1. PROLOGO

El presente informe invita al lector a conocer de una manera concisa el uso del

osciloscopio como una poderosa herramienta, en la experimentación con la

corriente alterna y/o directa; el ensayo experimental fue llevado a cabo en el

laboratorio de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería

a la cual agradecemos por su servicio brindado.

Brevemente conoceremos que pasos seguimos estrictamente en la práctica

desde que se entró en la sala del laboratorio, hasta el momento en el que se

finalizó la práctica.

De una manera secuencial veremos paso a paso como manipulamos los

artefactos, con ayuda de ilustraciones en las cuales se ven las piezas, como los

artefactos, y los acontecimientos al manipular estos mismos. Así se puede

entender de una manera concisa al tener una ilustración de cada cosa que

acontece para tratar de remediar la ausencia de masa al detallar por medio de

la descripción en la redacción de este trabajo.

Por ultimo queda nuestra expectativa hacia el lector de que al mediante la

lectura, reciba con agrado lo que hemos plasmado en este informe de

laboratorio; como la comprensión sea oportuna en cada línea que

cuidadosamente hemos redactado.

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2. OBJETIVOS-Lograr que los lectores puedan comprender el uso del osciloscopio. Así como calibrarlo y utilizarlo para medir: voltaje, tiempos y frecuencias.

-Reconocer las diferentes funciones de voltaje periódicas en el tiempo.

-Lograr que el estudiante sepa que parte de señal es DC y cual AC.

-Familiarizarnos con el osciloscopio, conocer las funciones de sus controles, aprender a medir con este aparato (voltajes constantes, alternos, amplitud frecuencia de diferentes funciones de voltaje periódicas en el tiempo).

-Usarlo como graficador de funciones en un plano (XY).

3. FUNDAMENTO TEÓRICO DEL OSCILOSCOPIO

Definición: Empezaremos por definir el osciloscopio como un dispositivo de visualización grafica que nos permite medir voltajes, mostrándolos en señales eléctricas que varían con el tiempo. Este dispositivo es el instrumento más versátil que existen, que puede medir un gran número de fenómenos, provisto de un transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en eléctrica) que será capaz de darnos el valor del ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones, valor de una presión, etc. Tipos:

OSCILOSCOPIO ANALÓGICO: Permiten observar en la pantalla una reproducción fiel de la evolución temporal de una señal. Asimismo la mayor o menor confiabilidad dependerá de la calidad de instrumento que se utilice. Permiten hacer mediciones de acuerdo al tipo de onda visualizada.

OSCILOSCOPIO DIGITAL: Permiten realizar un muestreo de la señal a representar y almacenan los datos obtenidos, así como guardar formas de onda correspondientes a distintas mediciones (incluso de ondas no periódicas) para su posterior visualización. Asimismo dispone de cursores que pueden desplazarse para facilitar la medición sobre la imagen, así como facilitar el cálculo del valor medio, voltaje eficaz, etc.

FUNCIONAMIENTO:

A continuación se explicará el funcionamiento interno del osciloscopio, que en nuestro caso es de tipo analógico:

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Figura 1

Cuando se conecta la sonda a un circuito (sea fuente de voltaje, un generador de funciones, etc.), la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical .Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical disminuiremos la señal o la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa. Observe la siguiente imagen:

Placa de deflexión.

Figura 2

Cuando la señal atraviesa la sección de disparo, inicia 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 deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. Asimismo el recorrido de derecha a izquierda se realiza con la parte descendente del mismo diente de sierra. Por lo tanto la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la grafica de la señal en la pantalla .La función de la sección de disparo es estabilizar las señales repetitivas la cual asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal repetitiva. Observe la Figura 2.

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USO: En la pantalla del osciloscopio se interpreta Y como voltajes y X como tiempos. El valor de cada división dependerá de la posición de los botones VOLT/DIV y TIME/DIV respectivamente.Si el osciloscopio estaba en modo XY, ambos ejes se deben interpretar como voltajes haciendo que por el Canal 1 entrará la señal Y y por el Canal 2 la señal X.

Para utilizarlo se debe tener en cuenta los siguientes puntos: Utilizar el mando AMPL para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea

aplicada a las placas de de deflexión vertical. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una

división en horizontal en la pantalla. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER

SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible las señales repetitivas.

A continuación se explicaran como se realizan los cálculos de medidas de voltaje en el osciloscopio debidamente calibrado.

CALCULOS:

MEDIDA DE VOLTAJES

Se definen tres voltajes en una señal periódica V (t): V(0): es la amplitud de la señal. Vpp: Voltaje pico a pico. Vrms: Voltaje Raíz Medio Cuadrático.

Definido de la siguiente manera:

Siendo T el periodo de la señal. La grafica 3 nos muestra estos voltajes para una señal sinusoidal Figura 3

-Por lo tanto en el caso de una señal sinusoidal:

-Para una señal cuadrada: Entonces la lectura de voltajes se hará como sigue: V=divisionesx (voltios/división). Donde la incertidumbre absoluta en las divisiones estará dado por +- 0.2divisiones.

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Donde la incertidumbre relativa en la medida de voltaje será:

Es decir, entre mayor sea la distancia entre los puntos a medir, menor será el “error relativo” en la medida.

MEDIDA DE TIEMPOS

Imaginemos que debemos saber el tiempo que hay entre los puntos C y D de la señal de la Figura 4. El número de divisiones horizontales Nx que los separa es 5 y si por ejemplo el botón TIME/DIV está en la posición 0.2 ms/div, el tiempo entre los 2 puntos se calcula como sigue: Tiempo entre los puntos C y D = 5divisionesx0.2ms/div=1ms. La incertidumbre será igual a 0.04ms por lo que el resultado se debe expresar asi:

Figura 4.

MEDIDA DE FRECUENCIAS

En la Figura 5 se ilustra una señal armónica, a la cual queremos medir su frecuencia:

Figura 5.

Supongamos que el periodo sea 30ms +-2ms, donde la frecuencia será un cálculo fácil ya que será la inversa del periodo. Sin embargo para hallar la incertidumbre se tendrá que usar el siguiente cálculo:

GENERADOR DE FUNCIÓN DE ONDAS

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Figura 6.En la fig. 6 tenemos un generador de ondas que nos va a ayudar a justamente a crear ondas que pueden ser de los siguientes tipos:

Ondas senoidales. Ondas cuadradas y rectangulares. Ondas triangulares y en diente de sierra. Pulsos y flancos o escalones.

TIPOS DE ONDA

Ondas senoidales: Son ondas fundamentales porque poseen unas propiedades matemáticas interesantes. Asimismo con combinaciones de señales sinoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier tipo de onda.La señal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma.

Ondas cuadradas y rectangulares: Son ondas que básicamente pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares y a un tiempo muy reducido.

Ondas triangulares y en diente de sierra: Se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como puede ser, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico o el barrido tanto horizontal como vertical de una televisión.

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Pulsos y flancos o escalones: Se denominan señales transitorias porque solo se presenta una vez. Un flanco o escalon indica un cambio repentino en el voltaje. El pulso representa 1 bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital.

4. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICAEQUIPO

- Un osciloscopio de 25 MHz, Elenco modelo S-135.- Dos pilas de 1.5 voltios cada una.

- Una fuente de voltaje constante con varias salidas.

- Un transformador de voltaje alterno 220/6V, 60Hz.

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- Un generador de función Elenco GF-8026.

- Cables de conexión.- Un multímetro digital.

PROCEDIMIENTO:

A continuación explicaremos el desarrollo del experimento detalladamente:

a) Al recibir los equipos q vamos a utilizar en el laboratorio, nos pusimos a identificarlos ;comenzamos con el osciloscopio, la cual nosotros debíamos ajustar a las condiciones que nos indicaban, el osciloscopio consta de una pantalla la cual está representada de un sistema con coordenadas XY, al encender este aparato sale una luz de color celeste (es un punto) lo que nosotros debíamos hacer es centrara ese punto en el origen de coordenadas, para que los datos que nos diera el osciloscopio sean lo más exactos posibles.

b) A continuación procedemos con la medición del voltaje con el osciloscopio, colocamos los interruptores en la posición DC y luego conectamos una fuente de voltaje, que es una pila de 1.5 voltios, luego mantuvimos los controles en CHA y CHB, observamos que el punto luminosos que a inicios estaba el origen de coordenadas se había movido, la distancia que separa el punto luminosos con el origen de coordenadas, depende de la escala que tomaremos, los datos y la escala que tomaremos se ajustan con el cuadro de datos, lo medimos también con el multitester.

c) Ahora pasaremos al siguiente paso que es: medidas de voltaje, amplitud, voltaje pico, pico- pico, periodo y frecuencia. Para este caso transformador de (6v) lo conectamos al osciloscopio y el interruptor lo ponemos en CHA,

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encontramos una escala adecuada de voltios por divisional igual que con el tiempo por división, notamos que en la pantalla del osciloscopio sale una gráfica sinodal, que tuvimos que estabilizar para contar las divisiones, para calcular el voltaje pico-pico, multiplicamos el # de cuadritos verticales con el valor indicado en el interruptor. El voltaje alterno del transformador nos dio multiplicando el # de cuadritos horizontales con el indicado en el interruptor. Luego repetimos este paso tomando como datos los voltajes y frecuencias que nos dan en la hoja de laboratorio, los cuales se ilustran en el cuadro, en este caso trabajamos junto con el generador de funciones.

d) Por ultimo trabajaremos con el osciloscopio para poder obtener gráficos e indicaremos el comportamiento de la corriente a utilizar, para esto conectamos el transformador de 6v simultáneamente a CHA y CHB, notamos que sale una imagen sinodal, colocamos un interruptor en posición dual, luego conectamos el transformador al canal 1 y el generador de función al canal 2 y generamos una función de onda de 60 Hz y notamos que sale una grafica en el osciloscopio, en este caso un circulo y para cada caso sale una grafica distinta.

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5. CÁLCULO Y RESULTADOS:

Osciloscopio

Medición

Valor Nominal

Multímetro Amplitud

VN( V ) V( ) #Div Escala(V/Div) Vp Veficaz( )

Generador6Vp 1kHzOnda Cuadrada

Xxxxxxxxx 3 2 6.0 Xxxxxxxx

6Vp 2kHzOnda Triangular

Xxxxxxxxx 1.2 5 6.0 Xxxxxxxx

6Vrms 60HzOndaSinoidal

3.40 1 5 5.0 3.535

Transformador6Vrms 60HzOndaSinoidal

5.80 1.6 5 8.0 5.66

Periodo - Frecuencia

GRAFICADOR XY

Generador 6v 60Hz Generador 6v 120Hz

Transformador

6Vrms 60Hz 6Vrms60Hz

Generador 6V 180Hz

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#Div Escala T( ) f( )4.8 0.2 ms 9.6x10-4 1041,6664.8 0.1 ms 4.8x10-4 2083,3335.8 2 ms 0.0116 86,2065.6 2 ms 0.0112 89,285

Transformador

6Vrms 60Hz

GRAFICO DE LAS PILAS

1.5 V

GRAFICOS DE FUENTE

6 V 9 V

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2 V

Ondas sinoidales

6V rms

60Hz

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TRANSFORMADOR GENERADOR

6 Vp ; 2KHz 6 Vp ;1KHz

RESULTADOS MÍNIMOS:

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.De los datos experimentales se obtiene los siguientes resultados mostrados en la tabla.

Valor nominal Multímetro OsciloscopioVN() V() V()

Fuente 6.000 5.640 5.6009.000 8.180 8.0002.000 1.890 2.000

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2. ¿Es realmente constante el voltaje dado por esta fuente?-En el laboratorio se pudo observar que la imagen en la pantalla del osciloscopio de la curva generada por el voltaje de la fuente era una recta paralela al eje horizontal mostrándonos así que la corriente es continua de no ser así el resultado hubiese sido una curva periódica.

3. ¿Cuál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 voltios? En el laboratorio se obtuvieron los siguientes resultados del transformador

OsciloscopioMedición Valor

nominalAmplitud Periodo-frecuencia

V() #div Escala

Vp Veficaz #div Escala

T() f(Hz)

Transformador

6Vrms90HzOnda

sinoidal

1.6 5v/div 8.00v

5.66v 5.60v

2ms 0.0112

89.28

4. Si el osciloscopio está 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.-Teniendo en cuenta el proceso de la formación de las curvas de lissajous que se aprecian en el cuadro XY donde en el eje y apreciamos el voltaje del canal uno y en el eje x apreciamos el voltaje del canal 2 para un tiempo t, y como el voltaje para cada canal y para cualquier tiempo son contantes apreciaríamos un solo punto en la gráfica XY.

OBSERVACIÓN Y CONCLUSIONES.

De lo visto en el laboratorio se pudo comprobar que efectivamente en la

pantalla del osciloscopio se formaban rectas paralelas al eje horizontal,

cuando se le conectaba una fuente de corriente continua (pila, fuente)

mostrándonos, de esta forma, una característica de estos ya que tienen

un voltaje constante.

Muy distinto a lo que ocurre con la fuente de corriente continua. Se

observa que al conectar una fuente de corriente alterna se forman

curvas sinusoidales, triangulares y cuadráticas.

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En las gráficas obtenidas podemos observar que al variar la escala del

voltaje en el osciloscopio la curva se expande o se contrae

manteniéndose el voltaje inicial. Lo mismo ocurre si variamos la escala

del tiempo, la gráfica se expande o contrae en el eje horizontal

manteniéndose el valor de la frecuencia.

El uso del osciloscopio es muy importante, debido a que nos permite

medir la evolución de cualquier tipo de señal. Asimismo nos ayuda a

poder medir voltajes mediante gráficas.

BIBLIOGRAFÍA:

Raymond Serway 4ta edición,física para ingenieros ,editorial

Mc Craw Hill.

Fisica Vol.2 Halliday, Resnick, Krane, Fisica Vol.2

www.uhu.es/rafael.lopezahumada/descargas/P2_

OSCILOSCOPIO.pdf.

http://www.wilful.net/EL%20OSCILOSCOPIO.pdf.

http://prof.usb.ve/mirodriguez/osciloscopio.pdf.

http://linux0.unsl.edu.ar/~rlopez/circuitos/lab1.pdf.

CUESTIONARIO:

IMAGEN 1

Datos eje vertical eje horizontal

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Escala 1v/div 50μs/div

a) Diga el tipo de onda El tipo de onda presentado en el problema recibe el nombre de “onda de tipo cuadrática” que tiene como característica principal alternar el valor de su voltaje entre dos entre dos valores extremos este cambio es drástico de un valor de un extremo al otro valor del otro extremo sin pasar por los valores de los voltajes intermedios como se puede observar en la imagen 1.

b) Halle el V p

Según los datos proporcionados tenemos en el eje vertical N° de divisiones: 3Escala: 1 V/div

V=¿V=¿V=3V

c) Halle la frecuencia f y el periodoTDe los datos de la imagen:

EJE HORIZONTALN ° dedivisiones :7.2Escala :1V /¿

T=¿T=¿

T=360 μsAdemás se tiene:

f= 1T

f= 1T

= 1360μs

T=2.78KHz

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