ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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INFORME DE LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN

PRACTICA No. : 5

TÍTULO: Aplicación Del Osciloscopio En La Medición De Señales De Corriente

Alterna Y Continua.

INTEGRANTES DEL GRUPO:

Kevin Quito 452

José Manobanda 587

Alexandra Yánez 544

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TÍTULO

APLICACIÓN DEL OSCILOSCOPIO EN LA MEDICION DE SEÑALES DE CORRIENTE ALTERNA Y CONTINÚA.

OBJETIVOS

Adquirir soltura en la utilización del instrumental habitual en el laboratorio, generar señales con parámetros predefinidos y medir parámetros temporales y eléctricos

Que el alumno conozca y utilice correctamente el osciloscopio para la medición de señales eléctricas

Que el alumno conozca y utilice correctamente el generador de funciones en la generación de las diferentes formas de onda

MARCO TEÓRICO

OSCILOSCOPIO

¿Qué es un osciloscopio?

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales Eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo. ¿Qué podemos hacer con un osciloscopio? Básicamente esto: • Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. • Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. • Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. • Localizar averías en un circuito. • Medir la fase entre dos señales. • Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

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Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

¿Qué tipos de osciloscopios existen?

Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras quien los segundos lo hace con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital. Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

¿Qué controles posee un osciloscopio típico?

A primera vista un osciloscopio se parece a una pequeña televisión portátil, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor número de controles que posee. En la siguiente figura se representan estos controles distribuidos en cinco secciones:

¿Cómo funciona un osciloscopio?

Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo.

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Osciloscopios analógicos

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de dónde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal o la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) o haciaAbajo si es negativa.La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrasado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.

De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comienza en el mismo punto de la señal repetitiva).

En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.

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Osciloscopios digitales

Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico. El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos muestrea la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.

Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de señal. El número de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro. La sección de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la señal. Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo. Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL, el mando TIMEBASE así como los mandos que intervienen en el disparo.

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Controles de un Osciloscopio

Los controles que se indican son los que se encuentran en la mayoría de

osciloscopios.

POWER: es el switch de encendido y apagado del osciloscopio.

INTENSITY: ajusta la brillantez de la forma de onda para una mejor visualización.

TRACE ROTATION (rotación de trazo): rotando este control con un pequeño

destornillador plano se puede ajustar la línea o trazo en forma horizontal.

FOCUS: este control sirve para iluminar el despliegue en pantalla.

CAL 0.5V: es una terminal para calibración de voltaje. Podemos conectar una de las

puntas del osciloscopio en esta terminal y deberá aparecer en pantalla un voltaje de

0.5 Vpp de aproximadamente 1 Khz en forma de onda cuadrada.

POSITION: es un control de ajuste para mover la señal de los canales I y II en

forma vertical.

VOLTS/DIV VARIABLE FOR CH A: es un ajuste fino para cuando

seleccionamos Volts/div.

VOLTS/DIV: es el control para cambiar de escala referente a voltaje por división

para el canal I.

VERTICAL INPUT: es la entrada vertical para el canal I; aquí se conecta el cable

para introducir una señal por el canal I.

AC-GND-DC: para los dos canales y es una palanca de 3 posiciones, las cuales son:

a) Posición AC: para cuando queramos desplegar una señal AC.

b) Posición GND: es para indicar la tierra (Ground), en esta posición se despliega

solamente un trazo horizontal (------)

c) Posición DC: para cuando queramos desplegar una señal de voltaje AC y DC.

COMP. TEST: (prueba de componentes) este control sirve para cambiar del modo

osciloscopio al modo de probador de componentes (ver procedimiento en su

manual).

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INVERT: botón que cuando es presionado invierte la polaridad vertical de la señal

que está siendo visualizada mediante el canal II.

VOLTS/DIV VARIABLE FOR CH B: ajuste fino para cuando utilizamos el canal

II, debe ubicarse en la posición cal.

VERTICAL INPUT: es la entrada vertical para el canal II, aquí se conecta el cable

para introducir una señal para el canal II.

I-II –DUAL -ADD: son controles que pueden actuar solos o combinadamente de

acuerdo a como se indica a continuación.

CH-A: si se presiona el botón I, se desplegara la señal captada por el canal I.

CH-B: si se presiona el botón II, se desplegara la señal captada por el canal II.

DUAL: pueden desplegarse las señales de los dos canales al mismo tiempo.

ADD: (adición) cuando se presiona este botón, las señales del canal I y II son

sumadas.

X5 MAG: cuando este botón es presionado, el barrido de tiempo es magnificado por

5 veces.

POSITION ↔: sirve para ajustar la posición de la señal en el eje horizontal.

SWEEP TIME/DIV VARIABLE: es un ajuste fino que acompaña al control

time/div.

SWEEP TIME/DIV: es un selector de diferentes escalas que permite modificar el

barrido de tiempo por división de una señal.

GND: (Ground - tierra) es la Terminal para conectar la tierra.

SLOPE + -: es un botón para sincronizar una señal de acuerdo a la polaridad + -.

AUTO: es un botón que al presionarlo, un auto barrido es efectuado. El barrido es

puesto en un estado de libre ejecución aun cuando no se encuentre una señal de

entrada aplicada.

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LEVEL: es una perilla giratoria para ajustar el nivel de disparo de la señal. Se

utiliza para detener un poco la impresión de cuando una señal “parece que no la

podemos detener”.

COUPLING: es una palanca de 3 posiciones para diversos modos de sincronía:

• AC: para operación normal.

• C-LF: es un control para dejar pasar señales de cierta frecuencia nada más.

• TV: sirve para manejar señales de televisión o video compuesto.

EXT. INPUT: es una entrada para el disparo de una señal externa.

SOURCE: (fuente) es un selector de señal de sincronía, sus posiciones son:

• INT: las señales del canal I y II son sumadas en el disparo.

• II: la señal es a partir del canal II.

• LINE: una forma de onda AC es usada como fuente de sincronía.

• EXT: esta posición se usa junto a la señal externa del disparo como fuente de

sincronía.

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REALIZACIÓN PRÁCTICA. PARTE 1

Manejo del Nivel de Corriente Continua

1. Conectar la entrada del Canal I (CH. I) a 0 V activando el control GND y centrar la línea que aparece en la pantalla del osciloscopio, haciéndola coincidir con el eje de abscisas

2. Pasar ahora al modo AC y con el generador de funciones producir una señal triangular de 6 V de amplitud pico a pico y de 2 ms. de periodo

Escala eje X: 500µs

Escala eje Y: 1V

3. Pasar ahora al modo DC y ajustando los controles, que regulan en el generador de funciones el nivel de amplitud de señal continua (offset), superponer a la señal alterna anterior 3 V de señal continua

Escala eje X: 500 µs

Escala eje Y: 1V

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4. Sin tocar ningún control en el generador de funciones, volvemos a pasar al modo AC. ¿Coincide esta representación de la señal con la que se obtuvo en el apartado 2? ¿Son iguales las señales producidas en los apartados 2 y 3? Razonar la respuesta

Si, son iguales en amplitud y voltaje.

Diferencia entre las señales de los dos canales

El apartado 3 se desplaza 3V en corriente continua, y el otro 6V en corriente alterna

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1. Producir con el generador de funciones una señal triangular con una frecuencia de 2 KHz con 7 V de amplitud pico a pico y conectar la salida de este a los canales I y II del osciloscopio. Dibujar la representación que aparece en pantalla del osciloscopio, indicando las escalas de medida

Escala eje X: 250 µs

Escala eje Y: 2V

2. Activar ahora en el osciloscopio el control de inversión de polaridad del CH II así como el control de suma de los dos canales (ADD)

Escala eje X: 250 µs

Escala eje Y: 2V

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REALIZACIÓN PRÁCTICA. PARTE 2

a) Monte el circuito de la figura 1:

- Excite el circuito con una tensión continua (V) de valor 6 V- Mida con ayuda del osciloscopio la tensión en los puntos A y B del circuito- Represente simultáneamente ambas señales en la pantalla

RT=R1+R 2RT=11 0Ω+220 ΩRT=330 Ω

¿=VTRT

¿= 6 V330 Ω

¿=0,01818 A

¿=IR1=IR2

VR 2=IR2∗R 2

VR 3=0,018 1 8 A∗220 ΩVR 3=4 V

Escala eje X: 2.5us

Escala eje Y: 2V

b) Monte el circuito de la Figura 2

Fig. 1 Divisor de tensión con fuente DC

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- Excite el circuito anterior con una señal senoidal (Vi) de 3 KHz, cuya tensión varíe entre -4 y 4 V

- Haciendo uso del osciloscopio, visualice la señal en los puntos A y B del circuito

- Represente simultáneamente ambas señales en la pantalla

Escala eje X: 100us

Escala eje Y: 2V

CONCLUSIONES

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1. Los equipos de laboratorio deben ser usados de una manera correcta y con el mayor cuidado posible.

2. El osciloscopio se utiliza a menudo para tomar medidas en circuitos eléctricos. Es especialmente útil porque puede mostrar cómo varían dichas medidas a lo largo del tiempo, o cómo varían dos o más medidas una respecto de otra.

3. El osciloscopio es una herramienta muy poderosa, ya que nos da una visión clara y concisa como profunda acerca de lo que está sucediendo en un circuito.

BIBLIOGRAFIA

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/movimiento/osciloscopio/osciloscopio.htm

http://www.siste.com.ar/Osciloscopio/osc_1.htm http://www.wilful.net/EL%20OSCILOSCOPIO.pdf

ANEXOS:

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