Lab 2 Fisica III

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL_______________________________________

LABORATORIO Nº 2: OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA

1. OBJETIVO

Aprender, analizar e interpretar las imágenes, resultados, que se presentan en el osciloscopio, así también como su manejo de éste, lo cual nos servirá para:

Medir el voltaje constante, voltaje alterno, y como instrumento para medir amplitud, periodo y frecuencia de diferentes funciones de voltaje periódicas en el tiempo.

Graficar las ondas representadas, es decir utilizarlo como un graficador XY; donde el eje X representa al tiempo y el eje Y representa al voltaje.

2. FUNDAMENTO TEORICO

El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos, medir también el voltaje o tensión que presenta una fuente de corriente continua (DC) o alterna (AC).Los osciloscopios son de instrumentos versátiles y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos. Un osciloscopio puede medir y determinar un gran número de fenómenos tales como:

Determinar el periodo y voltaje de una señal que entra.

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

Medir la fase entre dos señales presentes.

Permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en

circuitos eléctricos y electrónicos.

También el osciloscopio tiene diferentes aplicaciones (usos) en diferentes reas como por ejemplo: será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco; potencia de sonido, nivel de vibraciones de un coche, etc; esto debido a que cuenta con un transductor adecuado que es una parte de este instrumento que convierte una magnitud física en señal eléctrica

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Principios de funcionamiento del osciloscopio

El funcionamiento de este instrumento de medición es: el cañón de electrones (cátodo) envía un haz hacia una pantalla recubierta con un material fosforescente; durante su recorrido, el rayo atraviesa por etapas de enfoque (rejillas) y aceleración (atracción anódica) de tal manera que al golpear la pantalla se produce un punto luminoso, por medio de placas deflectoras, es posible modificar la trayectoria recta de los electrones, tanto en sentido vertical como horizontal, permitiendo así el despliegue de diversa información.En la mayoría de osciloscopios, la desviación electrónica, llamada deflexión, se consigue mediante campos eléctricos. Ello constituye la deflexión electrostática.Las dimensiones de la pantalla del TRC están actualmente normalizadas en la mayoría de instrumentos, a 10cm en el eje horizontal (X) por 8cm en el eje vertical (Y). Sobre la pantalla se encuentran grabadas divisiones de 1cm cuadrado, bien directamente sobre el TRC o sobre una pieza superpuesta a él, en la que se encuentra impresa una retícula de 80cm cuadrados. En esta retícula es donde se realiza la representación de la señal aplicada al osciloscopio.El osciloscopio se encuentra representado en el mercado de instrumentos bajo formas distintas no solo en cuanto al aspecto físico sino en cuanto a sus características internas y por tanto a sus prestaciones y posibilidades de aplicación de las mismas.

Con el osciloscopio se pueden visualizar formas de ondas de señales alternantes, midiendo su voltaje pico a pico, medio y rms.

Utilización del osciloscopio En un osciloscopio existen dos tipos de controles que son utilizados como reguladores

que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y

de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio.

El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo

(segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El

segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios,

milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).


Componente principal de un osciloscopio es el tubo de rayos catódicos (TRC); el cual se muestra esquemáticamente.


Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla,

permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia,

conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. En realidad

se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia.

Se calculara la frecuencia a partir de conocer el periodo mediante:

Donde T se mide en segundos (s) y la frecuencia en (Hz).

Tipos de osciloscopio

Ondas que genera el osciloscopio

Ondas Senoidales


Imagen que muestra como mediremos el periodo en la experiencia

Onda senoidal que genera el osciloscopio al medir el voltaje de una fuente (A.C)

Osciloscopio analógico

Osciloscopio digital


Ondas triangulares y en diente de sierra

Ondas cuadradas y rectangulares

3. EQUIPO

a) Un osciloscopio de 25MHz.

b) Una pila de 1.5 voltios.

c) Una fuente voltaje constante con varias salidas.

d) Un transformador de voltaje alterno.

e) Un generador de función Elenco GF-8026.

f) Cables de conexión.

g) Un multímetro digital.


Onda triangular y en diente de sierra que presenta el barrido horizontal de un osciloscopio analógico

Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo


4. CALCULOS Y RESULTADOS

4.1. Haga una tabla de tres columnas indicando el voltaje medido con el osciloscopio,

el voltaje medido con el multímetro y el voltaje nominal de cada salida de la

fuente.

Fuente de voltaje(D.C)(según referencia de panel frontal)

(en V)

Medida con el osciloscopio (en V)

Medida con el multímetro

digital (en V)(Pila) 1.5 1.6 1.61

(Fuente de poder) 1.5 1.7 1.793 3.2 3.194 4.3 4.256 6.1 6.038 7.3 7.46

10 9.0 8.8912 13.2 13.32

4.2. ¿Es realmente constante el voltaje dado por esta fuente?

Dado que al medir el voltaje con el multimetro digital encontramos unas pequeñas variaciones, podemos concluir que el voltaje de cada una de las fuentes varia muy poco, (decima o centésimas de voltio), es decir, no es constante realmente. Pero dado que las variaciones son muy pequeñas y se pueden ser consideradas como despreciables, podemos considerar también a la fuente como continua.

Tenemos en cuenta la eficacia de multímetro y osciloscopio, ya que los valores de ambos son cercanos, pero relativamente lejanos (pequeña variación) con las de la fuente.

Una explicación al analizar que la fuente lleva corriente continua es que la experiencia nos indica a trabajar con el osciloscopio, porque éste nos muestra el valor mas exacto posible de voltaje que presenta una fuente (D.C), y asi la fuente funciona como continua.

4.3. ¿Cuál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 voltios? Calcule el periodo para cada uno de las divisiones cuando el interruptor 28 está en posición 1ms/división, 2ms/división, 5ms/división, luego calcule la frecuencia media o promedio.



Valo

r efic

az (c

alcu

lado

) (en

V)

Nº de divisiones en la escala de tiempo

El voltaje medido por el multímetro respecto al transformador que reduce el voltaje de 220 a 6 V es de 6.03 voltios. El periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6V es:

T = 0.0166 s

Entonces la frecuencia se podrá hallar con la relación mencionada anteriormente.

f = 1 / T f = 1/ 0.0166 s f = 60.24 Hz

Calculando el porcentaje de error:

%E¿frecuenciamedida−frecuencia real aceptada

frecuencia real aceptadax100 %

Frecuencia real aceptada = 60 Hz y la frecuencia medida= 60.24Hz

%E=60.24Hz−60Hz60Hz

x100 %=¿%E=0.4 %

El número de divisiones cuando:

1ms/div = 16 divisiones

2ms/div = 8.4 divisiones

5ms/div = 3.2 divisiones


Perio

do (T

) (en

s)

Frec

uenc

ia (e

n H

z)

16.4 5.8 6.03 16 0.016 8.4 0.0168 0.0173.2

0.01

66

60.2

4

Osc

ilosc

opio

(Vpp

)

1ms/

div

T 1 (e

n s)

2ms/

div

T 2 (e

n s)

5ms/

div

T 3 (e

n s)

Mul

tímet

ro d

igita

l (en

V)


El voltaje pico-pico calculado en el osciloscopio resulta ser igual a 16.4 voltios; luego para hallar el voltaje pico se divide 16.4 entre 2 y así se obtiene 8.2 voltios, ahora para hallar el voltaje eficaz se usa la siguiente relación.

Vef =V p

√2 , con esto se obtiene el VEF. = 5.8 V

4.4. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio para otras funciones de voltaje V (t); para ello use el generador de funciones y grafique.


Función seno

Periodo: 7.4x10-4 s

Frecuencia (calculado): 1351.35 Hz

Generador muestra: 1350 Hz

Función cuadrada

Periodo: 7.2x10-4 s


Generador muestra:1350 Hz

Función triangular

Periodo: 7x10-4 s


Generador muestra: 1350 Hz


4.5. Si el osciloscopio esta en modo XY y coloca un voltaje constante de 1,5 voltios (una pila) en el canal 1 y de 3 voltios (fuente de voltaje constante con diferentes salidas) en el canal 2. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio indicando la señal observada.

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


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