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Universidad Santiago de Cali Facultad de Ingeniería Introducción a la Electrónica Informe #4– Manejo del Osciloscopio. Nombre: Diego A. Osorio Chavarro Fecha: 10 de Abril 2019 Profesor: Juan García Jiménez 

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Informe #4 – Manejo del Osciloscopio. Diego A. Osorio Chavarro. Ingeniería Electrónica. Universidad Santiago de Cali. Cali, Valle del Cauca, Colombia. Resumen—En el siguiente documento se presenta el desarrollo de la práctica de laboratorio #4 “Manejo del Osciloscopio” en el cual se observarán las distintas funciones que ésta herramienta posee para medir señales.

Palabras Claves 1. Osciloscopio: Es un dispositivo que nos permite visualizar señales eléctricas variables en el tiempo

I. OBJETIVO Identificación y manejo del Osciloscopio, tanto sus ajustes como la medición de voltaje, frecuencia y desfase

a 2KHz con un voltaje pico a pico de 2.5V, a continuación se presiona la Tecla AUTO para que el osciloscópio realice la medición y muestre la señal correctamente. Esto aplica para el osciloscopio BK PRECISION 2542B, en otro caso se puede ajistar el timmer capacitivo en la punta de prueba hasta que la señal se vea totalmente cuadrada. Algunos osciloscopios tienen la función de autocalibrarse, solo hay que darle a ésta opción, desconectar los electrodos y el osciloscopio se autocalibrará, tardándose más o menos unos 15 minutos.

II. INVESTIGACIÓN a) Osciloscopio Es un aparato que nos permite visualizar tensiones eléctricas que varían en el tiempo. Cuando una señal de tensión es aplicada a la terminal de entrada del osciloscopio, en la pantalla del mismo aparecerá una representación gráfica de tensión en función del tiempo (siempre que el osciloscopio esté bien ajustado). Normalmente los osciloscopios sólo permiten visualizar señales que son periódicas en el tiempo, pero esto es suficiente en la inmensa mayoría de las aplicaciones. Este instrumento no sólo nos permite visualizar la señal, también nos permite medir su periodo y su amplitud. Para eso se utilizan las escalas horizontal y vertical situadas en la pantalla. b)

Manejo y calibración.

Para poder observar la señal que pasa por un componente, los electrodos que están conectados al osciloscópio deben estar en paralelo al componente o circuito, ya que como se sabe se estará midiendo tensión. Al encender el osciloscopio hay que poner las puntas de prueba en la señal de calibración para corrobolar que se pueda ver una señal cuadrada correctamente compensada

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(Figura 1. Señal de prueba compensada.)

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(Figura 2, Señal de prueba sobrecompensada y descompensada)

Las figura 1 muestra cómo se debe de ver la señal de prueba correctamente, en cambio la figura 2 nos muestra la señal de prueba sobrecompensada y descompensada, para solucionar ésto se requieren seguir los pasos ya mencionados.

III. MEDIR VOLTAJE, FRECUENCIA Y DESFASE El grupo de trabajo midió distintos tipos de señales y se pudo evidenciar que la corriente directa (tomada de la señal de una batería) tiene un comportamiento lineal siendo ésta una línea paralela al eje X y perpendicular al eje Y dándonos información del voltaje que puede suministrar la batería. Por otro lado para el caso de la corriente alterna se puedo observar que es una función senoidal y el valor en voltios de la propia señal.

(Figura 3. Señal de prueba obtenida en la práctica) c)

Se pudo observar que el voltaje pico-pico es más alto que el voltaje medido por el multímetro, esto se debe porque el voltaje rms (medido por el multímetro) es una media entre el voltaje pico superior y el voltaje pico inferior, esto se hace con tal de especificar un valor el cual pueda equivaler a mismo voltaje en corriente directa.

Modo x-y

Como ya se dijo antes, normalmente un osciloscopio nos permite visualizar señales en función del tiempo (Y-T). El modo X-Y toma un tiempo y bajo dicho tiempo cada señal es evaluada para así encontrar las components tanto de X (señal leída en el canal 1) como de Y (señal leída en el canal 2), gracias a ésto conseguimos ver la relación de puede existir entre dos canales del osciloscopio. Esta configuración produce unos patrones llamados "figuras de Lissajous" que es la representación de una función en función de otra. Estas figuras son de especial interés para hacer análisis de fase entre dos señales pero, también tiene otras utilidades como por ejemplo mostrar la relación entre tensión y la corriente de un componente. d)

Curvas o figuras de Lissajous.

Este tipo de figuras son el resultado de la composición de dos movimientos armónicos simples perpendiculares entre ellas. Si denominamos a éstas direcciones X e Y podemos describir sus trayectorias mediante la siguiente ecuación:

(Figura 4.Corriente alterna con un valor eficaz de 120v.)

En la figura 3 se ve un ejemplo de una señal de corriente alterna de 120 voltios (voltaje rms), con un voltaje pico de 170V y un voltaje pico-pico de 340V. Este es tipo de señal eléctrica doméstica que se puede encontrar en la mayoría de hogares.

X  X 0 cos(2 f xt ); Y  Y0 (2 f y t   ) Donde X 0 y Y0 son las amplitudes de los movimientos armónicos simples, f x y f y son las frecuencias de los movimientos armónicos simples y  es el desfase entre ambos.

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(Figura 5.Formulas para encontrar el voltaje eficaz en distintas ondas)

Comprendido lo anterior se procede a medir distintos tipos de señales con el osciloscopio.

señales con diferentes frecuencias. El circuito que se realizó fue el siguiente.

En la práctica también se midió la señal de la tensión respecto a una serie de resistencias (del mismo valor), éstas conectadas en serie y en paralelo, y como fue de esperarse las señales de todas las resistencias puestas en paralelo presentaban la misma señal ya que no hay caída de tensión entre ellas, contrario a lo que sucedió cuando se configuraron las resistencias en serie ya que se pudo observar las caídas de tensión en cada una de las resistencias medidas por el osciloscopio. (Figura 7. Circuito Resistencia-Condensador y medición del osciloscopio.)

Al ingresar una señal AC de 1Hz las señales captadas en los dos canales eran las mismas, pero al ir aumentando la frecuencia se iba generando un desfase en la señal y a disminuir la amplitud de la señal en el canal B. Por tanto a mayor frecuencia, mayor desfase y menor amplitud en la señal medida en el canal B. La información de éste cambio de amplitud se ve en la siguiente tabla.

(Figura 6. Conexión de resistencias y medición con el osciloscopio.)

NODO

Voltaje(V)

Voltaje Pico(V)

Voltaje pico-pico (v)

A

4.2

6.0

12.0

B

3.2

4.5

9.0

C

2.2

3.0

6.0

D

1.0

1.5

3.0

(Tabla 2.Mediciones realizadas en las resistencias.)

Bajo lo que se pedía en la práctica se realizó un circuito Resistencia-Condensador, se analizó y se midieron

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Frecuencia (Hz)

Voltaje(v)

Voltaje Pico(v)

1

4.24

6.0

250

3.40

4.8

500

2.33

3.3

1000

1.41

2.0

1500

0.92

1.3

(Tabla 3.Mediciones realizadas en el circuito ResistenciaCondensador)

El desfase entre estas dos señales se puede calcular a partir de la siguiente fórmula:



t 360 T

Donde t es el intervalo de tiempo donde ambas señales son 0 como se mostrará en la siguiente imagen.

Cada una de éstas figuras depende tanto de la frecuencia, la amplitud y el desfase de las dos ondas que entren por los dos canales del osciloscopio. Para encontrar el ángulo de desfase con el método de lissajous se usa la siguiente fórmula.

  arcsin(d / D) Tanto d como D son distancias y se pueden identificar en el osciloscopio por medio de la siguiente figura.

(Fig. 8. Señales desfasadas.)

Por ende tenemos que:

t  2.32ms Por tanto:

2.32ms *360 9.95ms   83.93



Lo que acabamos de ver es un cálculo de desfase por el método del tiempo, pero con la ayuda de un osciloscopio se puede calcular mediante las curvas de Lissajous gracias al modo XY.

(Figura 10. Curva de Lissajous con sus respectivas distancias.)

También se realizó un montaje de un circuito generador de onda senoidal con un temporizador 555 como el que se muestra en la siguiente figura.

(Figura 11. Circuito generador de onda senoidal)

(Figura 9.Posibles curvas de Lissajous)

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El circuito se simuló en Multisim para obtener los valores teóricos y compararlos con los datos prácticos el circuito montado en el laboratorio.

Tipo de señal

Voltaje (V)

Voltaje Pico (V)

Voltaje picopico(V)

Frecue ncia (Hz)

Multisim

Senoidal

3.39

4.756

9.518

7215.6 8

Circuito real

Senoidal

1.22

1.78

3.56

7042

(Tabla 3.Datos obtenidos del generador de señal senoidal)

Se puede observar que la diferencia entre los datos teóricos y los prácticos es muy grande, entre un 67% a 81% de error relativo. Primero se pensó que los datos teóricos extraídos de la simulación estaban erróneos, por ende se procedió a simular el mismo circuito en distintos softwares.

(Figura 12. Simulación del circuito en Multisim Online)

Luego de comprar datos nos dimos cuenta que los datos obtenidos en las distintas simulaciones eran muy similares a diferencia de los datos prácticos. Por tanto se llegó a la conclusión de que quizás haya algún tipo de ruido o interferencia que cause que nuestras medidas prácticas sean tan dispares a las teóricas.

IV. OSCILOSCOPIO BK PRECISION 2542B A continuación se mostrará la tabla de especificaciones del osciloscopio usado en el laboratorio (BK precisión modelo 2542)

Como se puede observar, el osciloscopio trabaja con un ancho de banda de 100 MHz y el voltaje máximo de entrada es de 400V pico-pico, tanto AC como DC. También se puede observar su sensibilidad vertical, llegando a ser de 2 mV/div a 5 mV/div. Siendo la misma para ambos canales.

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A continuación se mostrarán las funciones de las perillas y botones del osciloscopio usado.

V. BIBLIOGRAFÍA

BKPrecision. (s.f.). Obtenido de https://bkpmedia.s3.amazonaws.com/dow nloads/datasheets/esmx/254xB_hoja_de_datos.pdf Desconocido. (17 de Octubre de 2013). Osciloscopi0. Obtenido de http://osiloscopi0.blogspot.com/2013/10/c alibracion-de-osciloscopio.html

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

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Botón de encendido del osciloscopio. Display. Agarradera. Mostrar o quitar el menú. Ajuste de nudo. Auto ajuste (sincroniza la señal medida para que sea visible de manera rápida). Botón de utilidad y botón de grabado y cargado. Botones de medida y cursor. Botones de menú de adquisición y visualización. Botones de control RUN (SINGLE & RUN / STOP). Controles de disparo. Botones de acceso directo y tecla local (función alternativa del botón COUNTER; se usa para configurar la unidad en modo local cuando está en modo remoto). Controles horizontales. Terminal de disparo con salida de BNC. Canal 2 de entrada BNC. Controles verticales. Canal 1 de entrada BNC. Botones de función. Botón para imprimir. Terminal de señal de compensación. Puerto USB. Patas de inclinación.

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Desconocido. (15 de Febrero de 2015). Electrofunlid. Obtenido de http://blog.electrofunltd.com/2015/02/intr oduccion-los-osciloscopios-modo-xy.html Finaltest. (s.f.). Obtenido de https://www.finaltest.com.mx/productp/art-9.htm Gonzales, G. V. (7 de Noviembre de 2012). Issu. Obtenido de https://issuu.com/gersonvillagonzalez/docs /pr_ctica_7_operaci_n_y_aplicaci_n_dle_os cilsocopio Sc. (s.f.). Obtenido de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaci ones/lissajous/lissajous.htm Urg. (s.f.). Obtenido de https://www.ugr.es/~juanki/osciloscopio.ht m Wikiuniversity. (2017). Obtenido de https://es.m.wikiversity.org/wiki/Laboratori o_de_Tecnolog%C3%ADa_Electr%C3%B3nic a/Medida_del_desfase

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