Reporte 3 Uso del osciloscopio.pdf

Secretara de Educacin Pblica Subsecretara de Educacin Superior

DGEST SEP SES

INSTITUTO TECNOLGICO DE LZARO CRDENAS

PRACTICA 3: Uso del Osciloscopio

Luis Eduardo Santiago Garca

Billy Joel Rojas Duarte

Aran Barajas Alonso

Profesor: ING. CHANG MORENO ALFONSO

26/03/2015

CIUDAD Y PUERTO DE LZARO CRDENAS, MICHOACN

21S ING. ELECTRONICA

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INDICE

INTRODUCCION Pagina 03

OBJETIVO Pagina 03

MARCO TEORICO Pagina 04

PROCEDIMIENTO Pagina 15

CONCLUSIONES Pagina 19

BIBLIOGRAFIA Pagina 20


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INTRODUCCION En esta prctica realizamos una medicin con el osciloscopio en un circuito. Donde utilizamos el osciloscopio para medir voltaje, periodo, frecuencia, valor rms, Vp-p y Vp. El osciloscopio es una de los instrumentos mas tiles en un laboratorio de electrnica. Su utilidad no viene dada por la precisin de las medidas que se realiza con el (en los analgicos la mayor parte de las medidas se hace directamente sobre las presentaciones grficas que aparecen en su pantalla) sino por la facilidad que presta al anlisis de variables con el tiempo, y la posibilidad de poder comprar la seal correspondiente a dos magnitudes diferentes. El osciloscopio mide diferencias de potencial, y por lo tanto si se quiere medir intensidades de corriente u otras magnitudes deber de ser de forma indirecta. Por ejemplo se medir la intensidad a traves de la diferencia de potencial en una resistencia.

OBJETIVO Aprenda a leer los datos de la seal del osciloscopio y a manipular dicha seal con los controles que se tienen en la parte frontal del osciloscopio.

Identificar controles e interruptores en el osciloscopio.


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MARCO TEORICO

*EL OSCILOSCOPIO

El 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. 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.

Qu podemos hacer con un osciloscopio?

Bsicamente 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.

Tipos de osciloscopio

Los Osciloscopios tambin pueden ser analgicos o 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).

Analgico: Digital:


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Qu controles posee un osciloscopio tpico?

A primera vista un osciloscopio se parece a una pequea televisin porttil, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor nmero de controles que posee. En la siguiente figura se representan estos controles distribuidos en cinco secciones:

** Vertical. ** Horizontal. ** Disparo. ** Control de la visualizacin ** Conectores.

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

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 o la amplificaremos.

En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente seal para atacar las placas de


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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) o 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 comienza 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.

Osciloscopios digitales

Los 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.


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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 predisparo, 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.

Sondas.

*EL MULTMETRO DIGITAL.

El multmetro digital es un instrumento electrnico de medicin que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multmetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multmetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrnicos.

Partes y funciones de un multmetro digital.

A continuacin describiremos las partes y funciones de un multmetro, recuerde que generalmente los multmetros son semejantes, aunque dependiendo de modelos, pueden cambiar la posicin de sus partes y la cantidad de funciones, es por eso que cada parte tiene un smbolo estndar que identifica su funcin.


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1.- Power: Botn de apagado-encendido. 2.- Display: Pantalla de cristal lquido en donde se muestran los resultados de las mediciones. 3.- Llave selectora del tipo y rango de medicin: Esta llave nos sirve para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la medicin. 4.- Rangos y tipos de medicin: Los nmeros y smbolos que rodean la llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la imagen anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles mediciones de magnitudes como el voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la resistencia, la capacitancia, la frecuencia, prueba de diodos y continuidad. 5.- Cables rojo y negro con punta: El cable negro siempre se conecta al borne o jack negro, mientras que el cable rojo se conecta al jack adecuado segn la magnitud que se quiera medir. A continuacin vemos la forma en que se conectan estos cables al multmetro.

6.- Borne de conexin o jack negativo: Aqu siempre se conecta el cable negro con punta.

7.- Borne de conexin o jack para el cable rojo con punta para mediciones de voltaje (V), resistencia () y frecuencia (Hz). Su smbolo es el siguiente.

8.- Borne de conexin o jack para el cable rojo con punta para medicin de miliamperes (mA).

9.- Borne de conexin o jack para el cable rojo con punta para medicin de amperes (A).

10.- Zcalo de conexin para medir capacitares o condensadores.


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*RESISTENCIA ELCTRICA.

La resistencia elctrica es una propiedad que tienen los materiales de oponerse al paso de la corriente. Los conductores tienen baja resistencia elctrica, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia elctrica se mide en Ohm (). El elemento circuital llamado resistencia se utiliza para ofrecer un determinado valor de resistencia dentro de un circuito.

Resistencia elctrica es toda oposicin que encuentra la corriente a su paso por un circuito elctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulacin de las cargas elctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito elctrico representa en s una carga, resistencia u obstculo para la circulacin de la corriente elctrica.

Resistencia de un conductor

La resistencia de un material es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su seccin. Se calcula multiplicando un valor llamado coeficiente de resistividad (diferente en cada tipo de material) por la longitud del mismo y dividindolo por su seccin (rea).

= Coeficiente de resistividad del material l = Longitud del conductor s = Seccin del conductor Adems de los conductores y los aisladores encontramos otros dos tipos de elementos: los semiconductores y los superconductores. En los semiconductores el valor de la resistencia es alto o bajo dependiendo de las condiciones en las que se encuentre el material, mientras que los superconductores no tienen resistencia.

Cdigo de Colores de Resistencias Elctricas Para saber el valor de una resistencia tenemos que fijarnos que tiene 3 bandas de colores seguidas y una cuarta ms separada. Leyendo las bandas de colores de izquierda a derecha las 3 primeras bandas nos dice su valor, la cuarta banda nos indica la tolerancia, es decir el valor + - que puede tener por encima o por debajo del valor que marcan las 3 primeras bandas. Un ejemplo. Si tenemos una Resistencia de 1.000 ohmios () y su tolerancia es de un 10%, quiere decir que esa resistencia es de 1000 pero puede tener un valor en la realidad de +- el 10% de esos 1000, en este caso 100 arriba o abajo. En conclusin ser de 1000 pero en realidad puede tener valores entre 900 y 1100 debido a la tolerancia.


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*TRANSFORMADOR

Un transformador es una mquina esttica de corriente alterno, que permite variar alguna funcin de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal. La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha sido posible el desarrollo de la industria elctrica. Su utilizacin hizo posible la realizacin prctica y econmica del transporte de energa elctrica a grandes distancias.

Componentes de los transformadores elctricos Los transformadores estn compuestos de diferentes elementos. Los componentes bsicos son:

Ncleo: Este elemento est constituido por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. El ncleo de los transformadores est compuesto por las columnas, que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte donde se realiza la unin entre las columnas. El ncleo se utiliza para conducir el flujo magntico, ya que es un gran conductor magntico. Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a travs del ncleo en uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz. Est compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relacin de vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicar la relacin de transformacin. El nombre de primario y secundario es totalmente simblico. Por definicin all donde apliquemos la tensin de entrada ser el primario y donde obtengamos la tensin de salida ser el secundario. Los transformadores se basan en la induccin electromagntica. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensin, se origina un flujo magntico en el ncleo de hierro. Este flujo viajar desde el devanado primario hasta el secundario. Con


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su movimiento originar una fuerza electromagntica en el devanado secundario. Segn la Ley de Lenz, necesitamos que la corriente sea alterna para que se produzca esta variacin de flujo. En el caso de corriente continua el transformador no se puede utilizar.

Transformadores elctricos reductores

Los transformadores elctricos reductores tienen la capacidad de disminuir el voltaje de salida en

relacin al voltaje de entrada. En estos transformadores el nmero de espiras del devanado

primario es mayor al secundario.

Podemos observar que cualquier transformador elevador puede actuar como reductor, si lo

conectamos al revs, del mismo modo que un transformador reductor puede convertirse en elevador.

*EL DIODO El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulacin de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario. En la Figura 1 se muestran el smbolo y la curva caracterstica tensin-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A a K. Smbolo y curva caracterstica tensin-corriente del diodo ideal.

El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del smbolo circuital, representada en la figura 1, indica el sentido permitido de la corriente.

presenta resistencia nula.

presenta resistencia infinita.


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Mediante el siguiente ejemplo se pretende mostrar el funcionamiento ideal de un diodo en circuito sencillo.

Funcionamiento del diodo ideal. Segn est colocada la fuente, la corriente debe circular en sentido horario. En el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulacin, ya que la corriente entra por el nodo, y ste se comporta como un interruptor cerrado. Debido a esto, se produce una cada de tensin de 10V en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA. En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente, comportndose como un interruptor abierto, y la cada de tensin en la resistencia es nula: los 10V se aplican al diodo. DIODO DE UNION PN Actualmente los diodos se fabrican a partir de la unin de dos materiales semiconductores de caractersticas opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. A esta estructura se le aaden dos terminales metlicos para la conexin con el resto del circuito. En la Figura 3: se presenta el esquema de los dos tipos de diodos que se fabrican actualmente, el diodo vertical y el plano.

El hecho de que los diodos se fabriquen con estos materiales conlleva algunas desviaciones de comportamiento con respecto al diodo ideal. En este apartado se presenta en primer lugar el proceso de formacin de los diodos de semiconductores para pasar despus a exponer el comportamiento elctrico y las desviaciones con respecto al comportamiento ideal.


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DO-41

MOSPEC 1N4001 THRU 1N4007

GENERAL PURPOSE SILICON RECTIFIER VOLTAGE RANGE 50 TO 1000 Volts Current 1 Ampere

FEATURES Low cost construction

Low forward voltage drop

Low reverse leakage High forward surge current capability High temperature soldering

guaranteed 260/10 seconds,

0.375(9.5 mm) lead length at 5 lbs(2.3kg) tension

MECHANICAL DATA

CaseTransfer Molded Plastic Epoxy: UL94V-O rate flame retardant TerminalsSolderable Per MIL-STD-202 Method 208 PolarityColor band denotes cathode end Mounting position: Any

Weight 0.012 ounce. 0.33 gram (approx)

MAXIMUM RATINGS AND ELECTRICAL CHARATERISTICS * Rating at 25 ambient temperature unless otherwise specified * Single phase,half wave. 60Hz, resistive or inductive load. * For capacitive load derate current by 20 %

Characteristic Symbol 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Unit

Peak Repetitive Reverse Voltage Working Peak Reverse Voltage DC Blocking Voltage

VRRM VRWM

VR

50

100

200

400

600

800

1000

V

RMS Reverse Voltage

VR(RMS)

35

70

140

280

420

560

700

V

Average Rectifier Forward Current

Per Leg TC=125 IF(AV) 1.0 A

Non-Repetitive Peak Surge Current (Surge applied at rate load conditions halfware, single phase, 60Hz)

IFSM

30

A

Maximum Instantaneous Forward Voltage

( IF =1.0 Amp TC = 25) VF 1.1 V

Maximum Instantaneous Reverse Current

( Rated DC Voltage, TC = 25) ( Rated DC Voltage, TC = 100)

IR

5.0 50

uA

Typical Junction Capacitance (Reverse Voltage of 4 volts & f=1 MHz)

Cj 15 pF

Typical Thermal Resistance R jA 50 /W

Operating and Storage Junction Temperature Range TJ , Tstg -65 to +175

DIM

MILLIMETERS

MIN MAX

A

B

C

D

2.00

25.40

4.20

0.70

2.70

---

5.20

0.90


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1N4001 thru 1N4007

FIG-1 FORWARD CURRENT DERATING CURVE FIG-2 TYPICAL FORWARD CHARACTERISITICS

CASE TEMPERATURE () FORWARD VOLTAGE (Volts)

FIG-3 TYPICAL REVERSE CHARACTERISTICS FIG-4 TYPICAL JUNCTION CAPACITANCE

PERCENT OF RATED REVERSE VOLTAGE () REVERSE VOLTAGE (Volts)

FIG-5 PEAK FORWARD SURGE CURRENT

NUMBER OF CYCLES AT 60

T =125oC

C

T =25oC

C

PE

AK

FO

RW

AR

D S

UR

GE

C

UR

RE

NT

(A

mp

.)

INS

TA

NT

AN

EO

US

RE

VE

RS

E C

UR

RE

NT

(u

A.)

A

VE

RA

GE

FO

RW

AR

D R

EC

TIF

IED

CU

RR

EN

T (

Am

p.)

JU

NC

TIO

N C

AP

AC

ITA

NC

E (

PF

) N

ST

AN

TA

NE

OU

S F

OR

WA

RD

CU

RR

EN

T (

Am

p.)


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PROCEDIMIENTO Material:

1 Protoboard

1 Multmetro Digital

1 Osciloscopio Digital

1 Sonda (punta para el osciloscopio)

1 Transformador 24V

1 resistencia 15k

1 Diodo 1N4002

Primero que nada, trabajamos con un osciloscopio digital y la resistencia utilizada fue de acuerdo al nmero de equipo multiplicada por 5k, lo cual en nuestro caso somos el equipo #3 y usamos una resistencia con un valor de 15k.

De acuerdo a las instrucciones de la prctica, realizamos lo siguiente:

Valor rms en el secundario del transformador, medido con el multmetro digital y compararlo con el calculado analticamente. Determinar el voltaje pico-pico, frecuencia, periodo y el valor pico en la salida del secundario. Dibujar la forma de onda en el secundario del transformador. En esta parte, conectamos el transformador a la toma de corriente que nos llega de CFE que son entre 115-130V de corriente alterna y procedimos a medir con el multmetro digital la salida del secundario del transformador. De acuerdo al dato que nos midio el multmetro que fue de 27V, empezamos a hacer los calculos requeridos por la prctica que son el voltaje pico, voltaje pico-pico, frecuencia y periodo.

Realizamos las siguientes operaciones:

= 27.5

=27.5

0.707= 38.9

= 38.92 = 77.8

= 60

=1

=

1

60= 0.016

Conectamos la salida del secundario del transformador al osciloscopio para ver los datos que nos daba y despus compararlos con los que calculamos analticamente. Para ello, conectamos la sonda al osciloscopio y despus lo prendimos, conectamos el otro extremo de la sonda a la salida del transformador y como el osciloscopio es digital, tiene una tecla de autoajuste, de modo que automaticamente se ajusta la onda a la pantalla, en volts/division, posicin, etc.


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En la figura 1 se muestra cmo conectamos el transformador y el osciloscopio.

Los datos que nos dio se mostrarn en la figura 2 junto con el tipo de onda:

Los resultados comparados se muestran en la tabla 1:

Transformador Calculado analticamente Osciloscopio

Vrms 27.5V 28.2V

Vp 38.9V 40V

Vpp 77.8V 80V

Frecuencia 60Hz 60Hz

Periodo 0.016s 0.016s

Tabla 1

Figura 2

Figura 1


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Determinar el voltaje pico, pico pico, frecuencia y periodo en la seal que se observa en el extremo de la resistencia R1. Dibujar la forma de onda en los dos extremos de la resistencia R1. En esta parte armamos nuestro circuito en el protoboard de acuerdo a la figura 3 que se muestra a continuacin:

Y procedimos a hacer los siguientes operaciones para determinar los valores pedidos:

= 15

=15

0.707= 17

= 172 = 34

= 60

=1

=

1

60= 0.016

Usando el osciloscopio procedimos a medir la resistencia, para ello, colocamos la sonda en los extremos de la resistencia, colocando la parte de la tierra directamente en una de las salidas del transformador, pero que esta conectada en la resistencia claro, y la mera punta de la sonda lo conectamos en el otro extremo de la resistencia. E igual que en la parte anterior, ajustamos todo automticamente con el boton Autoajustar (Autoset)

En la figura 4 se muestra cmo quedo nuestro circuito ya montado en el protoboard y conectado al osciloscopio.

Figura 4

Figura 3


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En la figura 5 se muestra el tipo de onda de la seal medida, as como tambin los datos mostrados por el osciloscopio.

Los resultados comparados se muestran en la tabla 2.

Resistencia 1 Calculado analticamente Osciloscopio

Vrms 15V 18.7V

Vp 17V 19V

Vpp 34V 38V

Frecuencia 60Hz 60Hz

Periodo 0.016s 0.016s

Con esto terminamos nuestra prctica.


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CONCLUSIONES Podemos notar que cuando conectamos el secundario del transformador se observa en el osciloscopio un tipo de onda senoidal ya que se trata de una corriente alterna. En cuanto a las variaciones de nuestros resultados calculados analticamente con los del osciloscopio se deben a que el osciloscopio es por mucho ms exacto que un multmetro digital. Tambin, es muy importante que no halla ruido o interferencias en el ambiente ya que puede provocar alguna falla en la medicin de nuestros componentes.


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BIBLIOGRAFIA

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php

http://www.circuitoselectronicos.org/2007/11/el-multmetro-digital-tester-digital-o_10.html

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resistencia/ke_resistencia_1.htm

http://www.fisicapractica.com/resistencia.php

http://www.areatecnologia.com/electricidad/resistencia-electrica.html

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/funcionamiento-de-los-transformadores

Reporte 3 Uso del osciloscopio.pdf

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