NGENIERA FACULTAD DE INGENIERA MECNICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FIM FSICA III SEGUNDO
LABORATORIOzOSCILOSCOPIOCOMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
RESUMEN
En el presente experimento de laboratorio titulado Osciloscopio
como instrumento de medida se busca conseguir, tras la experiencia,
el siguiente objetivo: Lograr que los estudiantes se familiaricen
con el osciloscopio, el cual ser usado como: instrumento de medida
de voltaje constante, voltaje alterno, y como instrumento para
medir amplitud, periodo y frecuencia de diferentes funciones de
voltaje peridicas en el tiempo. Graficador XY.El procedimiento
experimental se desarroll de la forma siguiente: 1 Identificacin de
controles e interruptores del osciloscopio. 2 Medicin de voltajes
DC. 3 Medicin de voltajes AC: amplitud, voltaje pico-pico, periodo
y frecuencia. 4 Otras funciones de voltaje V(t). 5 Oscilador como
graficador XY. Los materiales empleados fueron: 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, 60Hz; un generador de funcin Elenco
GF-8026; cables de conexin; un multmetro digital.El procedimiento
de medicin se cie a los principios y fundamentos del osciloscopio,
los resultados obtenidos han sido incluidos en el presente texto,
explicitados en las tablas 1, 2, 3, 4, 5 y 6. La principal
conclusin del pretrito trabajo expositivo es que el osciloscopio es
ms efectivo que el multmetro, si bien ambos miden el voltaje, solo
el osciloscopio es capaz de realizar mediciones en funcin del
tiempo (medicin real).
PALABRAS CLAVES:OSCILOSCOPIO / MULTMETRO / GENERADOR DE
FUNCIONESNDICE
RESUMEN I
CUERPOCaptulo I: AntecedentesHistricos 1Captulo II: Marco terico
3Captulo III: Instrumentos de laboratorio 22Captulo IV:
Procedimiento experimental 24Captulo V: Datos experimentales y
resultados29Captulo VI: Discusin de resultados33Captulo VII:
Conclusiones34Captulo VIII: Sugerencias35
BIBLIOGRAFA36
ICAPTULO IANTECEDENTES HISTRICOS1.1 DEFINICIN DE LOS RAYOS
CATDICOS
Losrayos catdicosson corrientes de electrones observados en
tubos de vaco, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo
menos con dos electrodos, unctodo(electrodo negativo) y
unnodo(electrodo positivo) en una configuracin conocida comodiodo.
Cuando se calienta el ctodo, emite una cierta radiacin que viaja
hacia el nodo. Si las paredes internas de vidrio detrs del nodo
estn cubiertas con un materialfluorescente, brillan intensamente.
Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una sombra
en la capa fluorescente. Esto significa que la causa de la emisin
de luz son los rayos emitidos por el ctodo al golpear la capa
fluorescente.
1.2 DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATDICOS
El descubrimiento de los rayos catdicos, que se produce durante
los aos 1858 y 1859, fue obra delmatemticoyfsico alemnJulius
Plcker(1801 - 1868), quin denominara con este nombre a los rayos
que emanaban de una lmpara de vaco con la que se encontraba
trabajando por aquel entonces.
1.3 PROPIEDADES Y EFECTOS DE LOS RAYOS CATDICOS
Las principales propiedades de los rayos catdicos son:
Los rayos catdicos salen delctodoperpendicularmente a su
superficie y en ausencia de campos elctricos o magnticos se
propagan rectilneamente.
Son desviados por uncampo elctrico, desplazndose hacia la parte
positiva del campo.
Son desviados porcampos magnticos.
Producen efectos mecnicos; la prueba de ello es que tienen la
capacidad de mover un molinete de hojas demicaque se interpone en
sutrayectoria.
Transforman suenerga cinticaen trmica, elevando latemperaturade
los objetos que se oponen a su paso.
Impresionan placas fotogrficas.
Excitan lafluorescenciade algunas sustancias, como pueden ser
elvidrioo elsulfuro de cinc.
Ionizan el aire que atraviesan.
1.4 INVENCIN DEL TUBO DE RAYOS CATDICOS
Eltubo de rayos catdicoses una tecnologa que permite visualizar
imgenes mediante un haz derayos catdicosconstante dirigido contra
una pantalla de vidrio recubierta defsforoyplomo. El fsforo permite
reproducir la imagen proveniente del haz de rayos catdicos,
mientras que el plomo bloquea losrayos X para proteger al usuario
de sus radiaciones. Fue desarrollado porWilliam Crookesen1875. Pero
su invencin se adjudica al cientfico alemn Ferdinand Braun en el ao
1897.
1.5 ADVERTENCIA: POSIBLES RIESGOS DEL USO DE UN TUBO DE RAYOS
CATDICOS
1.5.1 Campos electromagnticos
Aunque no hay pruebas de ello algunos creen que loscampos
electromagnticosemitidos durante el funcionamiento del tubo catdico
pueden tener efectos biolgicos. La intensidad de este campo se
reduce a valores irrelevantes a un metro de distancia y en todo
caso el efecto es ms intenso a los lados de la pantalla que frente
a ella.
1.5.2 Riesgo de implosin
Cuando se ejerce demasiada presin sobre el tubo o se le golpea
puede producirse unaimplosindebida al vaco interior. En los tubos
de los modernos televisores y monitores la parte frontal es mucho
ms gruesa, se aaden varias capas devidrioy lminas plsticas de modo
que pueda resistir a los choques y no se produzcan implosiones. En
otros tubos, como por ejemplo lososciloscopios, no existe el
refuerzo de la pantalla, en cambio se usa una lmina plstica
antepuesta como proteccin.
1.5.3 Toxicidad
En los tubos ms antiguos fueron empleadas sustancias txicas para
incrementar el efecto de los rayos catdicos sobre el fsforo. En la
actualidad han sido reemplazadas. La implosin o la rotura del
vidrio causa la dispersin de estos materiales. En la eliminacin
yrecicladode los tubos se debe tener en cuenta la presencia
deplomo,que es muy contaminante.
1.5.4 Parpadeo
El continuo parpadeo es el que causa mareos y molestias visuales
cuando vemos la pantalla durante demasiado tiempo. En algunas
personas sensibles puede incluso desencadenar crisisepilpticas.
1.5.5 Alta tensin
Para dirigir el haz en los tubos de rayos catdicos se emplean
tensiones elctricas muy altas (decenas de miles de voltios). Estas
tensiones pueden permanecer en el aparato durante un tiempo despus
de apagarlo y desconectarlo de la red elctrica. Se debe evitar por
lo tanto abrir el monitor o televisor si no se dispone de una
adecuada preparacin tcnica.
CAPTULO 2MARCO TERICO2.1 INVENCIN DEL OSCILOSCOPIO
Carl Ferdinand Braun(Fulda,Alemania,6 de juniode1850- Nueva
York,20 de abrilde1918) fue unfsico,inventory profesor
universitario alemn galardonado con elPremio Nobel de
Fsicaen1909.
En1874, Braun observ que ciertos
cristalessemiconductoresactuaban como rectificadores, convirtiendo
lacorriente alternaencontinua, permitiendo el paso de la corriente
en una sola direccin.Debido a este descubrimiento, se invent el
receptor de radio detransistoresa mediados delsiglo XX.
En1897desarroll el primerosciloscopioal adaptar un tubo derayos
catdicos, de manera que el chorro deelectronesdel tubo se dirigiera
hacia una pantalla fluorescente por medio de campos magnticos
generados por la corriente alterna.
En1909recibi elPremio Nobel de Fsicapor sus contribuciones al
desarrollo de la telegrafa sin hilosy especialmente por las mejoras
tcnicas introducidas en el sistema de transmisin (circuitos
resonantes magnticamente acoplados).
2.2 Osciloscopio
Instrumento electrnico utilizado para capturar y analizar seales
elctricas variables en el tiempo.
En el ctodo se genera un haz de electrones que, al incidir sobre
la pantalla de fsforo, produce el trazo visible, y que resulta de
componer dos movimientos transversales. El movimiento del haz
electrnico es causado por la accin de campos elctricos aplicados a
dos conjuntos de placas de deflexin.
Con un osciloscopio se pueden realizar las siguientes
mediciones:
Perodo y magnitud (tensin) de una seal. Componente de continua
(seal de acoplo) de una seal alterna. Desfases entre dos seales de
la misma frecuencia. Tiempos de subida y bajada de transitorios
(flancos de una seal). Anchuras de pulsos.
2.3 HOJA DE CARACTERSTICAS DEL OSCILOSCOPIO
a) Nmero de canales.- Establece las entradas externas aplicables
y que pueden ser capturadas por el instrumento al mismo tiempo.
b) Ancho de banda y tiempo de subida.- Cuantifican la capacidad
de procesamiento de frecuencias y la velocidad de respuesta de la
unidad de deflexin vertical del instrumento.
c) Sensibilidad de los canales verticales.- Capacidad del
instrumento para resolver pequeos cambios en la amplitud de la seal
de entrada. Un osciloscopio sensible debe ser capaz de representar
pocos milivoltios en una divisin; es decir, expandir y resolver
notablemente seales de bajo nivel (pequea amplitud).
d) Velocidad mxima del barrido horizontal.- Refleja la capacidad
de un osciloscopio de capturar sucesos rpidos. Si en una divisin
horizontal vemos pocas unidades temporales de un evento, realizamos
una expansin del mismo. La expansin de transitorios rpidos est
relacionada con la pendiente de la seal de barrido (en forma de
diente de sierra) generada en la unidad de desviacin
horizontal.
2.4 DIAGRAMA DE BLOQUES, SUBSISTEMAS Y FUNCIONAMIENTO
CUALITATIVO
Consta de los siguientes bloques funcionales:
1. Tubo de rayos catdicos. 2. Subsistema de deflexin vertical.
3. Subsistema de deflexin horizontal. 4. Fuentes de alimentacin de
alta y media tensin. 5. Circuitos de calibracin (generadores
internos de seal para calibrar las sondas). 6. Sondas (pueden
considerarse elementos exteriores).
Con el fin de exponer el funcionamiento cualitativo, se muestra
en la figura 1 la disposicin aproximada de las unidades de deflexin
horizontal y vertical (bloques funcionales ms importantes del
osciloscopio) y de sus circuitos, hasta las placas de desviacin; y
en la figura 2, la alteracin que experimenta el haz electrnico
generado en el ctodo, por accin de las tensiones de deflexin. En
esta ltima se incluye la asignacin de ejes adoptada en el estudio
de este instrumento.
FIGURA 1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL OSCILOSCOPIO
FIGURA 2. FUNCIONAMIENTO CUALITATIVO DEL OSCILOSCOPIO
2.5 TUBO DE RAYOS CATDICOS. COMPONENTES Y PRINCIPIOS
OPERATIVOS
Su misin consiste en generar un haz electrnico colimado y actuar
sobre l de acuerdo con las tensiones de desviacin aplicadas a las
placas de deflexin. Es un tubo de vidrio sellado donde se ha
practicado el alto vaco evacuando del aire de su interior.
Consta de un sistema de generacin de electrones (can
electrnico), unas lentes electrostticas para el enfoque, las placas
de deflexin horizontal y vertical del haz electrnico, un sistema de
aceleracin posterior (no en todos los modelos) y una pantalla
reticulada.
2.5.1 Generacin termoinica del haz electrnico y enfoque
electrosttico
La generacin del haz se produce en el can; que consta de un
ctodo que emite electrones al calentarlo mediante un filamento
(ctodo termoinico), varios electrodos de aceleracin y controles de
enfoque e intensidad. La figura 2 mostr la disposicin de estos
elementos. La figura 3 ilustra el proceso de generacin y colimacin
del haz electrnico.
FIGURA 3. GENERACIN TERMOINICA DEL HAZEl haz electrnico puede
rotarse con el fin de alinearlo con el eje horizontal (calibracin
del haz). Esto se consigue gracias a la accin de una bobina
interna, que produce un campo magntico corrector que, a su vez,
compensa la accin perturbadora de campos parsitos cercanos.
FIGURA 4. ROTACIN DEL HAZ ELECTRNICO
El sistema de enfoque electrosttico est formado en esencia por
lentes electrostticas, que actan como nodos directores del haz,
permitiendo la convergencia del haz emergente del primer nodo. El
control FOCO del panel frontal del instrumento (que acta sobre un
potencimetro) permite ajustar la mayor o menor convergencia
(colimacin) del haz.
Los nodos de enfoque aceleran el haz electrnico en la direccin
perpendicular a la pantalla. En efecto, conforme el electrn
atraviesa el nodo de enfoque cruza perpendicularmente las
superficies equipotenciales originadas por la aplicacin del
potencial de enfoque. En consecuencia, al abandonar una superficie
la velocidad normal a ella aumenta, mantenindose la velocidad
tangencial. La figura 5 muestra la accin del enfoque
electrosttico.
FIGURA 5. ENFOQUE ELECTROSTTICO
2.5.2 Placas de desviacin del haz electrnico
El haz de electrones abandona el can y llega a las placas de
deflexin. Existen dos conjuntos de placas deflectoras colocadas
perpendicularmente dos a dos. El haz atraviesa primero las placas
de deflexin vertical, que provocan la desviacin del haz en esta
direccin. Si no hay tensin aplicada a las placas, el haz incide en
el centro de la pantalla. La deflexin producida es proporcional a
la diferencia de tensin aplicada.
Las placas verticales se sitan antes que las horizontales, ya
que a priori la tensin que van a soportar es desconocida y conviene
que sta sea pequea. Sin embargo, las tensiones aplicadas a las
placas horizontales son conocidas, que alcanza siempre el mismo
mximo.
El haz electrnico se desva segn una trayectoria parablica entre
las dos placas verticales, por accin del campo elctrico originado
entre ambas. La desviacin producida es directamente proporcional a
la tensin de deflexin, Vdef, e inversamente proporcional a la
tensin de aceleracin entre los nodos y el ctodo, Vac; adems, la
deflexin producida en la pantalla viene dada en funcin de
dimensiones propias del tubo de rayos catdicos segn la
expresin:
Con el fin de estudiar el movimiento del electrn entre las
placas verticales, supongamos que la tensin de desviacin vertical
es continua y que la polaridad de la placa superior supera a la de
la placa inferior. Una vez abandonadas las placas verticales, la
trayectoria es rectilnea hasta el punto de incidencia en la
pantalla. La situacin queda reflejada en la figura 6.
FIGURA 6. MODIFICACIN DE LA TRAYECTORIA POR LA TENSIN DE
DEFLEXIN
2.5.3 Pantalla y rejilla
La pantalla est cubierta en su lado interno de un material
fotoemisor. La persistencia del material es el tiempo que tarda
disminuir el brillo original en un 90 %. La figura 7 muestra el
reticulado o rejilla, que constituye la escala grfica de medida del
osciloscopio. Consta de divisiones principales y de subdivisiones
(5 por cada divisin principal de las lneas centrales de la
rejilla).
Generalmente existen 8 divisiones verticales y 10 horizontales,
con un ancho aproximado de 1 cm. Adems, incorpora marcas para medir
la duracin de los flancos de seales (tiempos de subida y de
bajada).
FIGURA 7. DISEO DEL RETICULADO DE LA PANTALLA
2.6 SUBSISTEMA DE DEFLEXIN VERTICAL
Los circuitos de deflexin vertical amplifican las seales dbiles,
incapaces de producir por s mismas desviaciones apreciables. Por
otro lado, atenan las seales de amplitud elevada, que produciran
desviaciones imposibles de visualizar en la pantalla.
2.6.1 Velocidad y ancho de banda. Mediciones de tiempos de
subida
2.6.1.1 Relacin entre el tiempo de subida y el ancho de
banda
El osciloscopio se aproxima con gran fidelidad a un sistema de
primer orden, verificando la siguiente relacin:
donde es el ancho de banda del instrumento y el tiempo de subida
del canal vertical.
Esta relacin indica que cuanto mayor es el ancho de banda del
osciloscopio, ms capacidad posee el instrumento de capturar
transitorios rpidos y flancos de subida veloces.
2.6.1.2 Tiempo de subida real. Fuentes de error
Al medir el tiempo de subida de una seal, y especialmente en la
medida de pulsos o transitorios rpidos, deben considerarse, adems
del propio tiempo del instrumento, los siguientes tiempos
parsitos:
El tiempo de subida propio del osciloscopio, El tiempo de subida
de la sonda empleada, y El tiempo de medida del circuito RC
constituido por la resistencia de la fuente y el circuito
equivalente de la sonda y el osciloscopio.
Una buena aproximacin consiste en emplear la suma cuadrtica para
el tiempo de subida de la seal medida:
En la prctica, el tiempo de subida se mide utilizando las marcas
porcentuales del 10 y del 90 % de la pantalla del osciloscopio.
(Ver imagen 8)
FIGURA 8. MEDIDA DE UN TIEMPO DE SUBIDA
2.6.2 Elementos y circuitos del sistema de deflexin vertical
La unidad de deflexin vertical consta de los siguientes
circuitos:
1. Selector del acoplamiento de la seal de entrada. 2. Atenuador
compensado. 3. Preamplificador. 4. Amplificador principal
(diferencial) de deflexin.5. Lnea retardadora.
El siguiente diagrama (ver figura 9) representa la cascada de
circuitos:
FIGURA 9. ELEMENTOS DE LA UNIDAD DE DEFLEXIN VERTICAL
2.6.2.1 Seleccin del tipo de acoplamiento
Permite ver una seal con o sin su nivel de acoplo de CC
(posiciones DC y AC respectivamente), o visualizar una lnea
horizontal en la pantalla con el fin de calibrar el instrumento o
de restablecer el origen de coordenadas original (posicin GND).A
continuacin se expone el esquema elctrico (ver figura 10)
FIGURA 10. SELECTOR DEL TIPO DE ACOPLAMIENTO2.6.2.2 Atenuador
compensado
Su misin consiste en disminuir la amplitud de la seal de entrada
antes de que sta pase al preamplificador. La atenuacin, conmutador
del panel frontal V/div, debe ser la misma para cualquier
frecuencia de entrada dentro del ancho de banda del osciloscopio.
Una red de asociaciones resistencia/capacidad en paralelo determina
todas las posibles atenuaciones.
2.6.2.3 Preamplificador y amplificador principal
La tensin de salida del amplificador de deflexin y la tensin de
entrada estn relacionadas mediante la siguiente expresin:
donde K es la ganancia de las etapas de amplificacin
(preamplificador y amplificador principal) y A es la atenuacin
seleccionada.
Con efectos prcticos, los amplificadores se disean en trminos de
sensibilidad. Es decir, se especifica la amplitud de la seal de
entrada equivalente a una divisin principal. En general, las
distintas posiciones de sensibilidad abarcan desde 2 mV/div hasta
10 V/div.
2.6.2.4 Lnea retardadora
La seal que es objeto de medida entra en los circuitos de
deflexin vertical y horizontal. En este ltimo la seal es procesada
por los circuitos de base de tiempos que generan un retardo en el
comienzo del barrido respecto de la seal aplicada a las placas de
deflexin vertical. Como quiera que la seal no aparece en la
pantalla hasta que no comienza el barrido, el retardo generado
impedira la visualizacin de la primera zona de la seal. Por ello,
se intercala una lnea de retardo entre el amplificador de deflexin
vertical y las placas verticales.
2.6.2.5 Doble trazado de seales
Se emplean osciloscopios de doble trazo, los cuales requieren un
solo can y un solo conjunto de placas deflectoras verticales. Estos
logran la doble traza realizando conmutaciones electrnicas entre
los preamplificadores de cada canal y un amplificador de deflexin
vertical comn. La conmutacin puede realizarse en el modo ALTERNATE
(alternado), representando alternativamente la salida de un canal
en cada barrido, aplicado a velocidades de barrido altas; o en el
modo CHOPPER (muestreado), en el que se toma una porcin de cada
canal a lo largo de un barrido, aplicado a velocidades de barrido
bajas.
2.7 SUBSISTEMA DE DEFLEXIN HORIZONTAL
Este subsistema se muestra en la figura 11 y consiste del
amplificador de deflexin horizontal y los circuitos de base de
tiempo.
FIGURA 11. SUBSISTEMA DE DEFLEXIN HORIZONTAL
Se emplea el amplificador horizontal de dos maneras. La primera
es en la amplificacin directa de seales externas de entrada, que
alimentan a continuacin a las placas de deflexin horizontal del
tubo de rayos catdicos. Como lo que muestra el osciloscopio
consiste en la variacin de alguna seal (mostrada en la direccin Y)
contra la de otra (que se muestra a lo largo del eje X), se dice
que el osciloscopio est trabajando en el modo X-Y de despliegue.
(Ver imagen 12)
FIGURA 12. MODO X-Y DE OPERACIN
El segundo uso del amplificador horizontal es para amplificar
las ondas de barrido generadas por los circuitos de base de tiempo.
Este tipo de operacin se llama modo de Y contra t, porque se
observa la variacin de la seal de entrada (que aparece en la
direccin Y o vertical) contra el tiempo (que se muestra a lo largo
de la direccin horizontal).
En la mayor parte de los osciloscopios convencionales no son tan
grandes los requerimientos de funcionamiento (ganancia / ancho de
banda) del amplificador horizontal como los de los amplificadores
verticales. Mientras que el amplificador vertical debe ser capaz de
manejar seales de amplitud pequea y tiempos de subida rpidos, el
amplificador horizontal se necesita principalmente slo para
amplificar seales de barrido, con sus amplitudes relativamente
grandes y tiempos de subida relativamente lentos.
2.8 CIRCUITOS DE BASE DE TIEMPO
La aplicacin ms comn de un osciloscopio es mostrar variaciones
de seal contra el tiempo (modo Y-t). Para generar este tipo de
despliegue se debe aplicar a las placas de deflexin horizontal un
voltaje que haga que la posicin horizontal del haz sea proporcional
al tiempo. Adems, se debe aplicar este mismo voltaje repetidas
veces a las placas horizontales para que el haz pueda volver a
trazar la misma trayectoria con la suficiente rapidez para que el
punto mvil de luz se vea como una lnea slida. Por ltimo, se debe
sincronizar dicho voltaje con la seal peridica que se est mostrando
de tal manera que realmente se vuelva a trazar la misma trayectoria
y aparezca una imagen estable en la pantalla del osciloscopio.
Los circuitos de base de tiempo del osciloscopio efectan la
tarea de producir esta seal de voltaje repetitiva y sincronizada.
La seal generada por los circuitos de base de tiempo se llama onda
de barrido. Tiene la forma de un diente de sierra y se muestra un
ciclo en la Figura 13 (en donde VH, es el voltaje aplicado a las
placas horizontales del tubo de rayos catdicos).
FIGURA 13. CICLO DE ONDA DE BARRIDO
Si el punto del haz de electrones se localiza en la orilla
izquierda de la pantalla cuando t = 0, el voltaje en aumento de la
onda de barrido har que el haz (y por lo tanto el punto) recorra
horizontalmente la pantalla. Al final de T1 segundos, el punto se
habr movido horizontalmente a lo ancho de toda la pantalla. Durante
el tiempo de T1 a T2, VH disminuir hasta cero y el punto regresar
rpidamente al extremo izquierdo de la pantalla. De t = 0 hasta t =
T1, VH aumenta linealmente con el tiempo y as la posicin del punto
durante este intervalo ser proporcional al tiempo transcurrido
desde el principio de la onda de barrido. El control Tiempo / div
en el tablero del instrumento determina cunto tiempo toma la onda
de barrido para mover el punto a travs de una divisin de la
pantalla. Si no se aplica una seal externa a las placas verticales,
la onda de barrido har que el punto trace una lnea horizontal en la
pantalla del osciloscopio. Si hay voltaje de entrada vertical, la
onda de barrido originar el despliegue de una grfica de Y contra t
en la pantalla. La Figura 14 muestra cmo se despliega la variacin
de una seal de entrada con ayuda de la onda de seal de barrido.
FIGURA 14. GENERACIN DE UNA GRFICA EN PANTALLA
Durante el intervalo pequeo t = T1 a t = T2, el punto se regresa
del extremo derecho de la pantalla hasta su posicin inicial. Para
evitar que el haz deje una lnea en la trayectoria de regreso, se
emplean circuitos adicionales para apagar el haz; se llama blanqueo
o supresin del haz de retorno a esta accin.
La figura 15 muestra un diagrama de bloques de los circuitos de
base de tiempo para comprender cmo se genera la onda de barrido.
Una seal llamada la seal de disparo alimenta primero al generador
de pulsos de la base de tiempo. Cada vez que esta seal de disparo
cruza una condicin preseleccionada de pendiente y nivel de voltaje,
el generador de pulsos emite un pulso. El pulso emitido dispara al
generador de barrido que comienza a producir un ciclo de la onda de
barrido.
FIGURA 15. GENERADOR DE UNA ONDA DE BARRIDO
La figura 16 muestra cmo se relacionan con el tiempo la seal de
disparo, los pulsos emitidos y la onda de barrido. No todos los
pulsos del generador de pulsos hacen que el generador de barrido
origine una onda de barrido por cada pulso. Si el generador de
barrido recibe un pulso a la mitad de un ciclo de barrido, lo
ignora. Esto permite que el osciloscopio muestre ms de un perodo de
la seal de entrada sin tener que volverse a disparar una nueva onda
de barrido. El generador de barrido detiene su salida al final de
cada ciclo y espera la llegada del siguiente pulso antes de
producir una nueva onda de barrido.
FIGURA 16. SEAL DE DISPARO, PULSOS EMITIDOS Y ONDA DE
BARRIDO
El punto en la seal de disparo en el que el generador emite un
pulso se controla mediante los interruptores de pendiente de
disparo (trigger slope) y de nivel de disparo (trigger level). El
interruptor de pendiente de disparo permite escoger si la pendiente
del pulso es positiva o negativa. Asimismo, el interruptor de nivel
de disparo determina el valor (con signo y magnitud) del voltaje al
cual genera un pulso. (Ver figura 17).
La condicin final necesaria para el despliegue estable de una
seal variable en el tiempo es que la onda de barrido se debe
iniciar en el mismo punto de la onda de la seal de entrada con
respecto al punto en el que comenz la onda previa de barrido.
Como la seal de disparo es el estmulo que origina que se inicie
la onda de barrido, la seal de disparo y el despliegue en la
pantalla del osciloscopio deben sincronizarse para lograr una
imagen estable. Es fcil lograr esta sincronizacin si la seal de
entrada tambin acta como su propia seal de disparo. En esos casos
la seal de entrada y la de disparo estn siempre sincronizadas
(siendo una misma seal). Como resultado, la misma seal de entrada
inicia la onda de barrido y el primer punto de la imagen en la
pantalla ser igual al punto en el que la pendiente y el nivel de la
seal de entrada dispara la onda de barrido.
FIGURA 17. FORMACIN DE IMAGEN ESTABLE
2.9 PUNTAS DE PRUEBA DEL OSCILOSCOPIO
Las puntas de prueba del osciloscopio detectan las seales en su
fuente y las transfieren hasta las entradas del osciloscopio.
Idealmente, las puntas deberan efectuar esta funcin sin cargar o
perturbar de modo alguno los circuitos bajo prueba.
No deben recoger y alimentar al osciloscopio con seales
indeseables de ruido.
La cabeza de la punta contiene los circuitos sensores de la
seal. Estos circuitos pueden ser pasivos (contienen solo
resistencias y capacitores), o activos (contienen elementos activos
como transistores de efecto de campo [FETs]). Casi siempre se
emplea un cable coaxial para transmitir la seal desde la cabeza de
la punta hasta las terminales de entrada del osciloscopio.
La respuesta de frecuencia de una punta de prueba se debe
igualar a la respuesta del osciloscopio en el que se fije.. Tambin,
se debe observar la capacidad mxima de voltaje tanto de la punta
como del osciloscopio para evitar daos que sucederan en caso
contrario. Cuando la frecuencia aumenta a ms de 100 kHz, se debe
reducir la capacidad mxima de voltaje de acuerdo con las
recomendaciones del fabricante.
Las Puntas de Prueba pasivas de voltaje son las que se emplean
con mayor frecuencia para acoplar las seales de inters al
osciloscopio. Las no atenuadoras (1 x) son las ms sencillas de las
puntas pasivas, pero estn limitadas a aplicaciones de medicin con
bajas frecuencias. Las puntas pasivas atenuadoras con compensacin
aumentan las posibilidades de medicin del osciloscopio
incrementando la impedancia de entrada, pero esas puntas atenan
(reducen) la seal de entrada de modo que la deflexin del haz en el
tubo de rayos catdicos es menor para un ajuste dado de sensibilidad
del amplificador del osciloscopio.
Los osciloscopios son bsicamente voltmetros y por lo mismo
pueden cargar los circuitos en los que efectan las mediciones. La
impedancia de entrada de los amplificadores de osciloscopio da una
medida de cunto cargar el instrumento al circuito de prueba.
Tpicamente, la impedancia de entrada del osciloscopio es
equivalente a la que presenta el circuito mostrado en la figura 18.
Para un amplificador tpico de osciloscopio, R es aproximadamente 1
MOhms y C est entre 30 y 50 pF.
FIGURA 18-A. IMPEDANCIA DE ENTRADA-IMPEDANCIA DE ENTRADA
AUMENTADA
FIGURA 18-B. CAPACITORES IMPEDANCIA DE ENTRADA MS SONDA
2.10 CONTROLES DEL OSCILOSCOPIO
Aunque la siguiente lista describe los controles de osciloscopio
que se emplean con mayor frecuencia, pueden ser ligeramente
distintos sus nombres en determinado modelo de aparato. Cuando se
puede emplear ms de un nombre, se lista tambin los nombres
alternativos.
Potencia de alimentacin (o lnea). Enciende y apaga al
osciloscopio (despus que se ha conectado).
Intensidad. Controla la brillantez del trazo del osciloscopio.
La perilla da una conexin a la rejilla de control del can de
electrones en el tubo de rayos catdicos. Cuando se gira en el
sentido de las manecillas del reloj, se disminuye el voltaje de
repulsin de la rejilla y pueden emerger ms electrones del agujero
en la rejilla del ctodo para formar el haz. Un mayor nmero de
electrones en el haz origina un punto ms luminoso en la pantalla.
Precaucin: se debe tener cuidado para evitar que el haz de
electrones queme la pantalla. Un punto estacionario se debe
mantener en una intensidad muy baja. Si se mantiene alta la
intensidad, el punto debe estar en movimiento. Si aparece un halo
alrededor del punto, la intensidad es demasiado alta. Antes de
encender el osciloscopio, baje la intensidad.
Enfoque. El control de enfoque se conecta al nodo del can de
electrones que comprime el haz de electrones emergente para formar
un punto fino. Cuando se ajusta este control, el trazo en la
pantalla del osciloscopio se hace ms agudo y definido.
Localizador del haz. Regresa el despliegue a la zona de visin
del tubo de rayos catdicos sin importar los dems ajustes de
control. Para ello reduce los voltajes de deflexin vertical y
horizontal. Observando el cuadrante en el que aparece el haz cuando
se activa el localizador, se sabr en qu direcciones se deben girar
los controles de posicin horizontal y vertical para volver a
colocar el trazo en la pantalla una vez que vuelva a operarse
normalmente el osciloscopio.
Posicin. Las perillas de posicin se emplean para desplazar el
trazo o el centro de la imagen mostrada por toda la pantalla. Las
perillas de posicin dan este control ajustando los voltajes de
continua aplicados a las placas deflectoras del tubo de rayos
catdicos.
- Posicin vertical. Controla el centrado vertical del trazo. Se
emplea este control con el control acoplamiento de entrada puesto
en continua para localizar o ajustar el trazo a la tierra del
chasis.- Posicin horizontal. Controla el centrado horizontal de la
imagen.
Sensibilidad vertical V/div o V/cm. Determina el valor necesario
de voltaje que se debe aplicar a las entradas verticales para
desviar el haz una divisin (o un cm). Este control conecta un
atenuador de pasos al amplificador del osciloscopio y permite
controlar la sensibilidad vertical en pasos discretos. El rango
tpico es de 10 mV/cm hasta 10 V/cm.
V/div variable. Generalmente un disco rojo de movimiento
continuo marcado VAR. Permite una variacin continua (y no en
escalones) de la sensibilidad vertical. Se debe ajustar esta
perilla a la posicin calibrada (generalmente girando por completo
en sentido horario pasando el tope donde se oye un chasquido) para
igualar la sensibilidad vertical del osciloscopio al valor marcado
en el interruptor Sensibilidad Vertical. Cuando se mide la amplitud
de las ondas senoidales, se lleva el control hasta el mayor tiempo
posible tal que los picos aparezcan como una lnea. Esto facilita
mucho la lectura de la amplitud.
Tiempo de barrido o tiempo/div. Controla el tiempo que el punto
toma para moverse horizontalmente a travs de una divisin en la
pantalla cuando se emplea el modo de barrido disparado. Un valor
muy pequeo de Tiempo/div indica un tiempo de barrido muy corto. Los
tiempos tpicos de barrido varan desde 1 s/cm hasta 5 s/cm.
Tiempo variable. Generalmente, un disco rojo de movimiento
continuo marcado. Este control de vernier permite escoger una
velocidad continua pero no calibrada de tiempo/div.
Fuente de disparo (Trigger). Selecciona la fuerte de la seal de
disparo. Empleando este control, se escoge el tipo de seal que se
emplea para sincronizar la onda de barrido horizontal con la seal
de entrada vertical. Las selecciones posibles comprenden por lo
general:
- Interna. La salida del amplificador vertical se emplea para
disparar el barrido. Esta opcin hace que la seal de entrada
controle el disparo. Este tipo es adecuado para la mayor parte de
las aplicaciones tipo de disparo.
- Lnea. Esta posicin selecciona al voltaje de lnea de 50 Hz como
seal de disparo. El disparo de lnea es til cuando hay una relacin
entre la frecuencia de la seal vertical de entrada y la frecuencia
de la lnea.
- Ex. Cuando se emplea esta posicin, se debe aplicar una seal
externa para disparar la onda de barrido. Esta seal se debe
conectar a la entrada Disparo (Trigger).
2.11 GENERADOR DE FUNCIONES
2.11.1 Introduccin
Un Generador de Funciones es un aparato electrnico que produce
ondas senoidales, cuadradas y triangulares, adems de crear seales
TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibracin de sistemas de
audio, ultrasnicos y servo.
Este generador de funciones, especficamente trabaja en un rango
de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. Tambin cuenta con una
funcin de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente
como externamente con un nivel de DC. El ciclo de mquina, nivel de
offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido
pueden ser controlados por el usuario.
2.11.2 Controles, Conectores e Indicadores (Parte Frontal)
FIGURA 19. GENERADOR DE FUNCIONES
1. Botn de Encendido (Power button). Presione este botn para
encender el generador de funciones. Si se presiona este botn de
nuevo, el generador se apaga.
2. Luz de Encendido (Power on light). Si la luz est encendida
significa que el generador esta encendido.
3. Botones de Funcin (Function buttons). Los botones de onda
senoidal, cuadrada o triangular determinan el tipo de seal provisto
por el conector en la salida principal.
4. Botones de Rango (Range buttons) (Hz). Esta variable de
control determina la frecuencia de la seal del conector en la
salida principal.
5. Control de Frecuencia (Frecuency Control). Esta variable de
control determina la frecuencia de la seal del conector en la
salida principal tomando en cuenta tambin el rango establecido en
los botones de rango.
6. Control de Amplitud (Amplitude Control). Esta variable de
control, dependiendo de la posicin del botn de voltaje de salida
(VOLTS OUT), determina el nivel de la seal del conector en la
salida principal.
7. Botn de rango de Voltaje de salida (Volts Out range button).
Presiona este botn para controlar el rango de amplitud de 0 a 2
Vp-p en circuito abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W .
Vuelve a presionar el botn para controlar el rango de amplitud de 0
a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 10 Vp-p con una carga de 50W
.
8. Botn de inversin (Invert button). Si se presiona este botn,
la seal del conector en la salida principal se invierte. Cuando el
control de ciclo de mquina esta en uso, el botn de inversin
determina que mitad de la forma de onda a la salida va a ser
afectada. La siguiente tabla, muestra esta relacin.
9. Control de ciclo de mquina (Duty control). Jala este control
para activar esta opcin.10. Offset en DC (DC Offset). Jala este
control para activar esta opcin. Este control establece el nivel de
DC y su polaridad de la seal del conector en la salida principal.
Cuando el control est presionado, la seal se centra a 0 volts en
DC.
11. Botn de Barrido (SWEEP button). Presiona el botn para hacer
un barrido interno. Este botn activa los controles de rango de
barrido y de ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botn,
el generador de funciones puede aceptar seales desde el conector de
barrido externo (EXTERNAL SWEEP) localizado en la parte trasera del
generador de funciones.
12. Rango de Barrido (Sweep Rate). Este control ajusta el rango
del generador del barrido interno y el rango de repeticin de la
compuerta de paso.
13. Ancho del Barrido (Sweep Width). Este control ajusta la
amplitud del barrido.
14. Conector de la salida principal (MAIN output connector). Se
utiliza un conector BNC para obtener seales de onda senoidal,
cuadrada o tiangular.
15. Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector). Se
utiliza un conector BNC para obtener seales de tipo TTL.
2.11.3 Tipos de ondas y aplicaciones
FIGURA 20. TIPOS DE ONDAS
2.11.3.1 Onda cuadrada
Para ajustar el generador de funciones para que opere con una
onda cuadrada, los controles pueden estar ajustados de la misma
manera con la que se obtuvo la seal senoidal, excepto la opcin de
onda cuadrada en el botn de funcin debe estar presionada. No se
podr tener un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el
multmetro o cualquier otro medidor digital o analgico, porque estn
calibrados para obtener valores rms de seales senoidales.
La seal de onda cuadrada puede ser utilizada para simular seales
pulsantes. La onda cuadrada es frecuentemente usada para pruebas y
calibracin de circuitos de tiempo.
2.11.3.2 Onda diente de sierra
Para ajustar el generador de funciones para que opere con una
onda triangular, los controles pueden estar ajustados de la misma
manera con la que se obtuvo la seal senoidal, excepto la opcin de
onda cuadrada en el botn de funcin debe estar presionada. No se
podr tener un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el
multmetro o cualquier otro medidor digital o analgico, porque estn
calibrados para obtener valores rms de seales senoidales. Uno de
los usos ms comunes de la onda triangular es para hacer un control
de barrido externo para un osciloscopio. Es tambin usada para
calibrar los circuitos simtricos de algunos equipos.
2.11.3.3 TTL
Una seal TTL (Transistor-Transistor-Logic) puede obtenerse a la
salida del conector SYNC. El rango del pulso es controlado por los
botones de rango y el disco de frecuencia. La simetra de esta forma
de onda puede ser controlada con el control de ciclo de trabajo. La
seal TTL est tambin disponible en el modo de barrido.
2.11.4 Salida del barrido
Todas las salidas que se pueden obtener del generador de
funciones pueden utilizarse en modo de barrido. Estas salidas son
utilizadas en conjunto con otros instrumentos de prueba para
producir una seal de frecuencia modulada. El uso de una seal de
barrido es un mtodo comn en circuitos de sintonizacin y para
controlar el ancho de banda de circuitos de audio y de radio
frecuencia.
2.11.5 Voltaje controlado por la entrada para barrido
externo
Esta caracterstica permite que el generador de barrido sea
controlado por una fuente de voltaje externa. Cuando est en
operacin este modo, el botn de barrido no debe estar presionado por
lo que los controles de rango de barrido y ancho de banda de
barrido tampoco estn en operacin. El voltaje en DC aplicado a la
entrada determina las caractersticas del barrido de la seal a la
salida del conector principal.
2.12 MULTMETRO O TESTER DIGITAL
Referencias:
1. Display de cristal lquido. 2. Escala o rango para medir
resistencia. 3. Llave selectora de medicin. 4. Escala o rango para
medir tensin en continua. 5. Escala o rango para medir tensin en
alterna 6. Borne o jack de conexin para la punta roja, cuando se
quiere medir tensin, resistencia y frecuencia (si tuviera), tanto
en corriente alterna como en continua. 7. Borne de conexin o jack
negativo para la punta negra. 8. Borne de conexin o jack para poner
la punta roja si se va a medir mA (miliamperios), tanto en alterna
como en continua. 9. Borne de conexin o jack para la punta roja
cuando se elija el rango de 20A mximo, tanto en alterna como en
continua. 10. Escala o rango para medir corriente en alterna (puede
venir indicado AC en lugar de la lnea ondeada). 11. Escala o rango
para medir corriente en continua (puede venir DC en lugar de una
lnea continua y otra punteada). 12. Zcalo de conexin para medir
capacitores o condensadores. 13. Botn de encendido y apagado.
FIGURA 21. MULTMETRO O TESTER DIGITAL
2.12.1 Tensin en DC
FIGURA 22. MEDICIN DE TENSIN EN DC
Sabemos que como voltmetro se conecta en paralelo con el
componente a medir, de tal manera que indique la diferencia de
potencial entre las puntas.
Donde indica 200m el mximo es 200 milivolts (0,2 V), el resto se
comprende tal cual estn expresados por sus cifras. Por lo tanto
para medir tensiones de batera del automvil debemos elegir la de
20V. Si se est buscando cadas de tensin en terminales o
conductores, podemos elegir una escala con un mximo ms pequeo,
luego de arrancar con un rango ms elevado y as tener una lectura
aproximada. Siempre hay que empezar por un rango alto, para ir
bajando y as obtener mayor precisin. Cuando el valor a medir supere
el mximo elegido, tambin indicar 1en el lado izquierdo del
display.
2.12.2 Corriente en DC
Para medir esta magnitud, hay que tener mucha precaucin porque
como ampermetro el tester se conecta en serie. Por lo tanto toda la
corriente a medir se conducir por su interior, con el riesgo de
quemarlo. En el manual de uso el fabricante aconseja no solo el
mximo de corriente que puede soportar sino adems el tiempo en
segundos (por ejemplo 15seg.).
La escala a utilizar es:
Donde la escala indica el rango: 2m es 2mA (0,002 A); 20m es
20mA (0,02 A); 200m es 200mA (0,2 A) y por lo tanto 20 es 20 A.
CAPTULO IIIINSTRUMENTOS DE LABORATORIO
1.- Un Osciloscopio de 25 MHz, Elenco modelo S-1325
2.- Dos pilas de 1.5 voltios cada una.
3.- Una fuente de voltaje constante con varias salidas
4.- Un transformador de voltaje
5.- Un generador de funcin Elenco GF-8026
6.- Un multmetro digital
CAPTULO IVPROCEDIMIENTO EXPERIMENTALIDENTIFICACIN DE CONTROLES E
INTERRUPTORES DEL OSCILOSCOPIO
1. Observe el osciloscopio e identificar 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 slo por su nmero correspondiente en la
figura 5.
2. 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.
3. 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.
4. Sin conectar ningn potencial externo en 12 ni en 17, coloque
15 y 20 ambos en posicin GND. Con el control 21 en la 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 (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.
MEDIDAS DE VOLTAJES DC
5. 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.
6. Repita lo hecho en el paso 5 con el voltaje constante
conectado a la conexin 17, el control 21 en la posicin 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
dadas directamente en voltios por divisin 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 14 y 19 jalando
cada uno de ellos hacia afuera y rotndolos en sentido
antihorario.
La funcin de estos controles es formar una nueva escala a partir
de las escalas predefinidas, teniendo infinidad de opciones de
acuerdo a la direccin en la que rotamos la perilla.8. Regrese los
controles 14 y 19 a sus posiciones tales que 13 y 18 den lecturas
en voltios por divisin.
9. Use la fuente de voltaje constante con varias salidas y mida
el voltaje de cada salida con el osciloscopio. Compare con los
resultados usando el multmetro digital
Los resultados de esta medicin se encuentran en el siguiente
captulo, especficamente en las tablas 1, 2 y 3.
MEDIDAS DE VOLTAJE AC: AMPLITUD, VOLTAJE PICO-PICO, PERODO Y
FRECUENCIA
10. Coloque el interruptor 30 en la posicin afuera.
11. Conecte el transformador de 6 voltios 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 la de
tiempo por divisin (control 28) para ver completamente un periodo
del voltaje senoidal. Use los controles 22 y 25 para estabilizar el
grfico en la pantalla del osciloscopio.
El nmero 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.
Un dato importante es que para hacer la medicin de los voltajes,
nosotros optamos por girar completamente la perilla de TIME/DIV
(28) de esta forma la seal se expanda tanto que se formaban dos
lneas que intersectaban al eje Y permitindonos medir los voltajes
de una manera sencilla. Sin embargo nosotros recurramos a este
artificio pues desconocamos la existencia del control Hold-off
(25), fue el profesor quien nos ense a usar este comando y gracias
a esto pudimos conseguir una grfica sinusoidal esttica con la cual
tambin pudimos medir fcilmente los voltajes y dems parmetros de la
onda.
El nmero de cuadraditos horizontales multiplicado por el valor
indicado por el interruptor 28 nos da el perodo del voltaje alterno
del transformador. Esto es cierto slo si el control 29 est en
posicin totalmente rotado en sentido horario.
La frecuencia en hertz (Hz) es la inversa del perodo (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 multmetro. La relacin es Vef =
Vx(2)-0,5, siendo V la amplitud.
14. Conecte el generador de onda a la conexin 17 y genere una
onda de 7 voltios de amplitud y 100 Hz. Compare el valor digital de
frecuencia dado por el generador de funcin con el perodo medido con
el osciloscopio.
Los resultados de esta medicin se encuentran en el siguiente
captulo, en las tablas 4 y 5.
OTRAS FUNCIONES DE VOLTAJE V(T)
15. Produzca con el generador de funcin 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 perodo medido con el osciloscopio.
Los resultados de esta medicin se encuentran en el siguiente
captulo, en la tabla 6.
OSCILOSCOPIO COMO GRAFICADOR XY
Para que el osciloscopio funcione como graficador XY es
necesario que el interruptor 30 est en la posicin adentro, 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 la
posicin DUAL observar ambos voltajes al mismo tiempo.
16. Ponga el interruptor 30 en posicin adentro, el 21 en CHB y
el 24 en CHA, observe el grfico XY.
17. Observe el efecto de jalar hacia afuera el interruptor
16.
18. 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 grfico
XY.
19. Repita 19 usando frecuencias de 120, 180 y 240 Hz.
No se pudo trabajar con una frecuencia de 240 Hz, debido a que
el generador no poda trabajar a esta frecuencia.
CAPTULO V
DATOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS
MEDIDA DE VOLTAJES DC
PARA UNA PILA
TOMA 1
Tabla 1. Comparacin de voltajes medidos para una pila en la
primera toma
RECTAPUNTO
OSCILOSCOPIO1,60 V1,5 V
VOLTMETRO1,60 V
TOMA 2
Tabla 2. Comparacin de voltajes medidos para una pila en la
segunda toma
RECTAPUNTO
OSCILOSCOPIO1,60 V1,5 V
VOLTMETRO1,60 V
El manual solo peda medir en la configuracin punto, sin embargo,
decidimos medir tambin en la configuracin recta, manipulando el
interruptor 30, pues de esta forma podamos medir de manera ms
eficiente la interseccin con el eje que mide el voltaje. Sin
embargo, la recta no era paralela al eje del tiempo, dado que el
ajuste predefinido no estaba bien calibrado.
1. Haga una tabla indicando el voltaje medido con el
osciloscopio, el voltaje medido con el multmetro y el votaje
nominal de cada salida de fuente
PARA UNA FUENTE DE VOLTAJE
Tabla 3. Comparacin de voltajes medidos para una fuente de
voltaje
FUENTE (V)OSCILOSCOPIO (V)MULTMETRO DIGITAL (V)
222,08
343,43
4,554,68
666,10
7,577,02
898,83
121313,26
2. Es realmente constante el voltaje dado por esta fuente?
Para contestar esta pregunta es necesario analizar el
funcionamiento de una fuente de voltaje continuo. Esta consta
bsicamente de:
Un transformador: disminuye el voltaje suministrado por la red
pblica (220V) a un voltaje apropiado para su transformacin a
corriente continua.
Un rectificador asociado a un filtro: se encarga de convertir el
voltaje alterno que sale del transformador en un voltaje de CC
pulsante, es decir de una sola polaridad pero que sigue las
variaciones de voltaje CA de entrada. Para ello se emplean cuatro
diodos, dos de los cuales producen la polaridad positiva (+) del
voltaje CC de salida y los otros dos polaridad negativa (-).
Un regulador de voltaje: se encarga de mantener constante el
voltaje de salida aplicado a la carga, a pesar de las variaciones
del voltaje de entrada.
Pese a todo este proceso, el voltaje obtenido no es realmente
constante, pero para una aproximacin de primer orden se puede
considerar que si lo es.
MEDIDAS DE VOLTAJE AC: AMPLITUD, VOLTAJE PICO-PICO, PERIODO Y
FRECUENCIA
A continuacin se muestran los datos obtenidos al conectar la
salida del transformador de 6 voltios a las entradas A y B.
PARA EL CANAL A (CHA)
Tabla 4. Parmetros obtenidos en la medicin de una corriente
alterna para el primer canal
VmxVpico-picoVeficazLongitud medida (para el
tiempo)EscalaPerodoFrecuencia
8V16V5,657V1,6 cm10 ms16x10-3 s6,25 Hz
PARA EL CANAL B (CHB)
Tabla 5. Parmetros obtenidos en la medicin de una corriente
alterna para el segundo canal
VmxVpico-picoVeficazLongitud medida (para el
tiempo)EscalaPerodoFrecuencia
8V16V5,657V1,6 cm10 ms16x10-3 s6,25 Hz
Observamos que los valores medidos por ambos canales son los
mismos. Asimismo, al medir con el multmetro digital obtenemos los
valores mostrados a continuacin.
PARA EL MULTMETRO DIGITAL
Voltaje eficaz = 6,02VVoltaje mximo = 8,485V
3. Cul es el periodo del voltaje alterno dado por el
transformador de 6 voltios?
Segn los datos obtenidos en el experimento y tabulados en las
tablas 4 y 5, el voltaje alterno dado por el transformador de 6
voltios tiene un periodo de 16 ms.
OTRAS FUNCIONES DE VOLTAJE V(t)
Tabla 6. Parmetros obtenidos en la medicin de los distintos
tipos de ondas producidas por el generador
Tipo de ondaFrecuencia(Generador)VmxLongitud
medidaEscalaPerodoFrecuencia(osciloscopio)
Sinusoidal100 Hz7V25 ms10-2 s100 Hz
Diente de sierra100 Hz7V25 ms10-2 s100 Hz
Cuadrada100 Hz7V25 ms10-2 s100 Hz
4. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo
observado en los pasos 17 y 18 del procedimiento.
Luego de observar las curvas de Lissajous en el osciloscopio,
podemos comprobar que stas varan de acuerdo a la relacin entre sus
frecuencias (para mayor informacin ver el Anexo 1). Sin embargo, al
ser el desfase entre las curvas variables, se ve que estas no se
mantienen estticas, dando la sensacin de que rotaran en el
espacio.
A continuacin vemos la representacin de stas curvas de acuerdo a
la relacin entre sus frecuencias.
Grfica obtenida para una frecuencia de salida del transformador
es 60 Hz y una frecuencia del generador idntica
Grfica obtenida para una frecuencia de salida del transformador
es 60 Hz y una frecuencia del generador de 120 Hz
Grfica obtenida para una frecuencia de salida del transformador
es 60 Hz y una frecuencia del generador de 180 Hz
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.
Este paso no se pudo realizar en el laboratorio debido a la
falta de tiempo.
6. Repita 5 pero con el control 16 en la posicin afuera.
Este paso no se pudo realizar en el laboratorio debido a la
falta de tiempo.
CAPTULO VIDISCUSIN DE RESULTADOS
CAPTULO VIICONCLUSIONES
La desviacin de un haz electrnico, depende de la tensin aplicada
a los electrodos.
La altura de las seales observadas en la pantalla del
osciloscopio, resulta de la manipulacin de los controles del bloque
vertical.
El ancho de las seales observadas en la pantalla del
osciloscopio, se controlan manipulando los controles del bloque
horizontal.
La estabilidad de la imagen en la pantalla se logra manipulando
los controles del bloque de sincronismo.
A pesar de sus mltiples usos, el osciloscopio sirve para dar dos
mediciones fundamentales: tensin y tiempo.
El osciloscopio nos dio a conocer la naturaleza sinusoidal de la
corriente alterna.
El osciloscopio mostraba los valores de la tensin en el tiempo,
en cambio el multmetro nos daba el valor promedio, la cual est en
relacin de a 1
CAPTULO VIISUGERENCIAS
Para resultados ptimos y con mayor precisin, la calibracin
previa de los instrumentos de medicin es necesaria, en particular
el osciloscopio, debemos calibrarlo tal manera que la lnea gua de
potencial tierra coincida con el eje de las abscisas, de no ser as
estaramos cometiendo errores de medida apreciables.
Los dispositivos digitales brindan mayor informacin a detalle de
las seales que nos proporciona la imagen, y la ventaja es que nos
muestra el valor de la magnitud a medir, y el error que encontramos
se debe a las condiciones a las que las sometemos su entorno, a
diferencia de un analgico que puede inducir a un error ya sea, por
la medicin visual realizada por el observador, y la mala percepcin
de las seales, el ngulo de mira no siempre es perpendicular, as la
medicin resulta tan precisa como los dispositivos digitales.
BIBLIOGRAFA
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mdulos de extensin,2001.
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