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Lab.N°1 - OSCILOSCOPIO UNI FIM - 1 - OBJETIVOS - Entender y aplicar el uso de un osciloscopio. - Reforzar el uso de estos con un generador de señales - Aprender a usar un osciloscopio conjuntamente con un generador de señales y sus respectivas sondas. - Aprender la interpretación y estudio de l as diferentes formas de onda (senoidal, triangular y rectangular). - Aprender la interpretación del gráfico de una señal en un osciloscopio. FUNDAMENT O TEORICO El osciloscopio es un instrumento muy utilizado en el laboratorio de Física, de Electricidad y Electrónica. Tiene forma cónica con un cuello tubular en el que va montado el cañón de electrones. El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas 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. Con el osciloscopio básicamente realiza las siguientes funciones: -Determina directamente el periodo y el voltaje de una señal.

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UNI – FIM - 1 -

OBJETIVOS

- Entender y aplicar el uso de un osciloscopio.

- Reforzar el uso de estos con un generador de señales

- Aprender a usar un osciloscopio conjuntamente con un generador de señales y sus

respectivas sondas.

- Aprender la interpretación y estudio de las diferentes formas de onda (senoidal,

triangular y rectangular).

- Aprender la interpretación del gráfico de una señal en un osciloscopio.

FUNDAMENTO TEORICO

El osciloscopio es un instrumento muy utilizado en el laboratorio de Física, de

Electricidad y Electrónica. Tiene forma cónica con un cuello tubular en el que va montado el

cañón de electrones.

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales

eléctricas 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.

Con el osciloscopio básicamente realiza las siguientes funciones:

-Determina directamente el periodo y el voltaje de una señal.

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-Determina que parte de la señal es DC y cual AC.

-Localizar averías en un circuito.

-Medir la fase entre dos señales.

-Determinar que parte de la señal es ruido y como varía este en el tiempo

Los osciloscopios analógicos permiten ver en la pantalla una reproducción fiel de la evolución

temporal de la señal, obviamente la mayor o menor fidelidad depende de la calidad del

instrumento. Permiten realizar mediciones sobre la forma de onda visualizada. En el mercado

se dispone de instrumentos de calidad a precios accesibles y son relativamente fáciles de

usar.

Los osciloscopios digitales realizan un muestreo de la señal a representar y almacenan

los datos obtenidos. Permiten guardar formas de onda correspondientes a distintas

mediciones (incluso de ondas no periódicas) para su posterior visualización. Además disponen

de cursores que pueden desplazarse para facilitar la medición sobre la imagen, así como de

facilidades de cálculo de parámetros de la onda (valor medio, eficaz, etc.) y de distintas

funciones de análisis (p.ej. obtención del contenido armónico mediante series de Fourier).

¿Cómo funciona un osciloscopio?

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección

vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la

señal ó 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.

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La señal también atraviesa la sección 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

deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempoactuando sobre el mando TIME-BASE. El retrasado (recorrido de derecha a izquierda) se

realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.

De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza

la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las

señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal

repetitiva).

Partes del osciloscopio

Las partes principales de las que está formado todo osciloscopio son: el tubo de rayos

catódicos, un amplificador para la señal vertical y otro para la horizontal, una fuente de

alimentación, una base de tiempos y un sistema de sincronismo.

Tubo de rayos catódicos 

El tubo de rayos catódicos (T.R.C.) es lo que

comúnmente denominamos pantalla, aunque no solo

está compuesto de ésta sino que en el interior tiene

más partes. El fundamento de estos tubos es igual al

que vimos al hablar de la televisión. Su principal

función es que permite visualizar la señal que se está

estudiando, utilizando para ello sustanciasfluorescentes

que proporcionan una luz normalmente verde.

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En la pantalla aparecen un conjunto de líneas reticuladas que sirven como referencia

para realizar las medidas. Dichas líneas están colocadas sobre la parte interna del cristal,

estando así la traza dibujada por el haz de electrones y la cuadrícula en el mismo plano, lo cual

evita muchos errores de apreciación. Según el modelo de osciloscopio la cuadrícula que se

utiliza puede ser de un tamaño o de otro. Algunos de los más comunes son de 8 x 10, 10 x 10,6 x 10, etc. Además de las divisiones principales representadas por la cuadrícula, normalmente

suele haber otras subdivisiones que son utilizadas para realizar medidas más precisas.

Base de tiempos

Otra de las partes del osciloscopio es

la base de tiempos. La función de este

circuito es conseguir que la tensión aplicada

aparezca en la pantalla como función del

tiempo. El sistema de coordenadas está

formado por el eje vertical y el horizontal,

siendo en este último donde se suelen

representar los tiempos. El circuito de base de tiempos debe conseguir que el punto luminoso

se desplace periódicamente y con una velocidad constante en el eje horizontal sobre la pantalla

de izquierda a derecha, volviendo luego rápidamente a la posición original y repitiendo todo el

proceso. Para conseguir este proceso el circuito de base de tiempos debe proporcionar a las

placas horizontales una tensión variable cuya forma debe ser la de diente de sierra.

Amplificador horizontal 

El amplificador horizontal tiene

como cometido amplificar las señales

que entren por la entrada horizontal (X).

Normalmente se emplea para amplificar 

las señales que son enviadas desde el

circuito de base de tiempos. A dichas

señales se les proporciona una amplitud

suficiente para que se pueda producir el

desvío del haz de electrones a lo ancho de toda la pantalla. Algunas veces no es necesario

conectar las señales de la base de tiempos ya que estas tienen la amplitud necesaria. Por lo

tanto, como ya hemos dicho, no solo se va a amplificar la señal de la base de tiempos sino que

podemos amplificar cualquier señal y luego componerla con la señal procedente del sistema

vertical para obtener la gráfica final que va a aparecer en la pantalla.

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UNI – FIM - 5 -

Amplificador vertical 

El amplificador vertical es, como su

nombre indica, el encargado de

amplificar la señal que entre por la

entrada vertical ( Y). Para que el

osciloscopio sea bueno debe ser capaz

de analizar señales cuyos valores estén

comprendidos en un rango lo más

grande posible. Normalmente, los

amplificadores verticales constan de tres

partes: Amplificador, atenuador y

seguidor catódico. El amplificador es el encargado de aumentar el valor de la señal. Está

formado por un preamplificador que suele ser un transistor y es el encargado de amplificar la

tensión. Después, tenemos unos filtros que son los encargados de que el ancho de banda de

paso sea lo mayor posible, y pueden aumentar tanto la banda de bajas como de altas

frecuencias. Por último, se pasa por el amplificador final que puede estar formado por uno o

dos transistores.

Sistema de sincronismo 

El sistema de sincronismo es el encargado de que la imagen que vemos en el tubo de rayos

catódicos sea estable. Para poder conseguir esto se utiliza una señal de barrido que tiene que

ser igual o múltiplo de la frecuencia de la señal de entrada (vertical). Para sincronizar la señal

vertical con la base de tiempos (o señal horizontal) se puede utilizar la denominada

sincronización interna. Consiste en inyectar en el circuito base de tiempos la tensión que se

obtiene del ánodo o del cátodo del amplificador vertical (dependiendo de cuál sea la más

adecuada). Así se consigue que el principio de la oscilación de la base de tiempos coincida con

el inicio del ciclo de la señal de entrada. Este tipo de sincronización no siempre es el más

adecuado. Existen otros tipos de sincronización como la sincronización externa y la

sincronización de red.

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EQUIOPO UTILIZADO

En el presente experimento, los materiales que se nos proporcionaron fueron:

Un osciloscopio de 25 MHz, Elenco modelo S-1325.

Una pila de 1.5 Voltios.

Una fuente de voltaje constante con varias salidas.

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

Un generador de función Elenco GF-8026.

Cables de conexión.

Un multímetro digital.

DATOS OBTENIDOS 

A. Medidas de voltaje DC

Osciloscopio Voltímetro Voltaje Indicado

Pila 1.40 1.39 1.5

Transformador 

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B. Medidas de voltaje AC

Para el transformador se obtuvo:

Voltaje Indicado: 6 V 

Voltaje medido por el voltímetro: 6.18 V

Voltaje medido por el osciloscopio (amplitud): 8.25 V

Voltaje Efectivo:

√  5.79 V

 Además:

Frecuencia Indicada: 60 Hz

Periodo medido por el osciloscopio: 15.5 ms

Frecuencia experimental:

64.5 Hz

C. Otras funciones de voltaje

Se produjeron 3 tipos de ondas: senoidal, triangular y rectangular.

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ONDA SENOIDAL

ONDA TRIANGULAR 

ONDA RECTANGULAR 

Para todas ellas se usó:

Frecuencia: 240Hz

Amplitud pico-pico: 16.4V

Periodo: 4.16 ms

D. Osciloscopio como graficador XY

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*Función de onda generada a 60 Hz:

*Función de onda generada a 120 Hz:

*Función de onda generada a 180 Hz:

*Función de onda generada a 240 Hz:

CONCLUSIONES

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El presente experimento se realizó con el fin de aprender sobre el manejo del

osciloscopio. También sus controles, e instrumentos que lo conforman y la realización

de un ejercicio teórico que se hace, con datos tomados del osciloscopio y el generador 

de frecuencia.

Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor 

adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será

capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de

vibraciones en un auto, etc.

La palabra Osciloscopio describe un instrumento que permite observar 

oscilaciones (por oscilación se entiende cualquier vibración o cambio en un fenómeno

físico que se pueda convertir en señal eléctrica proporcional a ella). El osciloscopio

grafica los cambios de amplitud de una señal con respecto al tiempo, por lo tanto

permite determinar amplitud, periodo, nivel DC entre otras características

RECOMENDACIONES 

Para la correcta ejecución de este experimento se recomienda:

Seguir paso a paso la guía de laboratorio, para así proceder correctamente en la

realización de las mediciones y demás. De realizarse una mala conexión o presionar un

botón equivocado, se podrían obtener valores errados.

Hacer la medida del voltaje de la pila rápidamente, puesto a que esta se puede gastar 

con un tiempo prolongado de uso.

Tratar con delicadeza el equipo, particularmente el osciloscopio y el generador de

función, que son equipos de elevado costo.

Conocer las unidades y escalas con las que trabaja el osciloscopio, ya que de esto

depende la correcta medición de los valores tomados.