USO DEL GENERADOR DE ONDAS Y DEL OSCILOSCOPIO: VALORES CARACTERISTICOS DE ONDAS PERIODICAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

2014

USO DEL GENERADOR DE ONDAS Y DEL OSCILOSCOPIO: VALORES CARACTERISTICOS DE ONDAS PERIODICASLIMA-PERINTEGRANTES:VALERO CAMARENA Edward Jess cod. 20124080kGARCIA ARANA, Luis Helaman cod. 20061099UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

NDICEINTRODUCCIN2OBJETIVOS3MARCO TERICO41.PROCEDIMIENTO91.1.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL91.1.1.CIRCUITO 191.1.2.CIRCUITO 291.1.3.CIRCUITO 3101.2.PROCEDIMENTO ANLITICO101.2.1.CIRCUITO 1101.2.2.CIRCUITO 2101.2.3.CIRCUITO 3102. DATOS Y RESULTADOS102.1.CIRCUITO 1102.2.CIRCUITO 2112.3.CIRCUITO 3112.4.CUESTIONARIO113.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES134.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y DE INTERNET135.HOJA DE DATOS146.ANEXOS15

INTRODUCCINElOsciloscopioes uno de los ms importantes aparatos de medida que existen actualmente. Representan grficamente las seales que le llegan, pudiendo as observarse en la pantalla muchas ms caractersticas de la seal que las obtenidas con cualquier otro instrumento.Hay muchos aparatos de medidas capaces de cuantificar diferentes magnitudes. Por ejemplo, el voltmetro mide tensiones, el ampermetro intensidades, el vatmetro potencia, etc. Pero, sin duda alguna, el aparato de medidas ms importante que se conoce es elOsciloscopio. Con l, no slo podemos averiguar el valor de una magnitud, sino que, entre otras muchas cosas, se puede saber la forma que tiene dicha magnitud, es decir, podemos obtener la grfica que la representa.

OBJETIVOS

Aprender a utilizar el osciloscopio digital. Comparar los valores medios y eficaces visualizados por el multmetro y osciloscopio con los calculados tericamente.

MARCO TERICOEL OSCILOSCOPIOEl osciloscopio es bsicamente un dispositivo de visualizacin grfica que muestra seales elctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

UTILIDAD DEL OSCILOSCOPIOBsicamente esto: Determinar directamente el periodo y el voltaje de una seal. Determinar indirectamente la frecuencia de una seal. Determinar que parte de la seal es DC y cual AC. Localizar averas en un circuito. Medir la fase entre dos seales. Determinar que parte de la seal es ruido y como varia este en el tiempo. Los osciloscopios son de los instrumentos ms verstiles que existen y lo utilizan desde tcnicos de reparacin de televisores a mdicos. Un osciloscopio puede medir un gran nmero de fenmenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud fsica en seal elctrica) ser capaz de darnos el valor de una presin, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

TIPOS DE OSCILOSCOPIOS:Los equipos electrnicos se dividen en dos tipos: Analgicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analgico y un Compact Disc es un equipo digital. Los Osciloscopios tambin pueden ser analgicos digitales. Los primeros trabajan directamente con la seal aplicada, est una vez amplificada desva un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analgico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la seal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta informacin en la pantalla. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analgicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rpidas de la seal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensin que se producen aleatoriamente).

Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analgico ya que es el ms sencillo.Osciloscopios analgicos

Fig. Osciloscopio Analgico.Cuando se conecta la sonda a un circuito, la seal atraviesa esta ltima y se dirige a la seccin vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la seal la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente seal para atacar las placas de deflexin verticales (que naturalmente estn en posicin horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del ctodo e impacta en la capa Fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensin es positiva con respecto al punto de referencia (GND) hacia abajo si es negativa.La seal tambin atraviesa la seccin de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexin horizontal (las que estn en posicin vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrasado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho ms rpida con la parte descendente del mismo diente de sierra. De esta forma la accin combinada del trazado horizontal y de la deflexin vertical traza la grfica de la seal en la pantalla. La seccin de disparo es necesaria para estabilizar las seales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la seal repetitiva).En la siguiente figura puede observarse la misma seal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.

Como conclusin para utilizar de forma correcta un osciloscopio analgico necesitamos realizar tres ajuste bsicos: La atenuacin amplificacin que necesita la seal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la seal antes de que sea aplicada a las placas de deflexin vertical. Conviene que la seal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los lmites. La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una divisin en horizontal de la pantalla. Para seales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos. Disparo de la seal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible seales repetitivas.Por supuesto, tambin deben ajustarse los controles que afectan a la visualizacin: FOCUS (enfoque), INTENS. (Intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posicin vertical del haz) y X-POS (posicin horizontal del haz).Osciloscopios digitalesLos osciloscopios digitales poseen adems de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la seal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la seccin vertical ajusta la amplitud de la seal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analgico. El conversor analgico-digital del sistema de adquisicin de datos muestrea la seal a intervalos de tiempo determinados y convierte la seal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la seccin horizontal una seal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.

Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de seal. El nmero de los puntos de seal utilizados para reconstruir la seal en pantalla se denomina registro. La seccin de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de seal en el registro. La seccin de visualizacin recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la seal.Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un pre disparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo. Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analgico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL, el mando TIMEBASE as como los mandos que intervienen en el disparo.Mtodos de muestreoSe trata de explicar cmo se las arreglan los osciloscopios digitales para reunir los puntos de muestreo. Para seales de lenta variacin, los osciloscopios digitales pueden perfectamente reunir ms puntos de los necesarios para reconstruir posteriormente la seal en la pantalla. No obstante, para seales rpidas (como de rpidas depender de la mxima velocidad de muestreo de nuestro aparato) el osciloscopio no puede recoger muestras suficientes y debe recurrir a una de estas dos tcnicas: Interpolacin, es decir, estimar un punto intermedio de la seal basndose en el punto anterior y posterior. Muestreo en tiempo equivalente. Si la seal es repetitiva es posible muestrear durante unos cuantos ciclos en diferentes partes de la seal para despus reconstruir la seal completa.Muestreo en tiempo real con Interpolacin El mtodo estndar de muestreo en los osciloscopios digitales es el muestreo en tiempo real: el osciloscopio rene los suficientes puntos como para reconstruir la seal. Para seales no repetitivas la parte transitoria de una seal es el nico mtodo vlido de muestreo. Los osciloscopios utilizan la interpolacin para poder visualizar seales que son ms rpidas que su velocidad de muestreo. Existen bsicamente dos tipos de interpolacin: Lineal: Simplemente conecta los puntos muestreados con lneas. Senoidal: Conecta los puntos muestreados con curvas segn un proceso matemtico, de esta forma los puntos intermedios se calculan para rellenar los espacios entre puntos reales de muestreo. Usando este proceso es posible visualizar seales con gran precisin disponiendo de relativamente pocos puntos de muestreo.

Muestreo en tiempo equivalente Algunos osciloscopios digitales utilizan este tipo de muestreo. Se trata de reconstruir una seal repetitiva capturando una pequea parte de la seal en cada ciclo. Existen dos tipos bsicos: Muestreo secuencial- Los puntos aparecen de izquierda a derecha en secuencia para conformar la seal. Muestreo aleatorio- Los puntos aparecen aleatoriamente para formar la seal

1. PROCEDIMIENTO1.1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Armar los circuitos mostrados en las figuras previa medicin de las resistencias y/o capacitancias. Seleccionar una frecuencia de 100 Hz y una amplitud de 5 voltios en el generador de onda. Seleccionar el selector de ondas sinodales del generador de ondas. Conectar los bornes a-b al canal I del osciloscopio y los bornes c-d al canal II del osciloscopio, y anotar las principales caractersticas de la onda mostrada por el mismo. Repetir los pasos anteriores para una frecuencia de 200 Hz y 1000Hz. Seccionar el selector de ondas cuadradas y repetir los pasos 1,2, y 4. Seleccionar el selector de ondas triangulares y repetir los pasos 1, 2 y 4. Para el caso del circuito 3, adems observar entre el voltaje del generador de funciones con seal sinodal y la tensin sinodal en el condensador de dicho circuito.1.1.1. CIRCUITO 1

1.1.2. CIRCUITO 2

1.1.3. CIRCUITO 3

1.2. PROCEDIMENTO ANLITICO1.2.1. CIRCUITO 1

SinusoidalCuadradaTriangular

1.2.2. CIRCUITO 2Sinusoidal

Triangular

Cuadrada

1.2.3. CIRCUITO 3

Comparacin 1 (Sinusoidal)Comparacin 2

Comparacin 3(cuadrada, triangular)Comparacin 4(sinusoidal, triangular)

2. DATOS Y RESULTADOS1. 2. 2.1. CIRCUITO 1

1 CIRCUITO

FRECUENCIA60 Hz200 Hz1000 Hz

TIPO DE ONDASinusoidal

T [ms]167.8050.001.00

Pk-Pk [v]2.482.482.48

RMS [v]1.141.141.14

TIPO DE ONDACuadrada

T [ms]167.8050.001.00

Pk-Pk [v]2.602.286.40

RMS [v]1.780.861.79

TIPO DE ONDATriangular

T [ms]167.8050.001.00

Pk-Pk [v]2.282.282.28

RMS [v]0.870.860.86

2.2. CIRCUITO 22 CIRCUITO

FRECUENCIA60 Hz200 Hz1000 Hz

TIPO DE ONDASinusoidal

T [ms]81.2425.480.51

Pk-Pk [v]1.882.042.08

RMS [v]1.091.161.18

TIPO DE ONDACuadrada

T [ms]---

Pk-Pk [v]0.16--

RMS [v]2.002.002.00

TIPO DE ONDATriangular

T [ms]81.3025.360.01

Pk-Pk [v]1.881.881.88

RMS [v]0.840.820.81

2.3. CIRCUITO 33 CIRCUITO

FRECUENCIA60 Hz200 Hz1000 Hz

TIPO DE ONDASinusoidal

T [ms]16.7916.790.390.390.010.01

Pk-Pk [v]0.2112.600.0812.000.0512.60

RMS [v]0.204.290.173.420.194.28

TIPO DE ONDACuadrada

T [ms]16.8116.810.320.320.000.00

Pk-Pk [v]0.3213.800.1213.400.0513.40

RMS [v]0.116.460.086.470.076.44

TIPO DE ONDATriangular

T [ms]16.5016.500.340.340.000.00

Pk-Pk [v]0.1712.000.0812.000.0412.00

RMS [v]0.173.420.173.420.163.42

2.4. CUESTIONARIO2.4.1. Explicar el principio del funcionamiento del osciloscopio y el generador de onda. Asimismo enumerar los diversos usos.2.4.2. Explicar el principio de funcionamiento del diodo y del puente diodo y su aplicacin en la electricidad.2.4.3. Explicar el mtodo empleado para hallar el desfasaje entre voltajes de la fuente del condensador en un circuito R-C Qu otros mtodos existen?Mediciones del ngulo de desfase Mtodo de barrido disparado. La fase de una seal senoidal es la medida angular que especifica la posicin de la onda relativa a referencia. Si el cruce por cero cuando la seal va subiendo ocurre en 0, decimos que la seal no est desfasada. Si la seal est corrida hacia la izquierda o la derecha con respecto a referencia, entonces la seal tiene un desfasamiento que puede ser medido en ngulos o radianes. Dependiendo hasta que lado est corrida, ese desfasamiento es negativo o positivo. La figura muestra dos seales A y B; la seal A no est desfasada, mientras que la seal B est desfasada por 90. Podemos decir entonces, que la seal B est adelantada por 90 a la seal A.

Mtodo de las figuras Lissajous.Se alimentan dos ondas senoidales al mismo tiempo a un osciloscopio (una a la entrada A y la otra a la entrada B) y se ajusta el osciloscopio pata trabajar en el metodo A-B, la figura resultante en la pantalla se llama Figura de Lissajous. Si las dos ondas senoidales son de la misma frecuencia y fase, la figura ser una lnea diagonal. Pero si estn desfasadas 90 ser un crculo, y si fuera cualquier otro ngulo ser una elipse. Donde el valor del ngulo ser: X/Y = sen

2.4.4. Elaborar un cuadro de los valores eficaces y medios visualizados en el multmetro, osciloscopio y los calculados tericamente por formulas, indicando un % de error.

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESLa lectura del osciloscopio muestra las caractersticas de la onda de acuerdo a lo que seleccionamos en el generador (voltaje mximo, frecuencia)En los tres circuitos se nota una diferencia debido el diferente comportamiento que estos tienen (diodos, capacitancia, resistencias).Se recomienda usar adecuadamente el osciloscopio para que este te muestre los valores de forma directa los valores del periodo o frecuencia.

4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y DE INTERNET

5. HOJA DE DATOS

6. ANEXOS

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRCOS16