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Osciloscopio
De Wikillerato
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A continuación, los electrones atraviesan una rejilla para que sólo la atraviesen los electrones perpendiculares a la rejilla (y a la placa). Después, los electrones se encuentran frente a un ánodo que además de acelerar los electrones, nos permite enfocar bien la señal que van a producir los electrones en la pantalla. Este ánodo tiene forma de cilindro de muy corta generatriz y con un cilindro hueco, del mismo eje, en su interior. Los electrones poco veloces chocan en su mayoría con el ánodo. Los muy veloces, por inercia, conseguirán atravesar la placa y salir ya seleccionados por el orificio. Cuanto mayor sea la tensión aplicada, los electrones van a ser más acelerados pero, además, esa tensión hará que sólo los electrones más veloces la atraviesen. | A continuación, los electrones atraviesan una rejilla para que sólo la atraviesen los electrones perpendiculares a la rejilla (y a la placa). Después, los electrones se encuentran frente a un ánodo que además de acelerar los electrones, nos permite enfocar bien la señal que van a producir los electrones en la pantalla. Este ánodo tiene forma de cilindro de muy corta generatriz y con un cilindro hueco, del mismo eje, en su interior. Los electrones poco veloces chocan en su mayoría con el ánodo. Los muy veloces, por inercia, conseguirán atravesar la placa y salir ya seleccionados por el orificio. Cuanto mayor sea la tensión aplicada, los electrones van a ser más acelerados pero, además, esa tensión hará que sólo los electrones más veloces la atraviesen. | ||
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Los electrones se encuentran después con un cilindro conectado al cátodo, el cual, además de acelerar aún más los electrones, sólo los de gran velocidad podrán atravesarlo, pues el resto quedará absorbido por las paredes internas del cilindro. Todos los electrones saldrán con la misma velocidad. Hemos obtenido un haz de electrones monocinéticos. | Los electrones se encuentran después con un cilindro conectado al cátodo, el cual, además de acelerar aún más los electrones, sólo los de gran velocidad podrán atravesarlo, pues el resto quedará absorbido por las paredes internas del cilindro. Todos los electrones saldrán con la misma velocidad. Hemos obtenido un haz de electrones monocinéticos. | ||
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Este haz de electrones monocinéticos, encuentra en su camino un condensador constituido por dos placas verticales., las cuales si están conectadas, les provocarán una desviación horizontal. Se llaman las '''placas de desviación horizontal'''. | Este haz de electrones monocinéticos, encuentra en su camino un condensador constituido por dos placas verticales., las cuales si están conectadas, les provocarán una desviación horizontal. Se llaman las '''placas de desviación horizontal'''. | ||
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| + | Estas placas de desviación horizontal, están rodeadas de un imán que las engloba. El imán sufre un movimiento circular uniforme, de tal modo que provoca sobre las placas una tensión variable de dientes de sierra. | ||
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| + | Cuando la placa de la derecha esta cargada con cargas negativas, el haz de electrones describe en el interior del condensador una parábola que saldrá tangente a la placa y luego continúa en línea recta hasta chocar con la pantalla por la izquierda. La tensión va aumentando desde <math>-U_{max}</math> hasta que se hace cero, y entonces el haz producirá la señal en el centro de la pantalla. Cuando la tensión es <math>U_{max}</math> el haz de electrones llega al extremo opuesto de la pantalla. | ||
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| + | A una tensión de estas características, que permite que la señal del haz sobre la pantalla haga un desplazamiento horizontal, se llama '''dientes de sierra''' y decimos que el '''osciloscopio está conectado en barrido (scane)'''. | ||
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| + | El barrido se hará más o menos rápido en función de la variación de la tensión de dientes de sierra. Si la pendiente es muy pequeña, se verá la señal recorrer la pantalla, como un punto que se mueve. Si la pendiente es muy pronunciada, la señal barre tan rápidamente la pantalla que el ojo vera una línea continua. | ||
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| + | Si llamamos periodo <math>T</math> al tiempo que tarda el haz en pasar dos veces consecutivas por el centro de la pantalla, <math>\varepsilon << T</math>. El tiempo <math>T - \varepsilon </math> , que tarda la señal en recorrer el osciloscopio de izquierda a derecha, se puede regular, regulando la tensión y se le llama ''base de tiempos''. | ||
| + | Cada intervalo <math> \Delta x</math> (sobre las líneas horizontales de la pantalla) representa un tiempo <math> \Delta t</math>. | ||
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| + | Posteriormente, en el seno del '''osciloscopio''' hay un sistema de placas horizontales, de modo que si se aplica una tensión variable sobre las mismas, se obtendrá una curva. | ||
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| + | La ventaja de obtener señales regulares, tal como las representadas anteriormente, es que nos permite graduar el eje de tiempos. Si en el generador producimos una frecuencia de 1 kHz, el periodo correspondiente será <math>T = \frac{1}{f} = 10^{-3} s = 1 ms </math> | ||
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| + | En ese caso, dos puntos como <math> O </math> y <math>P</math>, que están en concordancia de fase, se encuentran separados por una distancia <math>\Delta x</math> que representará un periodo <math>T = 1 ms</math> | ||
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| + | Si nosotros conectamos la bobina utilizada para el estudio movimiento del resorte a las placas de desviación vertical, se obtiene una onda sinusoidal cuyo periodo se corresponde con el del resorte | ||
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| + | Mas, si lo que conectamos es un micrófono se obtendrá la gráfica de la variación de la señal sonora recibida por el micrófono. De este modo, como se verá, al conectar el micrófono a una de las vías, <math>A</math> por ejemplo, y el generador directamente a la via <math>B</math> y a un altavoz que permita hacer llegar al micrófono la onda emitida, podremos medir la velocidad del sonido en el aire. | ||
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Revisión actual
Un osciloscopio consiste brevemente en una fuente de electrones que son acelerados y concentrados en un pequeño haz, el cual pasa posteriormente a través de dos sistemas de placas, uno de los cuales constituye un condensador de placas horizontales - que produce una desviación vertical de los electrones- y, el otro, formado por dos placas verticales, que producen sobre los electrones una desviación horizontal. Los electrones, finalmente chocan contra una pantalla fluorescente.
En el interior del aparato está hecho el vacío.
Pero veamos el funcionamiento de cada una de las partes.
En primer lugar nos encontramos con la fuente de electrones, que puede ser obtenida:
a) Mediante un filamento incandescente que actúa como una autopista a la que deberán adaptarse los electrones en su movimiento, al doblar las curvas del filamento, muchos de ellos se salen de la pista porque, cumpliendo la la primera ley de la dinámica, la Ley de Inercia, continúan su movimiento en línea recta.
b) Mediante un electrodo de grafito incandescente terminado en punta, por medio de la cual, calienta una placa conectada al cátodo. Los electrones superficiales de la placa la abandonan en todas direcciones, pero más concentrados en la dirección de la punta.
A continuación, los electrones atraviesan una rejilla para que sólo la atraviesen los electrones perpendiculares a la rejilla (y a la placa). Después, los electrones se encuentran frente a un ánodo que además de acelerar los electrones, nos permite enfocar bien la señal que van a producir los electrones en la pantalla. Este ánodo tiene forma de cilindro de muy corta generatriz y con un cilindro hueco, del mismo eje, en su interior. Los electrones poco veloces chocan en su mayoría con el ánodo. Los muy veloces, por inercia, conseguirán atravesar la placa y salir ya seleccionados por el orificio. Cuanto mayor sea la tensión aplicada, los electrones van a ser más acelerados pero, además, esa tensión hará que sólo los electrones más veloces la atraviesen.
Los electrones se encuentran después con un cilindro conectado al cátodo, el cual, además de acelerar aún más los electrones, sólo los de gran velocidad podrán atravesarlo, pues el resto quedará absorbido por las paredes internas del cilindro. Todos los electrones saldrán con la misma velocidad. Hemos obtenido un haz de electrones monocinéticos.
Este haz de electrones monocinéticos, encuentra en su camino un condensador constituido por dos placas verticales., las cuales si están conectadas, les provocarán una desviación horizontal. Se llaman las placas de desviación horizontal.
El movimiento que las placas provocan sobre el haz, visto desde arriba sería el recreado en la animación:
Estas placas de desviación horizontal, están rodeadas de un imán que las engloba. El imán sufre un movimiento circular uniforme, de tal modo que provoca sobre las placas una tensión variable de dientes de sierra.
Cuando la placa de la derecha esta cargada con cargas negativas, el haz de electrones describe en el interior del condensador una parábola que saldrá tangente a la placa y luego continúa en línea recta hasta chocar con la pantalla por la izquierda. La tensión va aumentando desde 
hasta que se hace cero, y entonces el haz producirá la señal en el centro de la pantalla. Cuando la tensión es 
el haz de electrones llega al extremo opuesto de la pantalla.
Pero la señal aparece de nuevo por la parte izquierda de la pantalla. El tiempo que transcurre desde que desaparece por la derecha y aparece por la izquierda es un muy breve, imperceptible para el ojo. A una tensión de estas características, que permite que la señal del haz sobre la pantalla haga un desplazamiento horizontal, se llama dientes de sierra y decimos que el osciloscopio está conectado en barrido (scane).
El barrido se hará más o menos rápido en función de la variación de la tensión de dientes de sierra. Si la pendiente es muy pequeña, se verá la señal recorrer la pantalla, como un punto que se mueve. Si la pendiente es muy pronunciada, la señal barre tan rápidamente la pantalla que el ojo vera una línea continua.
Si llamamos periodo 
al tiempo que tarda el haz en pasar dos veces consecutivas por el centro de la pantalla, 
. El tiempo 
, que tarda la señal en recorrer el osciloscopio de izquierda a derecha, se puede regular, regulando la tensión y se le llama base de tiempos.
Cada intervalo 
(sobre las líneas horizontales de la pantalla) representa un tiempo 
.
Posteriormente, en el seno del osciloscopio hay un sistema de placas horizontales, de modo que si se aplica una tensión variable sobre las mismas, se obtendrá una curva.
Por regla general, un osciloscopio presenta dos series placas horizontales de desviación vertical, se les llama vía 
y vía 
Si conectamos un generador de 
(Baja frecuencia) las curvas que aparecen tienen aspecto diverso:
Una sinusoide la doble flecha bajo la curva, en lugar entre el Origen ( 
en lugar de una ) y (que pondrás 
) la pones entre las dos primeras crestas
El periodo es el tiempo que nos marque la base de tiempos entre y
Señales en dientes de sierra regulares o cuadradas.
La ventaja de obtener señales regulares, tal como las representadas anteriormente, es que nos permite graduar el eje de tiempos. Si en el generador producimos una frecuencia de 1 kHz, el periodo correspondiente será 
En ese caso, dos puntos como y , que están en concordancia de fase, se encuentran separados por una distancia 
que representará un periodo 
Aplicaciones
Si nosotros conectamos la bobina utilizada para el estudio movimiento del resorte a las placas de desviación vertical, se obtiene una onda sinusoidal cuyo periodo se corresponde con el del resorte
Mas, si lo que conectamos es un micrófono se obtendrá la gráfica de la variación de la señal sonora recibida por el micrófono. De este modo, como se verá, al conectar el micrófono a una de las vías, por ejemplo, y el generador directamente a la via y a un altavoz que permita hacer llegar al micrófono la onda emitida, podremos medir la velocidad del sonido en el aire.
