informe osciloscopio (1)

FISICA III UNI - FIM

U.N.IFacultad de Ingeniería de Mecánica,

FIM

TEMA: “OSCILOSCOPIO” como instrumento de medida.

Curso: “FISICA III”.

Sección: “”.Profesor de curso: JAVIER CHAVEZ VIVAR.

Integrantes del Grupo:

SUSANIBAR LIZONDO JHONATAN.

MALPARTIDA CUSTODIO OLIVER.

Fecha de Realización: 16/04/2013

Fecha de Entrega: 30/04/2013

1 30 de ABRIL del 2013


ÍNDICE

o Introducción…………………………………………………………………………

o Resumen………………………………………………………………………………

o Osciloscopio como instrumento de medida…..……………………..

o Objetivos……………………………………………………………………………..

o Materiales……………………………………………………………………………

o Fundamento Teórico…………………………………………………………….

o Procedimiento experimental………………………………………………..

o Tabla de mediciones y resultado de los cálculos……………………

o Observaciones………………………………………………………………………

o Recomendaciones…………………………………………………………………

o Conclusiones…………………………………………………………………………

o Bibliografía……………………………………………………………………………



INTRODUCCIÓN

Los circuitos electrónicos se caracterizan por la presencia de señales en diversos

puntos de los mismos, es decir, tensiones o corrientes que evolucionan en el tiempo.

En la mayoría de los casos la velocidad de esta evolución torna imposible su

seguimiento con los instrumentos de deflexión o digitales de uso corriente

(multímetros o testers). Dada la importancia de la información que la evolución

temporal de estas tensiones y corrientes brinda acerca del funcionamiento del circuito

bajo ensayo, se desarrolló un instrumento especial para facilitar su observación y

efectuar mediciones de tensión y tiempo: el osciloscopio.

El Osciloscopio de Rayos Catódicos (ORC) es el instrumento capaz de registrar los

cambios de tensión producidos en circuitos eléctricos/electrónicos y mostrarlos en

forma gráfica en la pantalla de un tubo de rayos catódicos.

El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así

como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos.

Un osciloscopio puede ser usado desde un técnico de reparación de televisores hasta

un médico para medir el ritmo cardiaco

Este instrumento 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.

Por ejemplo en el caso de los televisores, las formas de las ondas encontradas de los

distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante su análisis podemos

diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.



I. OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA1) Objetivos:Lograr que los estudiantes se familiaricen con el osciloscopio, el cual será usado como instrumento de medida de voltaje constante, voltaje alterno, y como instrumento para medir amplitud, periodo y frecuencia de diferentes funciones de voltaje periódicas en el tiempo.

2) Materiales: Un osciloscopio de 25 MHz , Elenco modelo S-1325

Una pila de 1.5 voltios cada una



Una fuente de voltaje constante con varias salidas

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

Un generador de funcion Elenco GF-8026



Cables de conexión

Un multimetro digital

3) Fundamento Teórico:

Osciloscopio Es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo.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.

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma



técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir.

Para medir se lo puede comparar con el plano cartesiano. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).

Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia (en realidad se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia)

El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creación de campos eléctricos y magnéticos.En la mayoría de osciloscopios, la desviación electrónica, llamada deflexión, se consigue mediante campos eléctricos. Ello constituye la deflexión electrostática.Una minoría de aparatos de osciloscopía especializados en la visualización de curvas de respuesta, emplean el sistema de deflexión electromagnética, igual al usado en televisión. Este último tipo de osciloscopio carece de control del tiempo de exploración.El proceso de deflexión del haz electrónico se lleva a cabo en el vacío creado en el interior del llamado tubo de rayos catódicos (TRC). En la pantalla de éste es donde se visualiza la información aplicada.El tubo de rayos catódicos de deflexión electroestática está dotado con dos pares de placas de deflexión horizontal y vertical respectivamente, que debidamente controladas hacen posible la representación sobre la pantalla de los fenómenos que se desean analizar.Esta representación se puede considerar inscrita sobre unas coordenadas cartesianas en las que los ejes horizontal y vertical representan tiempo y tensión respectivamente. La escala de cada uno de los ejes cartesianos grabados en la pantalla, puede ser cambiada de modo independiente uno de otro, a fin de dotar a la señal de la representación más adecuada para su medida y análisis.

Tipos de OsciloscopioLos Osciloscopios también pueden ser analógicos o 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).

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 hacia abajo 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 comience en el mismo punto de la señal repetitiva).

En la siguiente figura puede observarse la misma señal en dos ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo disparado en flanco descendente.

Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:

La atenuación o amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.

La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.

Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.

Por supuesto, también deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS. (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz).

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 o escalones.

Ondas senoidalesSon 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 mayoría 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 fenómenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo.

Ondas cuadradas y rectangularesLas 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 sí 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 sierraSe 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.

Pulsos y flancos o escalonesSeñales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan señales transitorias. Un flanco o escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaría, 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 información atravesando un circuito de un ordenador digital o también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

4)Procedimiento experimental:A. Identificación de controles e interruptores del osciloscopio

1. Observe el osciloscopio e identificar controles e interruptores en el osciloscopio real con los enumerados en la figura 1 (Anexos).En las instrucciones siguientes nos referiremos a los controles del osciloscopio solo por su número correspondiente en la figura 1.

2. Encienda el osciloscopio usando el interruptor 4. Se encenderá una luz roja en el botón 5; usando los interruptores 6 y 8 logre que el punto o la línea tengan una intensidad y un ancho adecuado a su vista.



3. Observe que la señal en el osciloscopio puede ser línea o punto dependiendo de la posición del interruptor 30.Línea en la posición “afuera” y punto en la posición “adentro”. Discuta con su profesor qué es lo que se conecta internamente en el osciloscopio a las placas H para cambiar de uno a otro modo.

4. Sin conectar ningún potencial externo ni en 12 ni en 17, coloque 15 y 20 ambos en posición GND. Con el control 21 en posición CHA (canal 1) use los controles 11 y 27 para colocar el punto luminoso en el centro de la pantalla del osciloscopio. Con el control 21 en CHB (canal 2) use los controles 16 y 27 para colocar el punto luminoso en el centro de la pantalla o en un punto que usted elija como cero para sus medidas de voltaje.

B. Medidas de voltajes dc5. Coloque los interruptores 15 y 20 en la posición DC. Conecte una fuente

de voltaje constante (una pila por ejemplo) al a conexión 12.Manteniendo el control 21 en posición CHA y el control 24 en CHA observe la desviación vertical del punto luminoso. Use las diferentes escalas dadas por el interruptor 13 y decida cuál es la más conveniente.

6. Repita lo hecho en el paso 5 con el voltaje constante conectado a la conexión 17, el control 21 en la posición CHB y el 24 en CHB. Use ahora las escalas dadas por el interruptor 18.Nota: Para que las escalas de los interruptores 13 y 18 sean dados directamente en voltios por división es necesario que los controles 14 y 19 se encuentren en sus posiciones: rotados totalmente en sentido horario y empujados hacia adentro.

7. Investigue las funciones de los controles 15 y 19 jalando cada uno de ellos hacia afuera y rotándolos en sentido antihorario.

8. Regrese los controles 14 y 19 a sus posiciones tales que 13 y 18 den lecturas en voltios por división.

9. Use la fuente de voltaje constante con varias salidas y mida el voltaje de cada salida con el osciloscopio. Compare con los resultados obtenidos usando el multímetro digital.

C. Medidas de voltaje ac: amplitud, voltaje pico-pico, periodo y frecuencia10. Coloque el interruptor 30 en la posición “afuera”.11. Conecte el transformador de 6 V a la conexión 12, el interruptor 21 en

CHA, y control 30 hacia “afuera”. Encuentre la mejor escala de voltios por división (control 13) y la de tiempo por división (control 28) para ver completamente un periodo del voltaje senoidal. Use los controles 22 y 25 para estabilizar el grafico en la pantalla del osciloscopio.



El número de cuadraditos “verticales” multiplicado por el valor indicado en el interruptor 13 nos da la medida en voltios tanto de la amplitud como del voltaje pico-pico.El número de cuadraditos horizontales multiplicado por el valor indicado por el interruptor 28 nos da el periodo del voltaje alterno del transformador. Esto es cierto solo el control 29 está en posición totalmente rotado en sentido horario.La frecuencia en hertz (Hz) es la inversa del periodo (f= 1/T)

12. Repita las medidas hechas en 11 usando CHB.13. Compare los valores de amplitud y voltaje pico-pico con el voltaje eficaz

medido por el multímetro. La relación es = V ef=V √2/2 , siendo V la amplitud. Estos conceptos serán mejor comprendidos al final del curso en el capítulo de corriente alterna.

14. Conecte el generador de onda a la conexión 17 y genere una onda de 7 voltios de amplitud y 100 Hz. Compare el valor digital de frecuencia dado por el generador de función de onda con el periodo medido en el osciloscopio.

D. Otras funciones de voltaje V(t)15. Produzca con el generador de función de onda voltajes que dependen

del tiempo en forma de onda cuadrada y en forma de diente de sierra. En cada caso relacione la frecuencia dada por el generador con el periodo medido con el osciloscopio.

E. Osciloscopio como graficador XYPara que el osciloscopio funcione graficador XY es necesario que el interruptor 30 esté en la posición “adentro”, el interruptor 24 en CHA, y el 21 en CHB.

16. Conecte la salida del transformador de 6 voltios simultáneamente a CHA y a CHB. Con el interruptor 30 en posición “afuera” observe como se ve el voltaje senoidal en cada canal. Con ayuda de los controles 11 y 16 trate de ubicar las señales del canal 1 y canal 2 en diferentes alturas de la pantalla del osciloscopio. Colocando el interruptor 21 en posición DUAL observara ambos voltajes al mismo tiempo.

17. Ponga el interruptor 30 en posición “adentro”, el 21 en CHB y el 24 en CHA, observe el grafico XY

18. Observe el efecto de jalar hacia “afuera” el interruptor 16.19. Conecte el transformador al canal 1 y el generador de función al canal 2.

Genere una función de onda de 60 hz y observe grafico XY.20. Repita 19 usando frecuencias de 120, 180 y 240 hz.



5) Tabla de mediciones y resultado de los cálculos:I. Tabla de Voltajes

Haga una tabla de tres columnas indicando el voltaje medido con el

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

Se presenta una tabla de tres columnas indicando el voltaje medido con el osciloscopio (Vosc), el voltaje medido con el multímetro (Vmult.), y el voltaje nominal de cada salida de la fuente (Vfte.).

Vosc Vmult Vfte.

II. Voltaje de la fuente

¿Es realmente constante el voltaje dado por esta fuente?

El voltaje de la fuente (pila) es constante ya que su grafica en XY observada en el osciloscopio era una recta paralela al eje X.

III. Periodo y frecuencia de voltaje alterno de 6v

¿Cuál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 voltios?

Canal # div. hor. escala (ms/div) T (ms) f (Hz)CH1CH2

Canal # div. vert. escala (v/div) Av (V) Av-p-p (V) Vef (v)CH1CH2

Av : Amplitud de voltaje / Av-p-p : Amp. de volt. De pico a pico / Vef = Voltaje eficaz

V ef=V √2

2

IV. Osciloscopio como graficador XY



Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en los

pasos 17 y 18 del procedimiento.

Si el osciloscopio está 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 señal observada.

CANAL 1 CANAL 2

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



V. Generador de onda Compare el valor digital de frecuencia dado por el generador de función de onda con el periodo medido en el osciloscopio. Repita este paso para las 3 formas de onda.

Frecuencia dada por el generador de onda: 100 HzAmplitud de voltaje: 7 V

Forma de onda # div. hor. escala (ms) T (ms) f (Hz)SenoidalCuadrada

Diente de sierra

6)Observaciones



Al momento de encender el osciloscopio salía una línea en forma vertical, la cual no llegaba a ser un punto por más que cambiábamos de canal; después de encender y apagar el osciloscopio recién apareció el punto.

En una de las pruebas realizadas se explicaba que los canales deberían estar en canal 1 los dos; pero al momento de realizar la prueba no se observaba bien en la pantalla, por lo que intentamos cambiar los canales y los alternamos y recién apareció la figura en la pantalla del osciloscopio.

Al medir el voltaje de la pila con el multímetro se observó que al principio la medida salió negativo, pero al cambiar de posición a los conectores el voltaje es el mismo pero en signo positivo.

7)Recomendaciones



8)Conclusiones Podemos concluir de los resultados que el multímetro como indicador de

voltaje tiene mayor precisión que el osciloscopio.

El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creación de campos eléctricos y magnéticos. Si en lugar de colocar un potencial constante entre las placas H se conecta un potencial que varía lineal y periódicamente con el tiempo, entonces se tendrá en la pantalla fluorescente un punto luminoso cuya posición varia también linealmente con el tiempo a lo largo del eje X . Puesto que X es proporcional al tiempos puede establecer una correspondencia entre la longitud de un cuadrito en la pantalla del osciloscopio y el tiempo que demora el punto luminoso en recorrer, es decir, la longitud a lo largo del eje X puede representar una escala del tiempo (X proporcional a V y V proporcional a t, entonces X es proporciona la t)

La alternación de canales en una de las pruebas se debe a que el osciloscopio que utilizamos no estaba del todo bien y algunas de sus funciones estaban en sentido inverso.

Al conectar el transformador de 6V a cualquiera de las salidas del osciloscopio, la imagen proyectada en la pantalla es una función senoidal, debido a que hay un movimiento rectilíneo uniforme en el eje X y un movimiento armónico simple en el eje Y entonces podemos afirmar que la función en la pantalla es un gráfico Potencial vs. Tiempo y gracias a este grafico se pueden medir amplitudes, periodos, frecuencias, etc.



10)Bibliografía SEARS, ZEMANSKY,YOUNG,FREEDMAN: ' Física Universitaria’, (Vol 2) undécima

edición, Corriente resistencia y fuerza electromotriz (Pág. 942-943-944) Kauffman &Seidman – Handbook for electronics Engineering Technicians

McGrawHill Sec. Edic. Caps 23, 24. Alfonso M., Finny. : Física Vol 1 Cap. 9-12. Resnick Halleday. : Física Vol 1 Cap. 7-15.


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