Medición e instrumentación. Procedimiento Malab. 03 Rev. 3 abril 2007

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Universidad Tecnológica de México

Materia: Medición e instrumentación

Área: Ingeniería

MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN Procedimiento Malab. 03 Retención 1 año + actual Rev. 1 2007 2

Práctica no. 6

Mediciones con el osciloscopio analógico

Indicadores

• Familiarizar al alumno con las mediciones eléctricas más comunes, utilizando el osciloscopio analógico.

• Estudiar las funciones básicas por medio de mediciones de voltaje y tiempo.

Normas de seguridad • Seguir las reglas del laboratorio

• Tomar en cuenta las indicaciones del profesor

Equipo de seguridad • Una bata de algodón

Fecha elaboración: __________ Fecha revisión: _____________ Responsable: ______________

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Investigación previa 1. Investiga ¿qué significa el concepto calibración? 2. Investiga ¿qué es? y ¿para qué sirve un osciloscopio? Dibuja el diagrama a bloques

de un osciloscopio analógico. 3. ¿Qué es un capacitor? y ¿para qué sirve? 4. Investiga y explica el código de colores para resistencias. 5. Describe ¿cómo funciona una bocina? 6. Investiga ¿qué es el sonido?

Equipo

• Osciloscopio de 2 canales con puntas de medición

• Fuente de poder

• Multímetro digital Fluke

• Generador de funciones

• Capacitor electrolítico de 47 µF

• Bocina de 8 ohms o un micrófono

Material proporcionado por el alumno

• Tableta protoboard

• Resistencia de 470 ohms • Resistencia de 190 ohms

• Resistencia de 12 ohms

• Capacitor electrolítico de 47 µF

• Bocina de 8 ohms o un micrófono

Preparación de la práctica Pedir el material y equipo a utilizar, asimismo se debe revisar el estado de éstos, en caso de existir alguna anomalía reportarla al laboratorista.

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Desarrollo

Experimento no. 1. Verificación de la calibración del osciloscopio. Antes de utilizar cualquier instrumento de laboratorio es necesario estar seguro de que se encuentra correctamente calibrado. Todos los osciloscopios comerciales cuentan con una señal interna especial de calibración.

a) Conecta una de las puntas de medición del osciloscopio al canal 1 (CH1 o X). b) Localiza en el panel frontal del osciloscopio la salida de la señal de calibración

interna (CAL 0.5V). c) Coloca el selector de acoplamiento de entrada del canal 1 en posición GND y

ajusta (utilizando la perilla position) la línea horizontal en posición de referencia (centro de la pantalla). Una vez ajustado regrésalo a la posición DC.

d) Conecta la terminal de medición a la salida de calibración (CAL 0.5V). El

osciloscopio internamente genera una señal cuadrada con una frecuencia de 1KHz y una amplitud 0.5 volts.

e) Para una correcta visualización, verifica el estado de los siguientes controles del

osciloscopio:

• Selector mode de deflexión vertical debe estar en posición CH1

• Selector mode de disparo en auto

• Fuente del disparo source en posición INT

• Selector INT TRIG en CH1

f) Ajusta el control de Volts/Div en la posición 0.5 y el control Time/Div en 1 ms. En estas condiciones se deberá visualizar la señal cuadrada en la pantalla y la amplitud deberá ser aproximadamente 1 cuadro. También el periodo de la señal (T = 1/frecuencia) deberá ser aproximadamente 1 cuadro en sentido horizontal. En caso de algún problema al visualizar la señal consulta con tu instructor.

g) Mueve los controles Volts/Div y Time/Div, de tal forma que la onda de calibración

se visualice lo mejor posible en la pantalla. La onda deberá verse lo más cuadrada posible, en caso de que se observe muy distorsionada es necesario calibrar las puntas de prueba ajustando el tornillo de la misma. Consulta con tu instructor para realizar esta tarea (al mover el tornillo de ajuste de las puntas de medición se

modifica el valor de la capacitancia de acoplamiento, no muevas este tornillo de ajuste sin la presencia de tu instructor).

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h) Mueve los controles focus e intensity para optimizar la señal mostrada en la

pantalla. i) Grafica a escala la onda de calibración medida en los puntos anteriores.

Determina la frecuencia de la señal. (Recuerda que la frecuencia es igual a 1/T donde T es igual al periodo de la señal en segundos.)

j) Mide el tiempo de subida de la onda cuadrada cambiando el selector Time/Div a

0.2 µs. (En caso de ser necesario, mueve el control level para que la señal permanezca quieta en la pantalla.)

k) Da tus conclusiones sobre la importancia de la calibración de un instrumento como

el osciloscopio.

Experimento no. 2. Mediciones de CD y CA.

a) Enciende la fuente de poder y con ayuda del multímetro obtén una salida de 10 volts de CD (puedes utilizar la salida A o B de la fuente indistintamente).

b) Arma el circuito siguiente utilizando la protoboard:

R2 = 470 ohms R1 = 12 ohms

c) En el osciloscopio, coloca el selector de acoplamiento de entrada del canal 1

(CH1) en posición DC.

T

10 V

R2

R1 -

+

Osciloscopio

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d) Con la puntas de medición del osciloscopio mide el voltaje sobre la resistencia R1.

Selecciona un valor apropiado de Volts/Div para visualizar correctamente la señal y anota su valor.

e) A continuación, cambia el selector de acoplamiento de entrada del canal 1 a la

posición CA. Observa lo que sucede con la señal en pantalla. Cambia el control Volts/Div y observa la forma de la señal mostrada. Anota tus comentarios al respecto y desde tu punto de vista, califica la calidad de la señal de CD generada por la fuente de alimentación de laboratorio.

f) Conecta el osciloscopio directamente al generador de funciones como se muestra

en la figura (el selector de acoplamiento de entrada del canal 1 debe estar en posición CA):

f = 500 Hz

g) En el generador de funciones selecciona una señal senoidal de 10 Vpp (10 volts pico a pico) ajustándola correctamente con ayuda del osciloscopio.

h) Cambia el selector de acoplamiento del osciloscopio a la posición CD. Variando el

control DC OFFSET del generador de funciones, observa lo que sucede con la señal del osciloscopio.

i) Regresa el selector de acoplamiento del canal 1 a la posición AC. Comenta y

anota tus conclusiones al respecto.

Nota: El diagrama esquemático del selector de acoplamiento se muestra a continuación. Explica detalladamente cuál es la función del capacitor de acoplamiento.

- - CH1

Generador de funciones Osciloscopio

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Experimento no. 3. Visualización de ondas sonoras.

a) Con ayuda de una bocina de 8 ohms o un micrófono, conecta la salida de la bocina a las terminales del canal 1 del osciloscopio.

b) Comienza a golpear la bocina y hacer sonidos; observa las señales vistas en el

osciloscopio. Intenta hacer un sonido que tenga una frecuencia constante (como un chiflido leve).

c) Ajusta los controles Volt/Div y Time/Div del osciloscopio para tener una visualización óptima.

d) Trata de calcular la frecuencia de la señal más grave (frecuencia baja) que puedas

producir, y realiza lo mismo con las frecuencias más altas (agudas).

Canal 1

CH1

Capacitor de

acoplamiento

Entrada al osciloscopio

CD

CA

GND Amplificador

vertical

Ondas sonoras

CH1 (canal del osciloscopio)

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e) Investiga cuáles son los rangos típicos de frecuencia que pueden ser emitidos por

un ser humano.

f) Investiga cuáles son los rangos de frecuencia a los que el oído humano responde.

g) Conecta el generador de funciones a la bocina (aplicándole un voltaje de aproximadamente 1 volt) y varía la frecuencia del generador, escuchando las frecuencias generadas.

h) Selecciona la opción de ondas senoidales del generador y haz varias pruebas con

una frecuencia de 0 a 20 KHz. Realiza una tabla y anota el valor de la frecuencia mínima y máxima que puede oír.

Integrante del equipo Frecuencia mínima Frecuencia máxima

1

2

3

4

5

6

7

Experimento no. 4. Medición de tiempo de carga y descarga de un capacitor.

a) Mide con ayuda del multímetro digital el valor real del resistor a utilizar. ¿Este valor es idéntico al valor nominal?, explica las diferencias. Realiza la misma operación con el capacitor y anota tus resultados.

b) Ajusta el generador de funciones de acuerdo con los valores requeridos (ver la

siguiente figura) para la onda cuadrada. Utiliza el osciloscopio para realizar esta tarea.

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c) Arma el siguiente circuito: R = 190 ohms

C = 47 µF

Señal requerida: onda cuadrada de 40 Hz

5 volts de amplitud

d) Con las puntas de prueba del canal 1 mide el voltaje en las terminales del

capacitor. e) Selecciona correctamente los Volts/Div y Time/Div, de tal forma que el voltaje

en las terminales del capacitor se visualicen claramente. (El selector de acoplamiento debe estar en posición DC.)

f) Grafica la onda mostrada en el osciloscopio, acotándola en tiempo y amplitud. g) Calcula la constante de tiempo del circuito (utilizando los valores medidos de R

y C) definida como: t = R C en segundos (recuerde que R debe estar en ohms y C en farads).

h) Ajustando los controles del osciloscopio mide el valor de la constante de tiempo del circuito RC y del tiempo que le toma al capacitor cargarse totalmente. (Ver la siguiente figura.)

Generador de funciones

R

C Vc

+

-

Onda

cuadrada

Al osciloscopio

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Nota: La constante de tiempo de un circuito RC se define como el tiempo que le toma al capacitor alcanzar un valor del 63.2% del voltaje máximo.

i) Compara el valor medido con el valor calculado. Si existen diferencias, explica a qué se le pueden atribuir. Calcula el error absoluto y relativo obtenido en la medición.

j) Varía la frecuencia de la onda cuadrada generada y observa los resultados en

la pantalla. k) Repite el procedimiento anterior utilizando un resistor de 470 ohms. l) Investiga la forma de la respuesta matemática de un circuito RC. ¿Es igual a la

obtenida en laboratorio? Escribe la ecuación diferencial del circuito RC.

100 % = 5 volts

63.2 % = 3.16 volts

t = RC

Vc

t

Tc = tiempo total de

carga del capacitor

Tc

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Análisis y presentación de resultados

Nota para los alumnos

1. El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina de escribir o en procesador de textos (PC) sin excepción.

2. Las prácticas impresas sólo sirven de guía y referencia. 3. No se aceptan copias fotostáticas del reporte final. 4. La entrega del reporte de práctica es por alumno.

Conclusiones de aprendizaje Explica tus conclusiones para cada uno de los experimentos realizados. (Nota: Aunque el reporte de la práctica sea en equipo, cada integrante deberá anexar sus propias conclusiones.)

Recursos bibliográficos Stanley, Wolf, Guía para mediciones electrónicas y prácticas de laboratorio, México, Prentice-Hall. Cooper, William David, Instrumentación electrónica y mediciones, México, Prentice-Hall.