2do informe de laboratorio de fisica 3

[ ] INFORME DE LABORATORIO Nº2

I. OBJETIVOS .-

Hacer que el estudiante conozca los controles y empiece a manejar el osciloscopio

para así poderlo usar posteriormente como:

o Instrumento de medida de voltaje contante, voltaje alterno, y como instrumento

para medir amplitud, período y frecuencia de diferentes funciones de voltaje

periódicas en el tiempo.

Graficador XY.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO .-

Sin duda alguna el osciloscopio constituye el instrumento que mejor caracteriza a un

laboratorio de electrónica. Su utilidad se comprende fácilmente ya que permite la

observación y medida de señales, usualmente periódicas, que se están produciendo o que se

están procesando en un circuito electrónico; es decir es un instrumento que permite saber lo

que está ocurriendo con las señales de un circuito “en tiempo real”. En la actualidad se

dispone de osciloscopios de tipo análogo y digital, cada uno con sus ventajas y desventajas.

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, de forma

repetida, crece suavemente y luego cae de

forma brusca).

Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia

puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la

frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica


En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado

por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se

ilumina por el impacto de los electrones. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera

de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones

debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada.

De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación

horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en

ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la

pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es

percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma

adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del

rayo.

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, además de moverse de izquierda a

derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con

mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada.

Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, 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. Con ello a cada división horizontal corresponderá un

tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión

concreta.

Osciloscopio digital:

En la actualidad los

osciloscopios analógicos están siendo

desplazados en gran medida por los

osciloscopios digitales, entre otras

razones por la facilidad de poder

transferir las medidas a un ordenador

personal.



En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor

analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este

componente, esta debe ser cuidada al máximo.

Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son

aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales

como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta

duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite

comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo

equipos que combinan etapas analógicas y digitales.

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de

obtener con circuitería analógica, como los siguientes:

- Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor

eficaz.

- Medida de flancos de la señal y otros intervalos.

- Captura de transitorios.

- Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal.

COMPONENTES DE UN OSCILOSCOPIO

Para comprender el funcionamiento de un osciloscopio en su totalidad, se debe tener

en consideración que sus complejas funciones de mediciones se llevan a cabo por el

funcionamiento de distintos subsistemas.

Las partes esenciales (o subsistemas) que se pueden distinguir son:}

- Tubos de rayos catódicos (TRC).

- Amplificador X-Y ó sistema de deflexión horizontal-vertical.

- Fuente de poder.

- Puntas de pruebas.

- Circuitos de calibración.



La señal a medir se detecta por medio de las puntas de pruebas o sondas del

osciloscopio (generalmente cable coaxial) e ingresa al osciloscopio (terminales de entrada

del equipo). Con frecuencia la señal en este punto tiene una amplitud demasiado pequeña

para activar el TRC. Se usa la amplificación antes de llegar a las placas de deflexión

vertical. Con todo ello y dentro del TRC, se crea un haz de electrones mediante un cañón de

electrones que es dirigido a una pantalla fluorescente creando un punto de luz en el lugar del

impacto con la pantalla. Dicho haz se dirige en forma vertical en proporción a la magnitud

del voltaje aplicado a las placas de deflexión vertical del tubo. Esta señal amplificada de

entrada también está monitoreada por el sistema de deflexión horizontal, el cual tiene la

misión de barrer horizontalmente el haz de electrones a través de la pantalla a una velocidad

uniforme.

La deflexión simultánea del haz de electrones en la dirección vertical (por el sistema

de deflexión vertical y las placas de deflexión vertical) y en la dirección horizontal (por los

circuitos de base de tiempo y las placas de deflexión horizontal) hace que el punto de luz

producido por el haz de electrones trace una línea en el TRC. Si la entrada es periódica y los

circuitos base de tiempo sincronizan correctamente el barrido horizontal con la deflexión

vertical, el punto de luz recorrerá el mismo camino una vez y otra vez. Si la frecuencia de la

señal periódica es bastante alta (mucho mayor de 50 Hz), el trazo aparecerá como una

imagen permanente y estable en la pantalla.

Despliegue del rayo o haz de electrones (TRC)

El tubo en sí es un recipiente sellado de vidrio con un cañón de electrones y un

sistema de deflexión dentro de él y una pantalla fluorescente todo ello inmerso en un alto

vacío de manera que no interfieran las moléculas gaseosas en el camino del haz de

electrones y pierda su alta finesa.

Amplificador X-Y ó sistema de deflexión horizontal – vertical

En el cañón el cañón electrónico y la pantalla existen dos pares de electrodos

paralelos conocidos como placas deflectoras. Un par está colocado verticalmente,

produciendo una deflexión vertical (eje y) y el otro está dispuesto en forma horizontal

produciendo una deflexión horizontal (eje x). Según sea el potencial aplicado a estos

electrodos, será la ubicación del punto donde incide el haz luminoso en la pantalla. La

deflexión será más o menos grande y en un sentido o en otro según sean los valores y



polaridades de los potenciales aplicados. La aplicación simultánea de tensiones apropiadas a

ambos pares de placas permite controlar el impacto luminoso en todo el plano X-Y.

La pantalla fluorescente

El interior de la pantalla está recubierto por un depósito de fluorescente que al incidir

el haz de luz de electrones emite luz que es captada del exterior del tubo. Esta capa es de

fósforo y debe ser lo suficientemente delgada como para ser atravesada por la luz. Las

sustancias fluorescentes naturales o sintéticas, útiles para pantallas son numerosas,

produciendo distintos colores o luminosidad. Las de uso común son muy pocas. Algunas de

estas substancias ofrecen una persistencia grande y otras persistencia muy baja. El tiempo

que tarda la intensidad del punto para disminuir al 10 por ciento su brillantez se llama

persistencia del fósforo. Para osciloscopio de laboratorio un fosforescente verde media da

una imagen que para todos los fines es altamente de calidad. En la siguiente tabla se indican

las más usadas.

“Trigger” ó disparo.

La posición del punto en la pantalla de tubo de rayos catódicos está determinada por

la suma de dos vectores, que representan la posición en el eje X e Y.

Si la señal de entrada, eje Y, tiene una forma de onda periódica, cada ciclo de la onda

base de tiempo debe producir un trazo que coincida punto por punto con el trazo precedente,

si esto se cumple, la señal se mantiene fija en la pantalla y se dice que es estable. El disparo

interno consigue estabilidad usando la señal Y de entrada para controlar la partida de cada

barrido horizontal.

Ganancia y sensibilidad del amplificador del Osciloscopio

Se describe a modo de repaso de la operación combinada del atenuador, el

PreAmplificador y el amplificador vertical. El amplificador principal (junto con el

preamplificador) está diseñado para dar una ganancia, K, de un valor fijo, esto significa que

todas las señales aplicadas a la entrada se amplifican por igual factor de ganancia

(típicamente K=1000 a 2000) lo cual tiene ventajas en su diseño desde el punto de vista de la

estabilidad y ancho de banda.



Fuente de Poder

Fuentes de poder internas convierten el voltaje AC de consumo, en potenciales DC

continuos necesario para el funcionamiento del instrumento. Si es necesario por el tipo de

osciloscopio, también producen la alta tensión con que trabaja el tubo de rayos catódicos.

Puntas de prueba del osciloscopio

Las puntas de prueba del osciloscopio efectúan la importante tarea de detectar las

señales en su fuente y transferirlas hasta las entradas del osciloscopio. Idealmente las puntas

deberían efectuar esta función sin cargar o perturbar de modo alguno los circuitos bajo

prueba.

Los tipos más sencillos de puntas serían tan sólo tramos de conductor entre el

circuito a medir y el osciloscopio. Sin embargo, tales puntas casi siempre resultan

inadecuadas debido a que tendrían predisposición a recoger y alimentar al osciloscopio de

señales indeseadas ó espúreas. La respuesta de frecuencia de una punta de prueba se debe

igualar a la respuesta del osciloscopio en el que se fije. Por ejemplo una punta con una

frecuencia de 50 MHz y -3 dB no sería adecuada para un osciloscopio de 400 MHz.

También se debe observar el nivel de tensión máximo que es posible aplicar a una

punta de prueba.

Existen 3 tipos de puntas de prueba:

a) Puntas de compensación pasiva para voltaje.

b) Puntas de prueba activas de voltaje.

c) Puntas de prueba para corriente.

Circuitos de calibración

Es fundamental que en forma periódica se estén revisando los circuitos de

calibración. Para esto la mayoría de los osciloscopios generan una señal de referencia de

frecuencia y magnitud conocidas.

Dicha señal es del tipo cuadrada de magnitud 1 Volt PP y frecuencia 1 kHz. Esta

referencia alimenta los amplificadores verticales y base de tiempo para ser calibrados.

También esta señal permite efectuar los ajustes de compensación de puntas de pruebas.



Para usar un osciloscopio tenemos primero que tener conocimientos previos sobre las

ondas ya que trabajaremos con funciones de voltaje periódicas en el tiempo:

Tipos de ondas

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:

• Ondas senoidales

• Ondas cuadradas y rectangulares

• Ondas triangulares y en diente de sierra.

• Pulsos y flancos ó escalones.

Ondas senoidales

Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades

matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de

diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que

se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las señales de test

producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal son también senoidales, la

mayoria de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales senoidales. La

señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en

fenomenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo.

Ondas cuadradas y rectangulares

Las ondas cuadradas son básicamente ondas que

pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares,

en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente

para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo

de señales contienen en si mismas todas las frecuencias).

La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales,

fundamentalmente como relojes y temporizadores.

Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los

intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente

importantes para analizar circuitos digitales.



Ondas triangulares y en diente de sierra

Se producen en circuitos diseñados para controlar

voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el

barrido horizontal de un osciloscopio analógi co ó el

barrido tanto horizontal como vertical de una televisión.

Las transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante.

Estas transiciones se denominan rampas.

La onda en diente de sierra es un caso especial de

señal triangular con una rampa descendente de mucha más

pendiente que la rampa ascendente.

III. EQUIPO UTILIZADO .-

Osciloscopio de 25 Mhz, Elenco modelo S-1325.-

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación

gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica

de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores

de las señales eléctricas en

forma de coordenadas en

una pantalla, en la que

normalmente el eje X

(horizontal) representa

tiempos y el eje Y (vertical)

representa tensiones. La

imagen así obtenida se

denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o

"Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o

apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto

analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos

casos, en teoría.



Pila de 1.5v.-

Fuente de voltaje constante con varias salidas y Multímetro Digital.-

El multímetro digital es un instrumento

electrónico de medición que generalmente calcula

voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del

modelo de multímetro puede medir otras magnitudes

como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro

podemos comprobar el correcto funcionamiento de los

componentes y circuitos electrónicos.

Transformador de voltaje alterno 220v/6v, 60

Hz.-

El transformador es un dispositivo que

convierte la energía eléctrica alterna de un

cierto nivel de tensión, en energía alterna de

otro nivel de tensión, por medio de

interacción electromagnética. Está constituido

por dos o más bobinas de material conductor,

aisladas entre sí eléctricamente y por lo

general enrolladas alrededor de un mismo

núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el

flujo magnético común que se establece en el núcleo.


http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_magn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagn%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica


Generador de Función Elenco GF-8026.-

El generador de funciones es un equipo capaz de generar señales variables en el

dominio del tiempo para ser aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba.

Las formas de onda típicas son las triangulares, cuadradas y senoidales. También

son muy utilizadas las

señales TTL que

pueden ser utilizadas

como señal de prueba o

referencia en circuitos

digitales.

Otras

aplicaciones del generador de funciones pueden ser las de calibración de equipos, rampas

de alimentación de osciloscopios, etc

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y TOMA DE DATOS .-

Después de la identificación de los controles e interruptores de nuestro Osciloscopio,

procedimos con la medición de los voltajes d.c. (Corriente Continua) con el Multímetro y

con el Osciloscopio, obteniendo la siguiente tabla de datos:

Ejm: Medición del Voltaje de la Fuente a 3V con el Multímetro y la gráfica del voltaje a

escala 0,5(El eje X está ubicado 2 casillas debajo del centro)



Multímetro OsciloscopioV N (V ) V (V ) Escala (V /¿ ) N ° de÷ . V (V )

PILA 1,5 1,2670,5 2,7 1,352 0,65 1,30

FUENTE

3 2,350,5 5 2,502 1,25 2,50

8 8,202 4,30 8,65 1,75 8,75

12 12,732 6,7 13,45 2,7 13,5

Posteriormente procedimos con la medición de voltaje a.c. (Corriente Alterna) del

transformador usando el Osciloscopio y el Multímetro; y usamos el Generador de Señales

para producir funciones de onda que dependen del tiempo en forma cuadrada, diente de sierra

y senoidal.

Ejm: Ondas producidas por el generador de señales del tipo senoidal, diente de sierra y

cuadrada.



Multim.Osciloscopio

AMPLITUD TIEMPOV N (V ) V ef (V ) Esc . (V /¿ ) N °÷. V P (V ) V ef (V ) Esc . (ms /¿ ) N °÷. T (ms ) f ( Hz )Transf .

6,00 5,732 4,2 8,4 5,93 1 8 8 125

5 1,7 8,5 6,01 2 4 8 125

Generador

V P=5V500 Hz

2 2,5 5 0,1 9,6 0,96 1000

V P=5V1 KHz

1 5 5 0,1 10 1 1000

V P=8,5 V60 Hz

5,78 2 4,25 8,5 6,01 1 8 8 125

Lo siguiente de la experiencia fue utilizar el Osciloscopio como graficador XY, siguiendo

los pasos enseñados por el profesor con respecto a los controles, ubicamos en un canal el

Transformador y en el otro el Generador de Señales con el cual hicimos variar la frecuencia y

obtuvimos los siguientes gráficos:

Transf .Generador60 Hz






V. CÁLCULOS Y RESULTADOS .-

1. Haga una tabla de tres columnas indicándole voltaje medido con el osciloscopio, el

voltaje medido con el multímetro y el voltaje nominal de cada salida de la fuente.

Voltaje NominalV N (V )

Multímetro OsciloscopioV (V ) V (V )

FUENTE

3 2,352,502,50

8 8,208,68,75

12 12,7313,413,5

2. ¿Es realmente constante el voltaje de cada salida dado por esta fuente?

En los materiales se supone en primera instancia que la fuente es de voltaje

constante.

Pero en nuestra tabla para un voltaje nominal y también el voltaje medido por el

multímetro hace parecer que es constante pero con el osciloscopio se nota que el

voltaje varía en pequeña magnitud. Y esto significaría que su voltaje es alterno.

Además para la fuente nos genera una grafica de la forma senoidal, y para que sea

constante ya la grafica debería ser una recta (constante en el tiempo) como es el caso

para la pila.



Gráfica de la fuente:(Voltaje variable en el tiempo)

Gráfica de la pila:(Voltaje constante en el tiempo)

3. ¿Cuál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 v? Diga el número de divisiones cuando el control 28 está en posición 1ms/división, 2ms/ división, 5ms/ división ¿Cuál es la frecuencia medida?

El voltaje alterno del transformador lo determina el multímetro y su valor es 5.73V.

Número de divisiones cuando el control 28 está en la posición:

1ms/división: 4.2 divisiones 2ms/ división: 1.7 divisiones

El periodo de voltaje alterno del transformador es de 8ms. Por lo tanto su frecuencia es de 125Hz.

4. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en el osciloscopio usado como graficador XY en los pasos 17 y 18 de la guía.



5. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en el osciloscopio usado como graficador XY en los pasos 17 y 18 de la guía.

CHANNEL I CHANNEL II

6. Repita 5 pero con el control 16 en la posición “afuera”

CHANNEL I

CHANNEL II

VI. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES .-

Los potenciales obtenidos en cada uno de los casos varían en cierto rango debido a la

incertidumbre y a la selección de la escala que usamos en el osciloscopio, y esta también

varia con respecto al Multímetro por su distinta precisión instrumental.

Notamos que el multímetro tiene mayor precisión que el osciloscopio debido a que el

multímetro muestra una cifra que oscila mínimamente y el osciloscopio varia mas según

la escala seleccionada.

Las figuras en XY que se generan al conectar el generador de función con el

transformador varían de acuerdo a las frecuencia asignada con el generador de de

función, debido a que la del transformador es constante.

Al observar la grafica del transformador en el osciloscopio notamos que hay un

movimiento rectilíneo respecto al eje X y un movimiento armónico respecto al eje Y de

ahí que podemos afirmar que es una gráfica V vs t y de ahí que podemos medir amplitud,

periodos, frecuencias, etc.



VII. BIBLIOGRAFIA .-

http://www.unicrom.com/Tut_osciloscopio1.asp

http://www.apuntesdeelectronica.com/instrumentacion/osciloscopio-2.htm

http://www2.ing.puc.cl/~iee2172/files/instrumentacion/osciloscopio_guia.pdf

http://www.udb.edu.sv/Academia/Laboratorios/ccbasicas/EMA/guia7EMA.pdf

http://www.slideshare.net/guest07963/osciloscopio-presentation


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