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Uso del Osciloscopio y Generador de
Funciones. J. Reyna* A.D. Daz de Len* M. Cruz* J.A. Prieto* P.
Snchez*
MTR01B
Metrologa, Universidad Politcnica de Aguascalientes,
Aguascalientes, Ags.
Abstract
In this practice started using the oscilloscope and we can
observed its
operation, based on some of the lessons learned in past
practice, we
can distinguish the load curves in a capacitor and proper
connection.
Also we generated the signals we want by the function
generator.
Resumen
En esta prctica comenzaremos a utilizar el osciloscopio y
logramos
observar su funcionamiento, basndonos en algunos de los
aprendizajes obtenidos en las prcticas anteriores, pudimos
distinguir
las curvas de carga en un capacitor y la forma correcta de
conectarlo.
Adems pudimos generar las seales que deseemos mediante el
generador de funciones.
I. INTRODUCCIN
Durante la realizacin de esta prctica podremos conocer
un osciloscopio y un generador de funciones, manipular
sus funciones y tener una buena interpretacin de dichos
instrumentos, aprender a armar circuitos con capacitores,
como se comportan, el funcionamiento de los
rectificadores, como se ven el osciloscopio los de media
onda.
II. OBJETIVO GENERAL
Al completar la prctica el alumno ser capaz de
identificar las funciones principales del osciloscopio,
adems ser capaz de manipular el generador de
funciones para obtener una seal deseada.
A. Competencias y/o habilidades a desarrollar.
1) Capacidad para utilizar correctamente el
instrumento de medicin (osciloscopio)
2) Capacidad para el uso de cursores para medir
tiempo y voltaje con el osciloscopio.
3) Capacidad para medir voltaje mximo, mnimo,
promedio en seales cuadradas, senoidales y
triangulares.
4) Capacidad para utilizar correctamente el
generador de funciones.
III. MATERIALES
1. Generador de funciones.
2. Osciloscopio.
3. 2 Sondas de voltaje para osciloscopio.
4. Sonda de Generador de funciones.
5. 1 USB no mayor a 2 GB.
6. 1 Resistencia de 100
7. 1 Resistencia de 1.2 k
8. 2 Capacitores electrolticos de 47F a 25V.
9. 4 Diodos rectificadores de 1N4004, 1N4007 o
1N4148.
Fig. 1. Capacitor
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IV. MARCO TERICO
A. Curva de carga del capacitor.
Cuando se conecta un capacitor descargado a dos puntos
que se encuentran a potenciales distintos, el capacitor no
se carga instantneamente sino que adquiere cierta carga
por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de
la resistencia del circuito.
El producto RC es, en consecuencia, una medida de la
velocidad de carga del capacitor y por ello se llama
constante de tiempo. Cuando RC es pequea, el capacitor
se carga rpidamente; cuando es ms grande, el proceso
de carga toma ms tiempo. Donde R corresponde al valor
de la resistencia que est conectada al capacitor y C el
valor del capacitor en el circuito.
B. Diodo rectificador.
La rectificacin de una corriente alterna (C.A.) para
convertirla en corriente directa (C.D.) denominada
tambin corriente continua (C.C.) es una de las
tecnologas ms antiguas empleadas en los circuitos
electrnicos desde principios del siglo pasado, incluso
antes que existieran los elementos semiconductores de
estado slido, como los diodos de silicio que conocemos
en la actualidad.
Puesto que los diodos permiten el paso de la corriente
elctrica en una direccin y lo impiden en la direccin
contraria, se han empleado tambin durante muchos aos
en la deteccin de seales de alta frecuencia, como las de
radiodifusin, para convertirlas en audibles en los
receptores de radio. En la actualidad varios tipos de
diodos de construccin especial pueden realizar otras
funciones diferentes a la simple rectificacin o deteccin
de la corriente cuando se instalan en los circuitos
electrnicos.
Fig. 2.1 Diodo Rectificador.
C. Rectificador de media onda.
Es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o
positiva de una seal de corriente alterna de lleno
conducen cuando se polarizan inversamente. Adems su
voltaje es positivo.
El diodo permite polarizaciones directas e inversas, el
caso de la directa el paso de corriente es in restriccin y
los voltajes de entrada y salida son iguales, pero en la
inversa el diodo no conduce, quedando entonces el
circuito abierto y esto hace que no exista corriente en el
circuito ni cada de tensin en las resistencias, esto hace
creer que toda la tensin de entrada se queda en los
extremos del diodo.
Fig. 2.2. Media onda rectificada.
D. Rectificador de onda completa.
Un rectificador de onda completa es un circuito empleado
para convertir una seal de corriente alterna de entrada
(Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A
diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la
parte negativa de la seal se convierte en positiva o bien
la parte positiva de la seal se convertir en negativa,
segn se necesite una seal positiva o negativa de
corriente continua.
Fig. 2.3. Onda completa rectificada.
E. Osciloscopio.
El osciloscopio es un dispositivo de visualizacin grfica
que muestra seales elctricas variables en el tiempo. El
eje vertical Y representa el voltaje, mientras que el eje
horizontal X representa el tiempo. Con un osciloscopio
podemos determinar directamente el periodo y el voltaje
de una seal y de forma indirecta la frecuencia de una
seal, as como la fase entre dos seales. Adems, el
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osciloscopio nos permite determinar qu parte de la seal
es corriente continua y cul alterna as como determinar
qu parte de la seal es ruido y cmo vara este con el
tiempo. Finalmente el osciloscopio es muy til para
localizar averas en un circuito.
Fig. 2.4. Osciloscopio digital.
F. Generador de funciones.
El generador de seales es un dispositivo electrnico que
genera en sus terminales una seal de corriente alterna con
una frecuencia que viene fijada por nosotros Para ello, el
generador de frecuencias posee una escala gruesa de
frecuencias y una fina.
Manejando conjuntamente ambas escalas (la gruesa y la
fina) podemos generar una seal con una frecuencia muy
bien caracterizada. Asimismo, tambin podemos
controlar la amplitud de la seal alterna que deseamos
obtener haciendo uso del mando de control de amplitud.
El generador de frecuencias es capaz de generar corrientes
alternas de forma senoidal, cuadradas, rectangulares y
triangulares (por medio de la opcin function).
Fig. 2.5. Generador de funciones.
V. DESARROLLO
A. Uso de osciloscopio para medir tiempos y
voltajes en curva de carga del capacitor.
Para iniciar esta prctica armaremos un circuito con el
capacitor y las resistencias que la maestra nos vaya
presentando y en cada circuito mediremos el tiempo de
carga del capacitor. Se conecta la fuente del capacitor al
circuito, sin encender la fuente, energizamos el
osciloscopio, conectamos la sonda de voltaje en paralelo
con el capacitor, los volts por divisin eran de 5 V y los
segundos por divisin en 50ms, encendemos la fuente
vemos en el osciloscopio la carga del capacitor y en
cuanto se encuentra cargado detenemos le osciloscopio en
el botn Stop, medimos con los cursores el tiempo de
carga, guardamos todo en la memoria.
Realizamos lo mismo para los circuitos formados por las
otras dos resistencias y el capacitor, conectamos la sonda
al canal 2 del osciloscopio y compararemos las curvas con
las resistencias de 470 y 1.2k Y guardamos las
curvas de comparacin.
B. Uso del osciloscopio y generador de funciones.
Para este siguiente paso se energizara el osciloscopio, y
se conectara la sonda de voltaje al canal uno del
osciloscopio, se energizara por igual el generador de
funciones, se conectara la sonda del generador a la salida
del mismo (output level) y las puntas de esta de
conectaran a la sonda del osciloscopio, seleccionaremos
la funcin de onda senoidal en el generador, se le dar un
rango de frecuencia de 0.5 Hz y la amplitud de la seal a
6 Vpp, se ajusta el osciloscopio y se mide el voltaje
mximo, mnimo y promedio de la seal, esto con los
cursores, se graban los datos. Despus se selecciona una
onda cuadrada con un rango de frecuencia de 85 Hz, con
una amplitud de 8 Vpp se ajusta el Duty Cycle al 75%, se
ajusta y se mide nuevamente y se graba. En seguida se
selecciona una onda triangular con un rango de frecuencia
de 100 Hz. Con una amplitud de 4 Vpp y el DC offset a
2v. Se hacen los ajustes y se graba en la memoria.
C. Uso del osciloscopio y generador de funciones para
rectificador de onda.
Se arma un circuito rectificador de onda como el
docente lo indic, se energiza el osciloscopio y el
generador de funciones, se conecta la sonda del voltaje al
canal uno y la otra sonda al canal dos, calibramos el
osciloscopio, la sonda de voltaje uno se conecta a la salida
del generador, se conecta la sonda de voltaje dos a la
salida del diodo rectificador, ajustamos la frecuencia a
60Hz en onda senoidal con un Vpp de 15 V, conectamos
el generador de funciones a la entrada del rectificador de
onda, se mide con los cursores y se guarda las
mediciones en la memoria.
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VI. RESULTADOS
Los resultados obtenidos en esta prctica se evidenciaron con una
fotografa en donde se ve el display de un
osciloscopio de cada circuito. Las siguientes imgenes constan de
la conexin de dos capacitores de 47uF para la
comparacin de los tiempos de carga.
A. Curvas de carga del capacitor.
1) Circuito 1
Fig. 1. Circuito 1 hecho en Multisim.
Fig. 1.1. Circuito 1 en fsico, y su forma correcta de
conectar
las mordazas de las sondas.
Con una resistencia de 470. Medido con los cursores (lneas
verticales de la imagen) del osciloscopio, colocando los
cursores en el inicio y el final de la curva.
Fig. 1.2. Grfica del tiempo de carga del capacitor, con una
resistencia de
470.
Fig. 2. Circuito 2 hecho en Multisim.
Fig. 2.1. Circuito 2 en fsico y su forma de conectar las
mordazas de las sondas.
Grfica del tiempo de carga de un capacitor con una
resistencia
de 1.2k . En donde el cursor dos se coloca donde inicia la
curva mientras que el cursor uno donde termina.
Fig. 2.2. Grfica del tiempo de carga.
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3) Circuito 3
Fig. 3. Circuito realizado en Multisim.
Fig. 3.1 Circuito 3 en fsico, y su forma correcta de
conectar
las mordazas de las sondas.
Grfica del tiempo de carga del capacitor, con una
resistencia
de 100. Medido con los cursores (lneas verticales de la
imagen) del osciloscopio, colocando los cursores en el inicio
y
el final de la curva. Se observa una dt (diferencia de tiempo)
de
30ms.
Fig. 3.2 Grfica del tiempo de carga del capacitor, con una
resistencia de 100.
Grfica comparativa con dos capacitores de 47uF. Con ayuda
de los cursores se obtiene la diferencia de tiempo sobre la
curva
inferior que tiene una diferencia de tiempo de 100.0 ms.
Fig. 4. Grfica comparativa con dos capacitores de 47uF.
Grfica comparativa con dos capacitores de 47uF. Con ayuda
de los cursores se obtiene la diferencia de tiempo sobre la
curva
superior que tiene una diferencia de tiempo de 350.0 ms.
Fig. 4.1 Grfica comparativa con dos capacitores de 47uF.
Fig. 4.2. Forma de conectar las mordazas de las sondas al
circuito de comparacin del par de capacitores con sus
resistencias.
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B. Pantalla de osciloscopio de cada seal
(con ayuda de un graficador de funciones).
En esta parte en el osciloscopio est conectado directamente
con el generador de funciones, positivos de las sondas
juntas,
con negativos de las sondas juntos, para obtener las
siguientes
graficas (senoidal, cuadrada, triangular).
Fig. 5.1 Imagen de osciloscopio y generador con sus respectivas
sondas
previamente conectadas.
Ajuste de Vpp (voltaje pico-pico) de 6 V aproximadamente,
con
ayuda de los cursores se colocan en la cresta (parte superior
de
la onda) y en el valle (parte inferior) para conocer el Vpp.
Fig. 5.2. Ajuste de Vpp (voltaje pico-pico) de 6 V.
Fig. 5.3. Onda cuadrada a 85 Hz con voltaje de 8 VPP.
Ajuste de Duty cycle al 75%. El cual fue previamente
calculado con ayuda de la inversa de la frecuencia
multiplicada por el porcentaje.
Fig. 5.4. Ajuste de Duty cycle al 75. Onda triangular a 77Khz,
se observa que el Vpp es de 4V
aproximadamente.
Fig. 5.5. Onda triangular a 77Khz,.
Fig. 5.6. En esta onda triangular se observa 4 VPP con DC offset
a 2 V.
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C. Seal rectificada (1/2 onda).
Conexin de las sondas de osciloscopio y generador de
funciones al circuito. Teniendo en cuenta aterrizar todos
los cables tierra a donde mismo como se muestra en la
imagen.
Fig. 6.1. Conexin de las sondas de osciloscopio y generador de
funciones.
Grfica de onda con un diodo rectificador 1N4004, y
una Frecuencia de 60Hz, con un VPP (voltaje pico a
pico) de 15 V. En esta imagen se muestra la diferencia
entre una onda y una onda rectificada (1/2 onda). La
onda rectificada conserva la relacin con la onda
completa ya que el VPP es de 7V, esto es la mitad del
VPP de la onda completa.
Fig. 6.2. Grfica de onda.
Fotografa de la grfica de onda anterior ahora se
muestra el tiempo del ciclo de la onda rectificada con
ayuda de los cursores tocando la el valle de la onda (se
toma de referencia la onda superior ya que el valle es ms
estable) una diferencia de tiempo (dt) de 16.80ms,
mismos que aproximadamente nos dieron en nuestros
clculos previos
Fig. 6.3. Fotografa de la grfica de onda.
VII. OBSERVACIONES
*Fue algo complicado el manejo del osciloscopio y el
generador de funciones ya que nicamente habamos
estudiado tericamente el funcionamiento del generador
de funciones.
*Eran un poco complicadas las conexiones con el
osciloscopio, el generador de funciones con el circuito en
fsico.
*En la grfica de media onda, no se vea perfectamente la
seal rectificada.
VIII. CONCLUSIONES PERSONALES
Jonathan Reyna Navarro UP140245
En esta prctica desarrolle muchas habilidades, acerca del
manejo de aparatos como el osciloscopio y el generador
de funciones, aprend como se realizan las conexiones
desde nuestro circuito en fsico y como se realizan las
mediciones, como se ve en osciloscopio la carga y
descarda del capacitor, como se ven las ondas creadas por
un generador de funciones, como las senoidales, realizar
mis conexiones en un protoboard y como conectarlo en
los aparatos empleados.
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Moiss Cruz Figueroa UP140131
Como se propuso el objetivo fue cumplido. En la prctica
realizada aprend a usar el osciloscopio y a calibrar las
puntas del mismo para poder observar las curvas de carga
de un circuito proporcionado por la maestra. Tambin fue
cumplido otra parte del objetivo que fue ensearnos a
configurar el generador de funciones, generando ondas
senoidales, cuadradas y triangulares con sus respectivas
frecuencias y funciones como el Duty Cycle.
Paola Ivonne Snchez Daz. UP140406
Esta prctica fue muy til, ya que pudimos conocer
algunas de las pocas funciones del generador de funciones
y tambin pudimos ver grficamente lo que pasa con la
energa, como podemos representarla y como acta.
Conocimos los tipos de onda y aprendimos a calcular el
tiempo a partir de su frecuencia.
ngel Daniel Daz de Len Daz de Len UP140163
El uso de estos instrumentos nos aumenta la seguridad
para saber cundo cae o se carga una tensin o saber con
qu corriente estemos trabajando en algn circuito o algn
otro medio que tenga una intensidad de corriente. Realizar
esta prctica nos ayudara a lo largo de nuestra vida y
nuestra carrera para la medicin de cualquier intensidad
en dado caso y ya contaremos con los conocimientos
necesarios para llevar a cabo la medicin sin ningn
problema y obtener los datos requeridos.
Josu Antonio Prieto Olivares UP140136
En lo particular esta prctica me pareci un poco tediosa
ya que de la manera que fue explicada no me resulto muy
til ya que fue de forma grupal. Si bien despus de la
asesora comprend ms el tema. El uso del osciloscopio
me resulto muy interesante ya que es un instrumento del
que no saba absolutamente nada, el combinar las
funciones de un osciloscopio con un generador de
funciones, me resulto ms comprensible funciones como
DC offset, Duty Cycle. Concluyo que las matemticas son
de mucha ayuda para comprender ms cualquier tema.
IX. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
(1) Stanley Wolf, Richard F.M. Smith. (1992). Gua para
Mediciones Electrnicas y Practicas de Laboratorio.
Atlacomulco, Naucalpan de Jurez, Edo de Mxico:
Pearson, Prentice Hall.
(2) Paul B. Zbar, Albert P. Malvino, Michael A. Miller.
(2001). Prcticas de Electrnica. Pitgorasm Col. del
Valle, Mxico D.F.: Alfaomega