lo componen, son amplificadores.

Actualmente el Osciloscopio que poseo, es uno de fábrica de doble trazo, pero para muchas aplicaciones, no es necesario tener uno profesional.

L'Oscilloscope

Toute personne qui aime l'éléctronique comme son hobby, sait qu'est-ce que cet un Oscilloscope. Pour ceux qui ne le savent pas, l' Oscilloscope est un instrument de visualization d'ondes éléctromagnétiques.

Cet instrument peut s'utiliser comme : voltmètre, verifieur de compossants, pour verifier le fonctionement d'autres appareils éléctroniques, fréquencemètre, et beaucoup d'autres applications.

Mon premier oscilloscope je l'ai construit quand j'avais 16 ans, il était a base de tubes éléctroniques (1972).

C'est proyet a une difficultée moyene à haute, selon les entendus. Moi personnellement, je crois qu'il n'a pas plus de difficultés, que la construction d'un amplificateur stéreo. En effet, la plus part des modules qui le compossent, sont amplificateurs.

Actuellement l'oscilloscope que j'ai, est professionel de double trace, mais pour beaucoup d'applications n'est pas nécésaire d'avoir un professionel.

The Oscilloscope

Every people who has electronics as hobby, knows what's an Osciloscope. For who doesn't know it, it's an instrument for electromagnetic waves visualisation.

This instrument allows to use it as: voltmeter, components tester, function verification tool of another electronic stuff, fréquence meter, and many others applications.

The first oscilloscope I made was when I had 16 years old, it was electronics tubes based (1972).

This project has a medium to high difficulty, as should say a matter pundit. Personally, I think this has no more difficult than a stereo amplifier construction has. In fact, most of the modules compose the oscilloscope, are amplifiers.

Today my oscilloscope is a professional double trace unit, but for the most of the applications, it's not necesary to have a professional oscilloscope.

Pantallas.jpg

La parte principal del Osciloscopio es la pantalla (foto derecha), que es un tubo electrónico; la que difiere bastante de una pantalla de TV (foto izquierda). De partida, la pantalla de Osciloscopio puede ser rectangular o circular y la forma de desviar el haz es por campo eléctrico y no magnético, como es en la TV. Además, el tubo del Osciloscopio es más largo y el tamaño del diámetro de su pantalla es de 1 a 5 pulgadas. En nuestro caso usaré una pantalla 3BP1 (cuyo precio es de 10 a 50 Dólares, en Internet) . El número 3 indica el diámetro, ya que, es circular y el P1 el tipo de recubrimiento de fósforo. (verde-amarillento). La pièce principale du Oscilloscope est l'écran (Photo droite), qui est un tube electronique; celle si diffère beaucoup du tube d'image d'un TV (Photo gauche). En effet, l'écran du Oscilloscope peut être rectangulaire ou circulaire, et la forme de dévier le spot est par champ éléctrique et non magnetique, comme se fait à la TV. De plus, le tube de l'oscilloscope est plus long et la taille du diamètre de l'écran est d'1 à 5 pouces. Dans nôtre cas, je vais utiliser un écran 3BP1 (son prix est de 10 a 50 Dolars, a l' internet). Le nombre 3 signale le diamètre, dès qu'il est circulaire et le P1 signale le type de recouvrement de phosphore. (vert-jaune). The principal part of the Oscilloscope is the screen (Right Photo), wich is a vacuum electronic tube; this differe enough from the TV screens (Left Photo). In fact, Oscilloscope screens are rectangular or circular, and the means to direct the spot is by electric field and not by magnetic means, as it's in the TV. Furthermore, the oscilloscope screen tube is longer than the TV tube and the diameter size of the screen, is from 1 to 5 inches. In our case, I used a 3BP1 screen (its price is 10 to 50 dollars, in Internet). The number 3 indicates the diameter of the screen, since it's circular and P1 is the phosphore screen cover (green-yellow).

Diag3bp1.jpg 906dp.jpg
  • DJ1 y DJ2 son los electrodos deflectores más próximos a la pantalla.
  • DJ1 et DJ2 sont les electrodes deflecteurs les plus prochains au écran.
  • DJ1 & Dj2 are deflecting electrodes nearer screen.
  • Final HV
    Electrode[Volts]
    Grid #3
    Focus [Volts]
    Grid #2
    [Volts]
    Max Grid #1 [Volts]
    for visual cutoff
    DJ1 & DJ2
    [Volts DC/Inch]
    DJ3 & DJ4
    [Volts DC/Inch]
    H-H
    [Volts]
    H-H
    [Amps ]
    2000 400 to 690 2000 -90 170 to 231 125 to 170 6.3 0.6
    1500 300 to 515 1500 -67.5 127 to 173 94 to 128 6.3 0.6

    Cuando yo hice mi primer Osciloscopio, no se disponia de la cantidad de información que existe hoy en dia. Pudiera ser perjudicial para el novato, ver tanta información disponible y no saber qué hacer con ella.

    El osciloscopio es un aparato para realizar medidas, que posee una pantalla, que permite “ver” las ondas electromagnéticas. Para poder construírlo y utilizarlo, es necesario saber cual es el principio de su funcionamiento.

    La pantalla es nada más, ni nada menos, que un “cañon de electrones”. Los electrones son cargas eléctricas negativas que se generan mediante un filamento incandescente. Cuando este filamento se encuentra muy caliente, se produce una nube de electrones, en el entorno del filamento. El electrodo más próximo al filamento es el cátodo (K). Si a este electrodo lo energizamos positivamente (de 100 a 200 [Voltios]) se atraeran los electrones, ya que las cargas opuestas se atraen, iniciándose una corriente de electrones.

    Si más allá del cátodo, energizamos otro electrodo, llamado grilla (G1), con un voltaje positivo más alto aún (de 300 a 500 [Voltios]) asceleramos los electrones, cada vez más.

    Mediante varias grillas dispuestas en forma lineal (G2,G3) se seguiran ascelerando los electrones, hasta que finalmente, dándole una alta tensión positiva, de entre 700 a 1500 [voltios] a la última grilla; haremos que este chorro de electrones, salte a través del tubo de rayos catódicos (TRC) hasta el extremo opuesto del filamento y por el centro de la pantalla.

    La cara interior de la pantalla se encuentra recubierta con una capa de fósforo de color amarillo-verde, produciéndose un punto luminoso (emisión de fotones), en el lugar donde golpean los electrones : el centro de la pantalla.

    Quand j'ai fait mon premier Oscilloscope, on avait pas la quantité d'Information qui existe aujourd'hui. Peut être perjudiciel pour le novate, voir telle quantité d'information disponible et ne savoir quoi faire avec.

    L’Oscilloscope est un appareil pour réaliser mésures, qui posède un écran, qui permet «voir» les ondes éléctromagnétiques. Pour pouvoir le construire et l’utiliser, il est nécésaire de connaître quel est le principe de son fonctionement.

    L’écran n’est ni plus , ni moin un «canon d’électrons » . Les éléctrons sont des charges éléctriques negatives qui se produissent avec un filament incandescent. Quand c’est filament se trouve très chaud, il se produit une nuage d’éléctrons, au tour du filament. L’éléctrode le plus prochain au filament, est le cathode (K). Si à cet éléctrode on l’énergise positivement ( de 100 à 200 [Volts]) les éléctrons s’attirent, dès que les charges opposés s’attirent, commençant une courrant d’éléctrons.

    Si plus loin du cathode, on energise un autre électrode, que l’on appele grille (G1), avec un voltage plus haut encore (de 300 à 500 [Volts]) on accélére encore plus les éléctrons.

    Grâce à plusieurs grilles disposés en forme linéaire (G2, G3) on va à continuer accélérant les électrons, jusqu’à-ce qu’une haute tension positive , d’entre 700 à 1500 [Volts], à la dernière grille, va faire que c’est jet d’éléctrons, saute à travers du Tube de Rayons Cathodiques (TRC) jusqu’au extrème opposé du filament et par le centre de l’écran.

    La fâce interieure du écran est récouverte d’une couche de phosphore de couleur jaune-verte, se produissant un point lumineux (émision de photons), au lieu où tappent les électrons : Le centre de l’écran.

    When I made my first Oscilloscope, I haven't the quantities of information there are today. It could be disruptive for the novate, to see this enormous quantity of information available and to don't know what to do with it.

    The Oscilloscope is a device to make mesures with a screen that allows to “see” electromagnetic waves. To build and use it, it’s a requisite to know the principle of its operation.

    The screen is no more, no less, an “electron canon”. Electrons are negative electric charges, generated with an incandescent filament (a heater). When this filament is very hot, it creates surrounding the filament, an electron cloud. The nearest electrode to the filament it’s the cathode (K). If those electrode is positive energized (from 100 to 200 [Volts]) electrons are attracted, since opposite charges are attracted, beginning an electron current.

    If farer the cathod , we energize another electrode, named grid (G1), with a highest voltage (from 300 to 500 [Volts]) we accelerate more the electrons.

    Thanks to many grids disposed in linear array (G2, G3) we continue accelerating electrons, until a high tension, from 700 to 1500 [volts] in the last grid, will make this electrons stream, to skip along the Cathodic Rays Tube (CRT) traversing it to the opposite side of the filament and by the screen center.

    The internal screen face is covered by a green-yellow phosphore tiny layer, generating a lighting point (Photons emission) in the place where electrons beat : The screen center.

    CorteTuboImagen.jpg
    Si modificamos el voltaje del cátodo o de las grillas y los volvemos más positivos aceleramos los electrones. Si lo volvemos a cero (o negativo) atenuaremos el chorro de electrones o los desaceleraremos. Haciendo que el punto luminoso baje su intensidad luminosa o se apague totalmente (-67.5 [Voltios]).

    Para que la pantalla muestre una imágen, debemos hacer que ese “punto” se desplace por la pantalla, en un eje imaginario horizontal, al que llamaremos : “X” y un eje vertical imaginario, al que llamaremos : “Y”. Este desplazamiento se logra, aplicando voltaje a unas placas o electrodos horizontales (2) y verticales (2) llamadas deflectores (DJ1, DJ2, DJ3 y DJ4).

    Si on modifie le voltage du cathode ou des grilles et on les rends plus positifs on accélére les electrons. Si on les retourne a zero (ou negatif) on atenue le jet d’électrons ou on les desaccélére. Feussant que le point lumineux baisse son intensité lumineuse ou s’étaint totalement (-67.5 [Volts]).

    Pour que l’écran montre une image, on doit faire que cet point se déplace par l’écran, sur un axe imaginaire horizontal, qu’on va l’appeler: «X» et un axe vertical imaginaire, au quel on va l’appeler «Y». Cet déplacement ce fait donnant voltage a des plaques ou electrodes horizontales (2) et verticales (2) appelés déflecteurs (DJ1, DJ2, DJ3 et DJ4).

    If we modify the cathode or the grid voltage making more positive, we accelerate electrons, if we return to zero (or negative) values we atenuate the electron stream or we desaccelerate them . Making the lighting point to diminish his luminic intensity or cut off totally (-67.5 [Volts]).

    To have an image in the screen, we have to make the point move over the screen, in an imaginary horizontal axis, we called : “X” and a vertical imaginary axis called : “Y”. This movement is achieved applying a voltage to horizontal plates or electrodes (2) and vertical plates or electrodes (2) called deflectors (DJ1, DJ2, DJ3 and DJ4).

    Deflectores.jpg

    Si le damos un voltaje positivo a cualquiera de las placas produciremos un desplazamiento del chorro de electrones (o haz de electrones), haciendo que el punto se desplace en la pantalla. Si on donne un voltage positif a n'importe quelle des plaques nous produirons un déplacement du jet d'électrons, feussant que le point se déplace sur l'écran. If we put a positiv voltage in any plates, we will produce a deplacement of the electrons stream, moving the point in the screen.

    Desp1.jpg
  • Sin voltaje en los defectores el haz de electrones llega al centro de la pantalla
  • Sans tension aux déflecteurs le spot arrive au centre de l'écran
  • Without voltage in deflectors the stream arrives in the screen center.
  • Para desplazar el punto a izquierda, derecha, arriba y abajo basta con aplicar un voltaje a uno de los deflectores. Pour déplacer le point a gauche, droite, haut et en bas il suffit d'appliquer tension a un deflecteur. To move the stream to the left, right, up and down , you have to apply voltage in only one deflector.

    Desp2.jpg Desp3.jpg Desp4.jpg Desp5.jpg
    X1 = 0 [V]
    X2 = 300 [V]
    Y1 = 0 [V]
    Y2 = 0 [V]
    X1 = 300 [V]
    X2 = 0 [V]
    Y1 = 0 [V]
    Y2 = 0 [V]
    X1 = 0 [V]
    X2 = 0 [V]
    Y1 = 300 [V]
    Y2 = 0 [V]
    X1 = 0 [V]
    X2 = 0 [V]
    Y1 = 0 [V]
    Y2 = 300 [V]

    Para desplazar el punto en las diagonales, basta con aplicar voltaje a dos deflectores adjacentes. Pour déplacer le point sur les diagonales, il suffit d'appliquer tension a deux deflecteurs adjacents. To deplace the stream in the diagonals, we have to apply voltage in two adjacent deflectors.

    Desp6.jpg Desp7.jpg Desp8.jpg Desp9.jpg
    X1 = 300 [V]
    X2 = 0 [V]
    Y1 = 0 [V]
    Y2 = 300 [V]
    X1 = 0 [V]
    X2 = 300 [V]
    Y1 = 0 [V]
    Y2 = 300 [V]
    X1 = 0 [V]
    X2 = 300 [V]
    Y1 = 300 [V]
    Y2 = 0 [V]
    X1 = 300 [V]
    X2 = 0 [V]
    Y1 = 300 [V]
    Y2 = 0 [V]

    Si aplicamos un voltaje alternado positivo en X1 (y negativo en X2) y luego positivo en X2 (y negativo en X1) y lo hacemos lo suficientemente rápido, 10 veces por segundo; por ejemplo, obtendremos sobre la pantalla, una línea horizontal. Si on place un voltage alterne positif en X1 (et negatif en X2) et après positif en X2 (et negatif en X1) et on le fait le suffissament rapide, 10 fois par seconde; par example, on obtiendra sur l'écran, une ligne horizontale. If we put an alterne voltage positive in X1 (and negative in X2) and then positive in X2 (and negative in X1) and we swap faster, 10 times per second; for example, we will obtain in the screen, an horizontal line.

    Desp10.jpg Desp11.jpg

    Si hacemos lo mismo, en el eje Y con Y1 positivo (y negativo en Y2) y luego positivo en Y2 (y negativo en Y1) y lo hacemos lo suficientemente rápido, 10 veces por segundo; por ejemplo, obtendremos sobre la pantalla, una línea vertical. Si on fait la même chose, sur l'axe Y avec Y1 positif (et negatif en Y2) et après positif en Y2 (et negatif en Y1) et l'on fait le suffissament rapide, 10 fois par seconde; par example, on obtiendra sur l'écran, une ligne verticale. If we make the same , in Y axis with Y1 positive (and negative in Y2) and then positive in Y2 (and negative in Y1) and we swap faster, 10 times per second; for example, we will obtain in the screen, a vertical line.

    Si al eje horizontal X (X1-X2) le aplicamos un voltaje con forma de Diente de Sierra, es decir: Si au axe horizontale X (X1-X2) on place un voltage avec forme de Dent de Scie, cet à dire: If to horizonal axis X (X1-X2) we apply a Saw tooth voltage wave, this is:

    Sierra.jpg

    El voltaje parte en 0 [V],y en forma constante comienza a subir hasta llegar a 300 [V] y luego cae violentamente a cero y vuelve a comenzar nuevamente.

    Si este voltaje lo aplicamos a las placas X1 y X2, haremos primero que el haz parta desde la izquierda (0 [V]) y se vaya desplazando hacia la derecha, en forma constante, hasta alcanzar, el extremo derecho de la pantalla. Cuando la placa X2 tenga 300 [V], al caer el voltaje a cero, el haz vuelve violentamente a la izquierda de la pantalla, y comienza el ciclo nuevamente.

    Le voltage part en 0 [V], en forme constante commence à augmenter jusqu'a-ce-qu'il arrive aux 300 [V] et après retourne de nouveau à zero, et recommence le cicle.

    Si c'est voltage on le place au plaques X1 et X2, on va faire que le spot part de la gauche (0 [V]) et se deplace vers la droite, en forme constante, jusqu'a-ce-qu'il arrive au extrème droite du écran. Quand la plaque ait 300 [V], dès qu'il tombe à zero, le spot retourne subitement a la gauche de l'écran, et commence de nouveau.

    The voltage begins from 0 [V], in a constant way it goes high until achieve 300 [V] then it falls instantly to zero and goes again.

    If this voltage is put into the plates X1 and X2, we are going to move the stream beginning by the left (0 [V]) and going to the right, in a constant way until it arrives to the right screen edge, when the plate X2 have 300 [V]. When the voltage falls to zero, the stream returns instantly to the left of the screen, and begins agains the cicle.

    SecuenciaSierra.jpg

    En realidad, si esto se hace rápido, veremos una línea horizontal. A esta línea se le llama Barrido Horizontal.

    Si a las placas verticales le aplicamos una señal externa, la que vamos a visualizar, una corriente alterna por ejemplo y mantenemos en las placas horizontales el barrido horizontal, en algun instante veremos una o varias alternancias.

    En realité, si ceci on le fait rapidement, on va voire une ligne horizontale. A cette ligne on l'appele Balayage Horizontale.

    Si aux plaques verticales on place une signal externe, celle qu'on veut visualizer, une courrant alterne, par example et on mantient sur les plaques horizontales le balayage horizontale, on va voire une ou plusieures alternances.

    In reality, if this is made fastly, we will see an horizontal line. This line is called Horizontal Sweep.

    If we place an external signal on the vertical plates, the one we want to see, an alternate currant , by example, and we maintain on the horizontal plates the horizontal sweep, we will see one or more alternances.

    Alt0.jpg Alt1.jpg

    Que se vea una o más ondas, dependerá de la frecuencia del barrido. Si la frecuencia del barrido es igual a la frecuencia de la corriente alterna, se verá media onda. Si como en el segundo ejemplo, se ven 2 ondas completas, el barrido horizontal tiene una relación 1:4. Si el barrido es de 50 [Hz] (o ciclos por segundo), entonces la frecuencia de la onda visualizada es de 200 [Hz].

    La pantalla tiene un diámetro de visualización de 2 3/4 [pulgadas], pero segun los datos técnicos del tubo de imágen 3BP1; con un voltaje de 1500 [V] en el electrodo final, se necesitan de 94 a 128 [Voltios/Pulgada] de desplazamiento. Lo que significa, que desplazarse por toda la pantalla, a lo largo del eje vertical; requiere entre 260 y 352 [Voltios].

    De igual forma, desplazarse horizontalmente en la pantalla de extremo a extremo, requiere entre 127 y 173 [Voltios/Pulgada] de desplazamiento, para el mismo voltaje del último electrodo de 1500 [Voltios], entre 350 y 475 [Voltios]. Eso significa, que el barrido horizontal debe realizarse con una onda diente de sierra de entre 350 y 475 [Voltios] para aprovechar todo el ancho de la pantalla.

    Qu'on voise une ou plusieures ondes , dependra de la fréquence du balayage. Si la fréquence du balayage est égal à la fréquence de la courrant alternative, on vera une demi onde. Si comme au second example, on voit 2 ondes completes, le baleyage horizontale a une relation 1:4, si le baleyage est de 50 [Hz] (ou cicles par seconde), la fréquence de l'onde visualizé est de 200 [Hz].

    L'écran à un diamètre de visualization de 2 3/4 [pouces], mais selon les donnés techniques du tube d'image 3BP1 avec un voltage de 1500 [V] au dernier l'éléctrode, ont a besoin de 94 a 128 [Volts/pouce] de déplacement, çea signifie que se déplacer par tout l'écran le long du axe vertical, on a besoin d'entre 260 à 352 [Volts].

    De la même forme, se déplacer horizontalement sur l'écran d'extreme à extreme, on a besoin d'entre 127 a 173 [Volts/pouce] de déplacement, pour le même voltage du dernier electrode de 1500 [Volts], entre 350 et 475 [Volts]. Ça signifie, que le balayage horizontale doit se faire avec une onde dent de scie d'entre 350 a 475 [Volts] pour utiliser tout le long du écran.

    To see one or more waves, will depends on the frequency of the sweep. If the seep fréquence is equal to the fréquence of the alternate current, we will see only a half of wave. If as in the second example, we see 2 complete waves, the horizontal sweep is in relation 1:4, and if the sweep is 50 [Hz](or cicles per second), the frequency of the visualized wave is 200 [Hz].

    The useful diameter visualization is 2 3/4 [inches], but technical notes of the 3BP1 image tube says that with a voltage of 1500 [V] in the last electrode, you have to use from 94 to 128 [Volts/inch] of deplacement, this means that to move all the screen long of the vertical axis, you need between 260 to 352 [Volts].

    In the same way, to move horizontaly over the screen from one extreme to the other, we need between 127 to 173 [Volts/inch] of deplacement, for the same voltage of the last electrode of 1500 [Volts], between 350 to 475 [Volts]. This means, that the horizontal sweep we have do with a saw tooth wave, between 350 to 475 [Volts], to use all the screen wide.

    Modulos.jpg

    Nos queda claro entonces qué módulos necesitamos:

  • Un amplificador Horizontal.
  • Un amplificador Vertical.
  • Un generador de Barrido Horizontal de Frecuencia Variable o Base de Tiempo.
  • Una fuente de alimentación para el filamento de la pantalla.
  • Una fuente de alta tensión, para el ascelerador del cañon de electrones.
  • Una fuente de Alimentación de media tensión para los Amplificadores Horizontal y Vertical y el generador de barrido.
  • Un TRC - 3BP1 (Puede ser otro , pero requerirá conocer sus características, lo que no es dificil, consultando en la Internet).
  • Nous savons maintenant quels modules sont nécésaires:

  • Un amplificateur Horizontal.
  • Un amplificateur Vertical.
  • Un generateur de Balayage Horizontal de fréquence Variable ou Base de Temps.
  • Une source d'Alimentation pour le filament du écran.
  • Une source d'haute tension, pour l'accélerateur du canon d'électrons.
  • Une source d'alimentation de tension moyene, pour les amplificateurs horizontale, verticale et le générateur de balayage.
  • Un TRC - 3BP1 (Peut être un autre, mais sera nécésaire connaître ses charactéristiques, ce qui n'est pas difficile de trouver, feussant les questions a l'Internet)
  • Now we know what modules we need:

  • An Horizontal Amplifier.
  • A Vertical Amplifier.
  • An Horizontal sweep generator with variable frequency or Time Base.
  • A screen filament supply.
  • A High tension supply, for the electron cannon accelerator.
  • A medium tension supply source for the horizontal and vertical amplifiers and the sweep generator.
  • A CRT - 3BP1 (It could be another, but you have to search the technical characteristics, wich it's no hard to find, asking the Internet).