UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA INFORME N 02FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS FSICA II

OBJETIVOS:

Llegar a obtener los conocimientos bsicos para el uso adecuado del osciloscopio en la medicin de voltajes de corriente, y plasmarlo en el manejo de esta. Conocer por medio del osciloscopio la diferencia que existe entre una corriente continua y corriente alterna, por medio de las grficas que muestra el osciloscopio en conjunto con el Generador de funciones. Analizar las mediciones obtenidas por dicho instrumento y compararlas con las que llevaban registradas las fuentes de voltaje.

FUNDAMENTO TERICO:

OsciloscopioUn osciloscopio es un instrumento de visualizacin electrnico para la representacin grfica de seales elctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrnica de seal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las seales elctricas 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 as 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.

FIGURA 1. Esquema de un osciloscopio o tubo de rayos catdicos. Las placas que desvan los electrones a lo largo del eje X se llaman placas H y las que los desvan a lo largo del eje Y se llaman placas V. En el interior del tubo se ha hecho alto vaco.Los osciloscopios, clasificados segn su funcionamiento interno, pueden ser tanto analgicos como digitales, siendo el resultado mostrado idntico en cualquiera de los dos casos, en teora.

Con el osciloscopio se pueden visualizar formas de ondas de seales alternantes, midiendo su voltaje pico a pico, medio y rms. Los circuitos fundamentales son los siguientes:

Atenuador de entrada vertical Amplificador de vertical Etapa de deflexin vertical Amplificador de lamuestrade disparo (trigger) Selector del modo de disparo (interior o exterior) Amplificador del impulso de disparo Base de tiempos Amplificador del impulso de borrado Etapa de deflexin horizontal Tubo de rayos catdicos Circuito de alimentacin.Tipos de osciloscopio

Los equipos electrnicos se dividen en dos tipos:AnalgicosyDigitales. Los primeros trabajan convariablescontinuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Los primeros trabajan directamente con la seal aplicada, est una vez amplificada desva un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analgico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la seal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta informacin en la pantalla.Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analgicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rpidas de la seal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiareventosno repetitivos (picos de tensin que se producen aleatoriamente).

Osciloscopios analgicos

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la seal atraviesa esta ltima y se dirige a la seccin vertical. Dependiendo de dnde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la seal la amplificaremos.En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente seal para atacar las placas de deflexin verticales (que naturalmente estn en posicin horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del ctodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensin es positiva con respecto al punto de referencia (GND) o hacia abajo si es negativa.La seal tambin atraviesa la seccin 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 deflexin horizontal (las que estn en posicin 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 ms rpida con la parte descendente del mismo diente de sierra.De esta forma la accin combinada del trazado horizontal y de la deflexin vertical traza la grfica de la seal en la pantalla. La seccin de disparo es necesaria para estabilizar las seales repetitivas (se asegura que el trazado comienza en el mismo punto de la seal repetitiva).En la siguiente figura puede observarse la misma seal 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.

Como conclusin para utilizar de forma correcta un osciloscopio analgico necesitamos realizar tres ajuste bsicos: La atenuacin o amplificacin que necesita la seal. Utilizar el mando AMPL para ajustar la amplitud de la seal antes de que sea aplicada a las placas de deflexin vertical. Conviene que la seal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los lmites. La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una divisin en horizontal de la pantalla. Para seales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos. Disparo de la seal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible seales repetitivas.Por supuesto, tambin deben ajustarse los controles que afectan a la visualizacin: FOCUS (enfoque), INTENS. (Intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posicin vertical del haz) y X-POS (posicin horizontal del haz).

Osciloscopios digitalesLos osciloscopios digitales poseen adems de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la seal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la seccin vertical ajusta la amplitud de la seal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analgico.El conversor analgico-digital del sistema de adquisicin de datos muestrea la seal a intervalos de tiempo determinados y convierte la seal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la seccin horizontal una seal 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 seal. El nmero de los puntos de seal utilizados para reconstruir la seal en pantalla se denomina registro. La seccin de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de seal en el registro. La seccin de visualizacin recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la seal.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 analgico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL, el mando TIMEBASE as como los mandos que intervienen en el disparo.Tipos de ondasSe 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 o escalones. Ondas senoidalesSon las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de seales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la seal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las seales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de seal son tambin senoidales, la mayora de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen seales senoidales. La seal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenmenos de oscilacin, pero que no se mantienen en el tiempo.

Ondas cuadradas y rectangularesLas ondas cuadradas son bsicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensin, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de seales contienen en s mismas todas las frecuencias). La televisin, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de seales, fundamentalmente como relojes y temporizadores. Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensin permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales.

Ondas triangulares y en diente de sierraSe producen en circuitos diseados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analgico o el barrido tanto horizontal como vertical de una televisin. Las transiciones entre el nivel mnimo y mximo de la seal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas. La onda en diente de sierra es un caso especial de seal triangular con una rampa descendente de mucha ms pendiente que la rampa ascendente.

Pulsos y flancos o escalonesSeales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan seales transitorias. Un flanco o escaln indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentacin. El pulso indicara, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de informacin atravesando un circuito de un ordenador digital o tambin un pequeo defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentneo). Es comn encontrar seales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

EQUIPOS Y MATERIALES: Un Osciloscopio de 25 MHz. Elenco modelo S-1325

Una pila de 1.5 voltios

Una fuente de voltaje constante con varias salidas

Un transformador de voltaje alterno 220/6V, 60 Hz.

Un generador de funcin Elenco GF -8026

Cables de conexin

Un multmetro digital

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:A. Identificacin de controles e interruptores del osciloscopioObservar el osciloscopio, identificar los controles y encender adecuadamente Utilizar el interruptor 30 segn convenga, es decir si se quiere que la seal sea lnea o punto.Sin conectar ningn potencial a 12 ni 17, colocar 15 y 20 es posicin GND, luego ubicar el interruptor en CHA o en CHB, luego analizar el funcionamiento de 11 y 27 o de 16 y 27

B. Medidas de voltajes dcRepetir el paso anterior pero cambiando de posicin 21 y 24, y usando las escalas dadas por el interruptor 18Colocar 15 y 20 en posicin DC y conectar una fuente a 12, colocando 21 en CHA y 24 en CHB

Regresar los controles 14 y 19 a sus posiciones tales que 13 y 18 d lecturas en voltios por divisin, luego comparar el voltaje obtenido con la lectura del multmetro

Investigar las funciones de 14 y 19 jalndolos hacia fuera y rotndolos

C. Medidas de voltaje ac: amplitud, voltaje pico-pico, periodo y frecuenciaColocar el interruptor 30 en pos. Afuera, luego conectar el transformador de 6V y 21 en CHA. Finalmente realizar los clculos respectivos.

Conectar el generador de ondaa la conexin 17 y generar una onda de 7 voltios de amplitud y 100 Hz.

D. Otras funciones de voltaje v(t)Relacionar en cada caso la frecuencia dad por el generador con el periodo medido en el osciloscopio

Producir, con el generador de onda, voltajes que dependen del tiempo en forma de onda cuadrada yy forma de diente de sierra.

E. Osciloscopio como grafcador XY

Conectar la salida del transformador de 6 V en simultneo en CHA y CHB y con el interruptor 30 en posicin afuera observar el voltaje senoidal en cada caso.Colocar el interruptor 30 en posicin adentro, el interruptor 24 en CHA y el 21 en CHB

Con la ayuda de 11 y 16 tratar de ubicar las seales del canal 1 y canal 2 en diferentes alturas de la pantalla, para lo cual se tiene que ubicar el interruptor 21 en posicin DUAL.Poner el interruptor 30 en posicin adentro, el 21 en CHB y el 24 en CHA, observar en grafico XY. Luego observar lo que sucede cuando se jala hacia fuera el interruptor 16

Conectar el transformador al canal 1, el generador de funcin al canal 2 y generar las ondas para 60 Hz., 120 Hz., 180 Hz. Y 240 Hz.

CLCULOS Y RESULTADOS: Voltaje BateraVmultimetro = 1.578 v Escala: 1v/divObservacin A: El punto se traslada del origen (0,0) al punto (0,8)Sube 1.6 divisionesObservacin B: El puntos se traslada del origen (0,0) al punto (7,8)Sube 1,6 divisionesVosciloscopio = 1.6 v

Voltaje Fuente de poder

4 voltiosVmultimetro = 4.71 v Escala: 2v/divSube 2.4 divisionesVosciloscopio = 4.8 v 6 voltiosVmultimetro = 6.97 v Escala: 2v/divSube 3.4 divisionesVosciloscopio = 6.8 v 8 voltiosVmultimetro = 9.68 v Escala: 5v/divSube 2 divisionesVosciloscopio = 10 v

12 voltiosVmultimetro = 14.22 v Escala: 5v/divSube 2.8 divisionesVosciloscopio = 14 v

Voltaje Corriente Alterna

Amplitud: 3.4 divisionesVmultimetro = 6.19 vEscala: 5v/divVpp = 3.4 x 5 = 17 vVpp = x Veff17 v = x VeffVeff = 6.01 v Periodo: 8 divisionesEscala: 2ms/divTosciloscopio = 8 x 2 = 16 msFosciloscopio = 62.5 Hz

CUESTIONARIO:1. Calcular el valor porcentual de

2. El valor de Vm est dentro del rango de incertidumbre del osciloscopio?Si esta dentro del rango de incertidumbre que es , ya que < 3. Explique la diferencia entre las medidas realizadas por el osciloscopio y el multimetro. Halle el valor de Vp = Vm? Explique.

4. Halle la frecuencia medida en el osciloscopio y (C-14) compare con la frecuencia del generador de ondas.Fosciloscopio = Fgenerador de ondas = 100 Hz

CUESTIONARIO DE LA GUIA 1. Haga una tabla de tres columnas indicando el voltaje medido con el osciloscopio, el voltaje medido con el voltmetro y el voltaje nominal de cada salida de la fuente.Voltaje osciloscopio(V)Voltaje multmetro(V)Voltaje nominal(V)

Pila1,5

Transformador6

2. Es realmente constante el voltaje de cada salida dado por esta fuente?No es constante, como se muestra en las mediciones hechas, para diferentes tipos de medida, vara en dcimas o centsimas de voltio, pues vara ligeramente debido a el transformador que est incorporado a la fuente tiene su tiempo de uso o se encuentra un poco daando, y que tiene un rango de variacin pequeo, pero quizs no tan significativo para muchos usos que se le da a este voltaje continuo, como en algunos electrodomsticos; que vienen con transformadores incorporados.

3. Cul es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 Voltios?. Voltaje Corriente AlternaAmplitud: 3.4 divisionesPeriodo: 8 divisionesEscala: 2ms/divTosciloscopio = 8 x 2 = 16 msFosciloscopio = 62.5 Hz

Vmultimetro = 6.19 vEscala: 5v/divVpp = 3.4 x 5 = 17 vVpp = x Veff17 v = x VeffVeff = 6.01 v

4. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en los pasos 17 y 18 del procedimiento.

5. Si el osciloscopio est 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 con diferentes salidas) en el canal 2. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio indicando la seal observada.

CONCLUSIONES:

BIBLIOGRAFA:LIBROS: Fsica. Volumen II - Alonso, Marcelo/Finn, Edward - Fondo Educativo Interamericano S.A.PGINAS WEB: Electrnica Fcil, Agustin Borrego Colomer, Osciloscopio: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php WIKIPEDIA, La enciclopedia libre: http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio Jos Antonio Gmez Tejedor Universidad Politcnica de Valencia, blog personales, Osciloscopio: http://personales.upv.es/jogomez/labvir/material/osciloscopio.htm

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