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• Jonathan Talahua

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Practica N° 2 1. Tema: Reconocimiento y utilización del osciloscopio 2. Objetivos:

 Relacionarse con los instrumentos de medición en corriente alterna AC.  Generar una señal senoidal.  Determinar todos los aspectos importantes que tiene una señal senoidal, rectangular y triangular.  Determinar y verificar con el multímetro valores de los parámetros en una señal senoidal.  Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal  Determinar indirectamente la frecuencia de una señal 3. MATERIALES:  Osciloscopio con su respectiva sonda  Generador de funciones  Cables de conexión  Tablero de control  Multímetro digital 4. MARCO TEORICO:

OSCILOSCOPIO Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas 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 así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

Utilización En un osciloscopio existen, básicamente, 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, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal 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., 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). 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).

Osciloscopio analógico La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Limitaciones del osciloscopio analógico El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento: • Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. Para solucionar este problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal (trigger level) o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada. • Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla. Esto se soluciona colocando un potencial post-acelerador en el tubo de rayos catódicos. • Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza. Otra forma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer toda la pantalla, y por ende pueden visualizarse señales de baja frecuencia pero se verá un punto desplazándose a través de la pantalla debido a que la persistencia fosfórica no es elevada. • Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede utilizarse un osciloscopio con base de tiempo disparada. Este tipo de osciloscopio tiene un modo de funcionamiento denominado "disparo único". Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostrará este y sólo este, dejando de barrer una vez que la señal ya fue impresa en la pantalla.

Osciloscopio digital En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD. En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo. Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento.

GENERADOR DE FUNCIONES Un Generador de Funciones es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo. Este generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario. Funcionamiento y usos generales Un generador de funciones es un instrumento versátil que genera diferentes formas de onda cuyas frecuencias son ajustables en un amplio rango. Las salidas más frecuentes son ondas senoidales, triangulares, cuadradas y diente de sierra. Las frecuencias de estas ondas pueden ser ajustadas desde una fracción de hertz hasta varios cientos de kilo hertz. Las diferentes salidas dl generador se pueden obtener al mismo tiempo. Por ejemplo, proporcionando una sola cuadrada para medir la linealidad de un sistema de audio, la salida en diente de sierra simultánea se puede usar para alimentar el amplificador de deflexión horizontal de un osciloscopio, con lo que se obtiene la a exhibición visual de los resultados de las mediciones. La capacidad de un generador de funciones de fijar la fase de una fuente externa de señas es otra de las características importantes y útiles.

Controles, Conectores e Indicadores (Parte Frontal) 1. Botón de Encendido (Power button). Presione este botón para encender el generador de funciones. Si se presiona este botón de nuevo, el generador se apaga. 2. Luz de Encendido (Power on light). Si la luz está encendida significa que el generador esta encendido. 3. Botones de Función (Function buttons). Los botones de onda senoidal, cuadrada o triangular determinan el tipo de señal provisto por el conector en la salida principal. 4. Botones de Rango (Range buttons) (Hz). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal. 5. Control de Frecuencia (Frecuency Control). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango. 6. Control de Amplitud (Amplitude Control). Esta variable de control, dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT), determina el nivel de la señal del conector en la salida principal. 7. Botón de rango de Voltaje de salida (Volts Out range button). Presiona este botón 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 botón 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. Botón de inversión (Invert button). Si se presiona este botón, la señal del conector en la salida principal se invierte. Cuando el control de ciclo de máquina esta en uso, el botón de inversión determina que mitad de la forma de onda a la salida va a ser afectada. La siguiente tabla, muestra esta relación. 9. Control de ciclo de máquina (Duty control). Jala este control para activar esta opción. 10. Offset en DC (DC Offset). Jala este control para activar esta opción. Este control establece el nivel de DC y su polaridad de la señal del conector en la salida principal. Cuando el control esta presionado, la señal se centra a 0 volts en DC. 11. Botón de Barrido (SWEEP button). Presiona el botón para hacer un barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de funciones puede aceptar señales 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 repetición 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 señales de onda senoidal, cuadrada o triangular. 15. Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de tipo TTL.

VALOR RMS ONDA CUADRADA

ONDA TRIANGULAR

√

5. PROCEDIMIENTO: 1) Energizar el tablero de control 2) Realizar mediciones de voltaje CA con dos diferentes dispositivos de medición 3) Conectar los terminales del multímetro analógico del tablero con los terminales de 9 V de la fuente de CA del tablero 4) Realizar dos veces el mismo proceso y anotar los datos obtenidos 5) Conectar los terminales del multímetro digital con los terminales de 9 V de la fuente de CA del tablero 6) Realizar dos veces el mismo proceso y anotar los datos obtenidos 7) Comparar los valores obtenidos y posteriormente calcular el porcentaje de error de los dos dispositivos de medida 8) Calibrar el osciloscopio 9) Conectar la sonda del osciloscopio a los terminales de 9 V de la fuente de CA del tablero, la punta de la sonda a la fase de la fuente del tablero y el lagarto de la sonda al neutro de la fuente del tablero 10) Ajustar el osciloscopio hasta obtener una onda fácil de visualizar 11) Tomar los datos que muestra el osciloscopio y anotarlos 12) Conectar el osciloscopio al generador de funciones 13) Anotar los datos que podemos visualizar en el osciloscopio 14) Utilizar el generador para cambiar la forma de la señal de onda(cuadrada y triangular) 15) Anotar los valores obtenidos con cada forma de onda

6. ANALISIS MEDICIONES ANALÓGICAS Voltaje de la fuente:

9V

Voltaje mediante el medidor analógico  

Primera edición: Segunda medición

Hallar el porcentaje de error

10V 10V

MEDICIONES DIGITALES Voltaje dela fuente:

9V

Voltaje mediante el medidor digital:  

Primera edición: Segunda medición

10.05V 10.09V

MEDICIONES DEL OSCILOSCOPIO

√

√

GRÁFICA

√

Escala: 5V

GRÁFICA TRIANGULAR V.max=14.5 V

√ √ 8,37 V GRÁFICA CUADRADA V.max=7.8 V

V

7. CONCLUSIONES:  El dispositivo digital tiene menos error que el dispositivo analógico  Los instrumentos analógicos y digitales(que utilizamos a diario como multímetro, etc) miden valores rms  Con el osciloscopio podemos calcular con mas presicion los parámetros de los diferentes tipos de onda 8. RECOMENDACIONES:

 Se recomienda calibrar el osciloscopio y verificar que todos los cables estén bien conectados antes de realizar cualquier medición.  Al momento de calcular los valores en una señal senoidal se recomienda tener muy en cuenta el valor RMS y el valor máximo o valor pico.  Se recomienda manipular correctamente todos los instrumentos en el laboratorio para no causar daños. 9. BIBLIOGRAFIA  http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=1484  http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/generador.htm  http://es.scribd.com/doc/29230775/GENERADOR-DE-SENALES  http://www.oocities.org/fbugallosiegel/Circuitos_Electricos/Ejercicios_formas_ onda_Fourier.pdf 10. ANEXOS