Lab.2 -OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA

UNVERSIDAD NACIONAL DE INGENERIA 2014-III FACULTAD DE INGENERIA ELECTRICAY ELECTRONICA

2014-IIIUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

LABORATORIO N 2 OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA

INTEGRANTES: ALAYO BLAS, MIGUEL BRAVO SANTIVAEZ, MARCO CONDOR SOTO ROSALY QUIQUE VILLAVICENCIO DENNIS

PROFESOR: WALTER HUALPA GUTIERREZFISICA III N

OBJETIVOS 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.

EQUIPO 1 osciloscopio de 25mhz,elenco modelo S-1325.

Una fuente de voltaje constante con varias salidas.

Dos pilas de 1,5v cada una.

Un generador de funcin elenco GF-8026.

Cables de conexin.

Un multmetro digital.

FUNDAMENTO TERICO:

Unosciloscopioes un instrumento de visualizacin electrnico para la representacin grfica de seales elctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las seales elctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen as obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.Los osciloscopios, clasificados segn su funcionamiento interno, pueden ser tanto analgicocomodigitales, siendo el resultado mostrado idntico en cualquiera de los dos casos, en teora.

UTILIZACIN:

En un osciloscopio existen, bsicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la seal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la seal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma tcnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la seal 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., segn la resolucin del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando latensinde entrada (enVoltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolucin del aparato).Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cunto representa cada cuadrado de sta para, en consecuencia, conocer el valor de la seal a medir, tanto entensincomo enfrecuencia. (en realidad se mide el periodo de una onda de una seal, y luego se calcula la frecuencia).

OSCILOSCOPIO ANALGICO:

Latensina medir se aplica a las placas de desviacin vertical oscilante de untubo de rayos catdicos(utilizando unamplificadorcon alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviacin horizontal se aplica una tensin en diente de sierra (denominada as porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensin es producida mediante un circuitoosciladorapropiado y sufrecuenciapuede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la seal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Figura 1.- Representacin esquemtica de un osciloscopio.

En la Figura 1 se puede ver una representacin esquemtica de un osciloscopio con indicacin de las etapas mnimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente:

El tubo de rayos catdicos el rayo deelectronesgenerado por elctodoy acelerado por elnodollega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviacin, tiene lugar una desviacin del haz de electrones debido alcampo elctricocreado por la tensin aplicada. De este modo, la tensin en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviacin horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de seal en las placas de desviacin vertical, dibuje una lnea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviacin del rayo. Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviacin vertical la seal a medir (a travs del amplificador de ganancia ajustable) el haz, adems de moverse de izquierda a derecha, se mover hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la seal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensin aplicada. Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relacin entre estas divisiones y elperododel diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada divisin horizontal corresponder un tiempo concreto, del mismo modo que a cada divisin vertical corresponder una tensin concreta. De esta forma en caso de seales peridicas se puede determinar tanto su perodo como su amplitud. El margen de escalas tpico, que vara de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy verstil para el estudio de una gran variedad de seales.

PARTES DEL OSCILOSCOPIO:

EL CAN ELECTRNICO:

Los electrones son emitidos por un ctodo de caldeo, que tiene forma de un cilindro cerrado por un extremo mediante una plaquita. Esta placa est recubierta por xidos de bario y estroncio que emiten un haz de electrones de alta densidad. El ctodo se calienta mediante un elemento calefactor en forma de hlice que est contenido en el cilindro.

A continuacin, y muy prximo al ctodo viene la rejilla de control que tiene un orificio ms pequeo que la superficie emisora. Una segunda rejilla de control acelera los electrones que han pasado a travs de la primera rejilla.El siguiente elemento dentro del tubo, es el denominado nodo de enfoque. Que tiene forma cilndrica con varios orificios. Finalmente, tenemos el nodo acelerador.

El nodo acelerador A2 est fijado a un potencial de varios miles de voltios respecto al ctodo. El primer nodo de enfoque A1 funciona a un potencial VC que es aproximadamente la cuarta parte de A2, VC + VB. La segunda rejilla R2 est conectada internamente a A2. Variando los potenciales VB y VC se puede cambiar la energa del haz de electrones. La rejilla de control R1 es siempre negativa respecto al potencial del ctodo C. La densidad del haz de electrones y por tanto, la intensidad de la imagen sobre la pantalla puede variarse cambiando esta diferencia de potencial, que recibe el nombre de tensin de polarizacin. Normalmente, la rejilla de control R1 funciona a un potencial de 20 voltios negativos respecto del ctodo.El tubo de rayos catdicos tiene dos pares de placas deflectoras que desvan el haz en dos direcciones mutuamente perpendiculares. Las placas no son completamente paralelas sino que se ensanchan para lograr grandes ngulos de desviacin evitando que el haz de electrones choque contra los bordes de las placas. La diferencia de potencial entre las placas deflectoras suele ser de 0 a 45 voltios.

LA PANTALLA:

La pantalla del tubo de rayos catdicos est recubierta internamente con una sustancia fosforosa que destella visiblemente cuando incide sobre ella un haz de electrones. Se denomina luminiscencia a una propiedad radiactiva de los slidos. La sustancia brilla cuando se ilumina con luz de longitud de onda apropiada o se excita por algn otro medio como el choque con un haz de electrones.

Cuando se lleva un electrn de la banda de valencia a la banda de conduccin, deja un hueco en la banda de valencia. En una red perfectamente pura y regular, el electrn regresa a la banda de valencia. Si la red tiene impurezas que introduzcan niveles de energa en la regin prohibida, un electrn que ocupe un nivel de impureza bajo, puede llenar el hueco en la banda de valencia, mientras que el electrn en la banda de conduccin puede caer a alguno de los niveles de impureza cercanos a dicha banda. Cuando el electrn pasa de un nivel de impureza cercano a la banda de conduccin a un nivel de impureza de baja energa, emite radiacin que se denomina luminiscencia.El electrn situado en la banda de conduccin puede caer en una trampa, desde la cual est prohibida una transicin al nivel fundamental de impureza. Al cabo de cierto tiempo, el electrn puede regresar a la banda de conduccin, despus de lo cual pasa de a un nivel de impureza cercano a la banda de conduccin y a continuacin, al nivel fundamental de impureza.Debido al tiempo empleado en este proceso, que puede ser de varios segundos, el proceso se llama fosforescencia. Las sustancias que se comportan de esta manera como el sulfuro de zinc se usan en las pantallas de los tubos de rayos catdicos, televisin, etc. Cuando el haz de electrones choca contra el material de la pantalla, otros electrones son expulsados del fsforo. Estos electrones libres, se denominan electrones secundarios y son recogidos por un recubrimiento de grafito en polvo que se aplica a la superficie interna del tubo. El grafito es conductor de la electricidad y lleva los electrones al terminal positivo de la fuente de alimentacin.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL OSCILOSCOPIO:

El movimiento del electrn se realiza en tres etapas: En el can acelerador Entre las placas deflectoras Cuando se dirige hacia la pantalla

Movimiento en el can acelerador:

La velocidad de los electrones cuando llegan a las placas deflectoras despus de haber sido acelerados por el can de electrones es.

Movimiento entre las placas del condensador:

Entre las placas deflectoras, el electrn experimenta una fuerza constante F = qE. Siendo E el campo elctrico en el espacio comprendido entre las dos placas. Utilizando las ecuaciones del movimiento curvilneo bajo aceleracin constante

Si L es la longitud del condensador, la desviacin vertical y del haz de electrones a la salida de las placas ser

Movimiento fuera de las placas

Despus de que el haz de electrones abandone la regin deflectora, sigue un movimiento rectilneo uniforme, una lnea recta tangente a la trayectoria en el punto x = L en el que dicho haz abandon la mencionada regin.La desviacin total del haz en la pantalla situada a una distancia D del condensador es:

El ngulo de desviacin aumenta con la longitud L de las placas, con la diferencia de potencial Vd (o el campo E) entre las mismas. Aumenta tambin, si se disminuye el potencial acelerador V, o la velocidad v0 de los electrones, permitindoles estar ms tiempo dentro del campo deflector.

CLCULOS:

I) CORRIENTE CONTINUA:

Valor nominalValor real 1er osciloscopioValor real 2dovoltmetro% error

FUENTE1,51,61,476,6%-2%

33,83,6526,6%-21,6%

4,56,46,2142,2%-38%

II) CORRIENTE ALTERNA:

Valor nominalValor real 1er osciloscopioValor real 2dovoltmetro% errorfrecuencia

FUENTE1,52,61,773,3%-13,3%500Hz

34,43,346,6%-9,09%500Hz

4,575,255,5%-15,5%500Hz

III) GENERADOR DE FUNCIONES :

VOT OSCILOSCOPIOFORMA DE ONDAFRECUENCIA

6VSenoidal750Hz

4,5VSenoidal1100Hz

7,2VTriangular1400Hz

5,2VCuadrada900Hz

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LABORATORATORIO N2 DE FISICA OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA