UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniera Qumica y Textil

rea Acadmica de Ciencias Bsicas

Prctica de Laboratorio N 2Osciloscopio como instrumento de medidaFI 403 BApellidos y nombres de los integrantes:

Soncco Hancco, Alexis JohnProfesor responsable de la prctica:

Luis CisnerosMesa de trabajo: E2Fecha de realizacin de la prctica: 24 04 2015Fecha de presentacin del informe: 05 05 2015Lima PerINDICE

Pg.

1. Objetivos.3

2. Fundamento terico...........................3

3. Materiales...6

4. Procedimiento experimental...75. Datos y resultados.....10

6. Resultados mnimos..12

7. Observaciones y Conclusiones....138. Bibliografa...13OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA

1. Objetivos: Comprender el uso de un instrumento de medida llamado osciloscopio, as como adiestrarse en el manejo del mismo e identificacin de los controles e interruptores.

Emplear el osciloscopio para medir voltajes tanto DC usando la fuente de voltaje constante y/o una pila, como AC usando un transformador 220/6V AC.

Usar el generador de onda para graficar ciertas funciones de voltaje en el osciloscopio. 2. Fundamento terico

EL OSCILOSCOPIOQu es un osciloscopio?

El osciloscopio es bsicamente un dispositivo de visualizacin grfica que muestra seales elctricas 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. Qu podemos hacer con un osciloscopio?.

Bsicamente esto:

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una seal.

Determinar indirectamente la frecuencia de una seal.

Determinar que parte de la seal es DC y cual AC.

Localizar averas en un circuito.

Medir la fase entre dos seales.

Determinar que parte de la seal es ruido y como varia este en el tiempo. Los osciloscopios son de los instrumentos ms verstiles que existen y lo utilizan desde tcnicos de reparacin de televisores a mdicos. Un osciloscopio puede medir un gran nmero de fenmenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud fsica en seal elctrica) ser capaz de darnos el valor de una presin, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

Qu tipos de osciloscopios existen?

Los equipos electrnicos se dividen en dos tipos: Analgicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analgico y un Compact Disc es un equipo digital. Los Osciloscopios tambin pueden ser analgicos digitales. 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 estudiar eventos no repetitivos (picos de tensin que se producen aleatoriamente).Parmetros que influyen en la calidad del osciloscopio

Ancho de Banda

Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con precisin. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una seal de tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (lo que corresponde a una atenuacin de 3dB).

Tiempo de subida

Es otro de los parmetros que nos dar, junto con el anterior, la mxima frecuencia de utilizacin del osciloscopio. Es un parmetro muy importante si se desea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de seales poseen transiciones entre niveles de tensin muy rpidas). Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos de subida ms rpidos que el suyo propio.

Sensibilidad vertical

Indica la facilidad del osciloscopio para amplificar seales dbiles. Se suele proporcionar en mV por divisin vertical, normalmente es del orden de 5 mV/div (llegando hasta 2 mV/div).

Velocidad

Para osciloscopios analgicos esta especificacin indica la velocidad mxima del barrido horizontal, lo que nos permitir observar sucesos ms rpidos. Suele ser del orden de nanosegundos por divisin horizontal.

Exactitud en la ganancia

Indica la precisin con la cual el sistema vertical del osciloscopio amplifica atena la seal. Se proporciona normalmente en porcentaje mximo de error.

Exactitud de la base de tiempos

Indica la precisin en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. Tambin se suele dar en porcentaje de error mximo.

Velocidad de muestreo

En los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisicin de datos (especficamente el conversor A/D). En los osciloscopios de calidad se llega a velocidades de muestreo de Mega muestras/sg. Una velocidad de muestreo grande es importante para poder visualizar pequeos periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, tambin se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar seales de variacin lenta. Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el nmero de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda. Resolucin vertical

Se mide en bits y es un parmetro que nos da la resolucin del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisin se convierten las seales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Tcnicas de clculo pueden aumentar la resolucin efectiva del osciloscopio.

Longitud del registro

Indica cuantos puntos se memorizan en un registro para la reconstruccin de la forma de onda. Algunos osciloscopios permiten variar, dentro de ciertos lmites, este parmetro. La mxima longitud del registro depende del tamao de la memoria de que disponga el osciloscopio. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de forma muy rpida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir ms tiempo en muestrear la seal completa.

PILA ELECTRICA

Se llama ordinariamente pila elctrica a un dispositivo que genera energa elctrica por un proceso qumico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus caractersticas resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energa resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o nodo y el otro es el polo negativo o ctodo.

Tambin se usa como sinnimo de pila el termino batera, aunque es incorrecto;: la diferencia es que la pila no ha sido diseada para ser recargada y por el contrario, la batera si es un dispositivo recargable este caso se trata de un generador elctrico secundario.

La estructura fundamental de una pila consiste en piezas de dos metales diferentes introducidas en un lquido conductor de la electricidad o electrolito.

FUENTE DE VOLTAJE

Una fuente de voltaje o fuente de tensin es un dispositivo que provee electricidad con una cierta tensin elctrica (que se puede medir en unidades llamadas voltios), hay fuentes de tensin continua (la tensin es siempre la misma) o alternas (la tensin sube y baja).

La fuente de tensin de un transformador, que convierte los 220 voltios en voltajes menores un rectificador, que convierte la tensin alterna de la lnea en una tensin continua. Hoy en da las fuentes de tensin adems tienen una serie de circuitos para su control (por ejemplo, para que puedas apagar tu maquina desde un programa, sin tener que apretar ningn botn).Hay fuentes de tensin variables, que pueden dar distintos voltajes de salida. Tambin hay que observar que la fuente de tensin tenga la potencia (que se mide en wattvoltios) adecuada para el dispositivo que esta alimentado.

TRANSFORMADOR

Se denomina transformador aun dispositivo electromagntico que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto parezca constante (ya que la potencia que se entrega ala entrada de un transformador ideal, esto es sin perdidas , tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios.

GENERADOR DE FUNCIONES

Un aparato de funciones es un aparato electrnico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares adems de crear seales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibraciones de sistemas de audio, ultrasnicos y servo, este generador de funciones, especficamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2Hz.tambin se cuenta con una funcin de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de maquina, nivel de offset en DC, rango de barrido, la amplitud y el ancho de barrido puede ser controlado por el usuario.

MULTIMETRO

Es tambin conocido como VOM (voltios, ohmios, miliampermetro), aunque en la actualidad hay multmetros con capacidad de medir muchas otras magnitudes 8capacitancia, frecuencia, temperatura, etc.).

Este instrumento por su precio y exactitud sigue siendo el preferido del aficionado o profesional en electrnica.

Hay dos tipos de multmetros: los analgicos y los digitales.

3. Equipos y materiales: Un Osciloscopio de 25 MHz, Elenco modelo S 1325.

Dos pilas de 1.5 V, cada una.

Una fuente de voltaje constante con varias salidas.

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

Un generador de funcin Elenco GF 8026.

Cables de conexin

Un Multmetro Digital

4. Procedimiento experimental:

IDENTIFICACION DE CONTROLES E INTERRUPTORES DEL OSCILOSCOPIO:

Observe el osciloscopio e identifique los controles e interruptores en el osciloscopio real con los enumerados en la figura 5. En las instrucciones siguientes nos referiremos a los controles del osciloscopio solo por su nmero correspondiente a la siguiente figura.

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

Observe que la seal en el osciloscopio puede ser lnea o punto dependiendo de la posicin del interruptor 30. Lnea en la posicin afuera y punto en la posicin adentro. Discuta con su profesor que es lo que se conecta internamente en el osciloscopio a las placas H para cambiar de unoa otro modo.

Sin conectar ningn potencial externo ni en 12 ni en 17, coloque 15 y 20 ambos en posicin GND. Con el control 21 en posicin 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 (canal2) 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.

MEDIDAS DE VOLTAJE DC:

Coloque los interruptores 15 y 20 en la posicin DC. Conecte una fuente de voltaje constante (una pila por ejemplo) a la conexin 12. Manteniendo el control 21 en posicin CHA y el control 24 en CHA observe la desviacin vertical del punto luminoso.

Use las diferentes escalas dadas por el interruptor 13 y decida cul es la ms conveniente.

Repita lo hecho en el paso anterior con el voltaje constante conectado a la conexin 17, el control 21 en la posicin CHB y el 24 en CHB. Use ahoralas escalas dadas por el interruptor 18.

NOTA: Para que las escalas de los interruptores 13 y 18 sean dados directamente en voltios por divisin es necesario que los controles 14 y 19 encuentren en sus posiciones rotadas totalmente en sentido horario y empujados hacia adentro.

Investigue las funciones de los controles 14 y 19 jalando cada uno de ellos hacia afuera y rotndolos en sentido antihorario.

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

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 multimetro digital.

MEDIDAS DE VOLTAJE AC: AMPLITUD, VOLTAJE PICO PICO, PERIODO Y FRECUENCIA:

Coloque el interruptor 30 en la posicin afuera.

Conecte el transformador de 6V a la conexin 12, el interruptor 21 en CHA, y control 30 hacia afuera. Encuentre la mejor escala de voltios por divisin (control 13) y la de tiempo por divisin (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 numero 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 nmero 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 si el control 29 est en posicin totalmente rotada en sentido horario.

La frecuencia en hertz (Hz) es la inversa del periodo (f = 1/T).

Repita las medidas hechas en 11 usando CHB.

Compare los valores de amplitud y voltaje pico pico con el voltaje eficaz medido por el multimetro. La relacin es Vef = (V2)/2, usando V la amplitud. Estos conceptos sern mejor comprendidos al final del curso en el captulo de corriente alterna.

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

OTRAS FUNCIONES DE VOLTAJE V (t):

Produzca con el generador de funcin de onda, voltajes que dependan del tiempo en forma de onda cuadrada y en forma de diente de sierra. En cada caso relaciones la frecuencia dada por el generador con el periodo medido con el osciloscopio.

OSCILOSCOPIO COMO GRAFICADOR XY:

Para que el osciloscopio funcione como graficador XY es necesario que el interruptor 30 este en la posicin adentro, el interruptor 24 en CHA, y el 21 en CHB.

Conecte la salida del transformador de 6 voltios simultneamente a CHA y a CHB.

Con el interruptor 30 en posicin afuera, observe como se ve el voltaje senoidal en cada canal. Con ayuda de los controles 11 y 16 trate de ubicar las seales del canal 1 y canal 2 en diferentes alturas de la pantalla del osciloscopio. Colocando el interruptor 21 en posicin DUAL observe ambos voltajes al mismo tiempo.

Ponga el interruptor 30 en posicin adentro, el 21 en CHB y el 24 en CHA, observe el grafico XY.

Observe el efecto de jalar hacia afuera el interruptor 16.

Conecte el transformador al canal 1 y el generador de funcin al canal 2. Genere una funcin de onda de 60 Hz y observe el grafico XY.

Repita el paso anterior usando frecuencias de 120, 180 y 240 Hz.5.- Datos y resultados obtenidos:

a) MEDIDAS DE VOLTAJE DC:

FUENTE DE VOLTAJE (DC)

(Segn referencia de panel frontal) (V)MEDIDA CON EL OSCILOSCOPIO (V)MEDIDA CON MULTIMETRO DIGITAL (V)

Pila : 1.51,51,441

Fuente: 21,8401,85

33,2583,40

4,54,334,2

66,146,3

7,57,617,75

Tabla N 1b) MEDIDAS DE VOLTAJES EN AC (Uso del transformador 220/6 V AC)

OSCILOSCOPIO

(Vpp)VOLTAJE EFICAZ (Calculado)

(V)MULTIMETRO DIGITAL (V)N DE DIVISIONES EN LA ESCALA DE TIEMPOPeriodo (T)

(ms)Frecuencia

(Hz)

1ms/divT1(ms)2ms/divT2(ms)5ms/divT3(ms)

5,602,806,39 8108,4113,412,516,859,524

Tabla N 2c) OTRAS FUNCIONES DE VOLTAJE V(t) (Use el generador de funciones y grafique en cada recuadro)

SENO

PERIODO:11X10-3 s

FRECUENCIA: 90,909 Hz

GENERADO: 58 Hz

CUADRADA

PERIODO: 6X10-3 s

FRECUENCIA: 166,667 Hz

GENERADO: 110 Hz

TRIANGULAR

PERIODO: 5X10-3 s

FRECUENCIA: 200 Hz

GENERADO: 130 Hz

d) OSCILOSCOPIO COMO GRAFICADOR XY:

Salida del transformador 220/6 V AC en ambos canalesTransformador en canal 1 y generador de funciones en canal 2 con f = 60 HzTransformador en canal 1 y generador de funciones en canal 2 con f = 120 Hz

Transformador en canal 1 y generador de funciones en canal 2 con f = 180 HzTransformador en canal 1 y generador de funciones en canal 2 con f = 240 Hz

6. Resultados mnimos:1. Haga una tabla de tres columnas indicando el voltaje medido con el osciloscopio, el voltaje medido con el multmetro y el voltaje nominal de cada salida de la fuente.

De los datos experimentales se obtiene los siguientes resultados mostrados en la tabla N 1 que se volvern a mencionarFuenteValor nominal (V)Multmetro (V)Osciloscopio (V)

Pila de 1.5 V1,51,4411,5

22,01,841,85

33,03,403,258

4.54,54,24,3

6.06,06,36,14

7.57,57,757,61

2. Es realmente constante el voltaje dado por esta fuente?

En el laboratorio se pudo observar que la imagen en la pantalla del osciloscopio es un punto luminoso, se lo ubic en el origen de coordenadas antes de conectar cualquier fuente de corriente. Luego de conectar la fuente, ya sea la pila o la fuente de corriente directa, el punto se movi casi instantneamente al primer cuadrante realizando una trayectoria recta, de tal manera que la proyeccin de este punto en el eje Y, y segn los espaciamientos y la escala adecuada, se obtiene el voltaje dado. Al bajar la tensin de la fuente de corriente directa, se observ que no caa casi instantneamente, el punto en el osciloscopio caa lentamente hasta detenerse, contrario a lo que ocurre si es que se sube la tensin. Debido a esto ltimo, se deduce que no es constante el voltaje dado por la fuente.3. Cul es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 voltios?

En el laboratorio se obtuvieron los datos segn la tabla N 2 y se llega al resultado de que el periodo dado por dicho transformador de 6 V es 16,8 ms y su frecuencia respectiva (que es la inversa del periodo) es 59,524 Hz.4. 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.

Teniendo en cuenta el proceso de la formacin de las curvas de lissajous que se aprecian en el cuadro XY donde en el eje y apreciamos el voltaje del canal uno y en el eje x apreciamos el voltaje del canal 2 para un tiempo t, y como el voltaje para cada canal y para cualquier tiempo son contantes apreciaramos un solo punto en la grfica XY.7. Observaciones y conclusiones

De lo visto en el laboratorio se pudo comprobar que efectivamente en la pantalla del osciloscopio se formaban rectas paralelas al eje horizontal, cuando se le conectaba una fuente de corriente continua (pila, fuente) mostrndonos, de esta forma, una caracterstica de estos ya que tienen un voltaje constante.

Muy distinto a lo que ocurre con la fuente de corriente continua, se observa que al conectar una fuente de corriente alterna se forman curvas sinusoidales, triangulares y cuadrticas.

En las grficas obtenidas podemos observar que al variar la escala del voltaje en el osciloscopio la curva se expande o se contrae mantenindose el voltaje inicial. Lo mismo ocurre si variamos la escala del tiempo, la grfica se expande o contrae en el eje horizontal mantenindose el valor de la frecuencia.

El uso del osciloscopio es muy importante, debido a que nos permite medir la evolucin de cualquier tipo de seal. Asimismo nos ayuda a poder medir voltajes mediante grficas. Podemos concluir de los resultados que el multmetro como indicador de voltaje tiene mayor presicin que el osciloscopio. De la tabla N1 se observa que, a excepcin en los voltajes de fuente medidos de 2 y 4,5 V, el osciloscopio tiene mayor exactitud que el multmetro en lo que respecta a medir voltajes de corriente continua.

Las figuras en XY que se generan al conectar el generador de funcin con el transformador varan de acuerdo a las frecuencias. Las frecuencias dadas por el osciloscopio y el generador de funcin no concuerdan segn los datos calculados. Al conectar el transformador de 6V a cualquiera de las salidas del osciloscopio, la imagen proyectada en la pantalla es una funcin senoidal, debido a que hay un movimiento rectilneo uniforme en el eje X y un movimiento armnico simple en el eje Y entonces podemos afirmar que la funcin en la pantalla es un grfico Potencial vs. Tiempo y gracias a este grafico se pueden medir amplitudes, periodos, frecuencias, etc.8. Bibliografa Fisica Vol.2 Halliday, Resnick,Krane,Fisica Vol.2 www.uhu.es/rafael.lopezahumada/descargas/P2_OSCILOSCOPIO.pdf

http://www.wilful.net/EL%20OSCILOSCOPIO.pdf

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