UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y TEXTILDEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS BASICAS

FISICA 3

INFORME DE LABORATORIO 2“EL OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA”

DOCENTE

Ing. CisnerosINTEGRANTES

MADUEÑO VALDEZ LEONARDOSILVESTRE MUCHA LUIGGI

NIETO JOAQUIN CRISTIAN WILMER

2013

Índice

Índice pág. 03

Informe de Laboratorio Nro. 1:

“Curvas Equipotenciales”

Objetivo pág. 04

Materiales pág. 05

Procedimiento experimental pág. 07

Fundamento Teórico pág. 08

Hoja de Datos pág. 15

Gráficos y Resultados

Preguntas pág. 18

Observaciones pág. 21

Conclusiones pág. 21

Recomendaciones pág. 21

Bibliografía pág. 22

Apéndice pág. 22

Informe Nº 02:El Osciloscopio como Instrumento de Medida

Objetivos.- 

 

Hacer que el estudiante conozca los controles y empiece a manejar el osciloscopio para así poderlo usar posteriormente como:

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.

Materiales 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.

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 sinodales. 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.

 

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 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 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).

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 deforma 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.

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.

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.

Tipos de ondas

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:

• Ondas sinodales•

Ondas cuadradas y rectangulares•

Ondas triangulares y en diente de sierra. • Pulsos y flancos ó escalones.

Ondas sinodales

Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales sinodales 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 sinodales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales sinodales. La señal sinodal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenómenos 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 analógico o 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.

Hoja de datos y gráficos

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 sinodal.

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

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

 

CALCULOS 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 osciloscopio

voltaje medido(multimetro)

voltaje nominal

6.01 V 6.03V 6.03V

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 gráfica de la forma sinodal, y para que sea constante ya la gráfica debería ser una recta (constante en el tiempo) como es el caso para la pila

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 6.3 V.

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

1ms/división: 16 divisiones.

T(periodo)= (time/divisiones) X (divisiones)

T (1ms)=16 divisiones x 1x103seg/divisiones = 16x103 seg.

2ms/ división: 8 divisiones.

T(2ms)= 8 divisiones x 2x103 aeg/divisiones = 16x103 seg.

5ms/división : 3.2 divisiones.

T(8ms)= 3.2 divisiones x 2x103seg/divisiones= 16x103 seg.

La frecuencia medida para las 3x posiciones del interruptor 28:

F(frecuencia)= 62.5 Hz.

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

Se visualiza en la pantalla del osciloscopio dos gráficas, una de ellas en forma senoidal y la otra

como recta paralelo al eje x.

Cuando el interruptor 30 esta hacia afuera, se presenta dos graficas de manera senoidal.

5. si el osciloscopio esta en modo XY y coloca un voltaje constante de 1,5 voltios (una pila) en el canal 1 y de 3 voltios( fuente de voltaje constante de diferentes salidas ) en el canal 2. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio indicando la señal observada.

6. repita 5 pero con el control 16 hacia afuera

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Se visualiza un punto en el plano XY.

Con el control 16 en posición “afuera”, se observa un

desplazamiento del punto (mostrada en la gráfica anterior).

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 varía 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 más según la escala seleccionada.

Las figuras en XY que se generan al conectar el generador de función con el transformador varían de acuerdo a la frecuencia asignada con el generador de defunción, debido a que la del transformador es constante.

Al observar la gráfica 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.

RECOMENDACIONES

Se recomienda verificar previamente el uso del osciloscopio además de los demás materiales puesto que el uso y la antigüedad afecta a los resultados

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