SEGUNDO LABORATORIO DE FISICA III (FI403-P)

OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA

"Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria"

OCTUBRE - 2013

DOCENTE:

DIAZ ROSADO, JOSE CARLOS

ALUMNOS:

ARANCIBIA SANABRIA, JONATHAN J.P.

ABANTO GUERRERO, AYRTON N.

FLORES POMA, ELVIS U.

I. Objetivo

Lograr que el estudiante se familiarice con el osciloscopio, el cual será usado como instrumento de medida de voltaje constante, voltaje alterno y como instrumento para medir la amplitud, periodo y frecuencia de diferentes funciones de voltaje periódicas en el tiempo.Graficador X-Y.

II. Equipo

Un osciloscopio de 25MHz, Elenco modelo S-1325 y un generador de función Elenco GF-8026.

Dos pilas de 1.5v c/u.

Una fuente de voltaje constante con varias salidas.

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

Cables de conexión y un multimetro digital.

III. Fundamento Teórico

Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. 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 coche, etc.

Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

Parámetros que influyen en la calidad del osciloscopio

Ancho de Banda

Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal se

visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).

Tiempo de subida

Es otro de los parámetros que nos dará, junto con el anterior, la máxima frecuencia de utilización del osciloscopio. Es un parámetro muy importante si se desea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de señales poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas). Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos que el suyo propio.

Sensibilidad vertical

I nd ica la fac i l i dad de l osc i l oscop io para amp l i f i ca r seña les déb i l es . Se sue le proporcionar en mV por división vertical, normalmente es del orden de 5 mV/div (llegando hasta 2 mV/div).

Velocidad

Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo que nos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele ser del orden de nanosegundos por división horizontal.

Exactitud en la ganancia

I nd ica la p rec is ión con la cua l e l s i s tema ver t i ca l de l osc i l oscop io amp l i f i ca ó atenúa la señal. Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error.

Exactitud de la base de tiempos

Indica la precisión en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. También se suele dar en porcentaje de error máximo.

Velocidad de muestreo

En los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisición de datos (específicamente el conversor A/D). En l o s o s c i l o s c o p i o s d e c a l i d a d s e l l e g a a v e l o c i d a d e s d e m u e s t r e o d e M e g a mues t ras /sg . Una ve loc idad de mues t reo g rande es impor tan te para poder visualizar pequeños periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, también se neces i ta ve loc idades de mues t reo ba jas para poder observar seña les de variación lenta. Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el m a n d o T I M E B A S E p a r a m a n t e n e r c o n s t a n t e e l n ú m e r o d e p u n t o s q u e s e almacenaran para representar la forma de onda.

Resolución vertical

Se mide en bits y es un parámetro que nos da la resolución del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisión se convierten las señales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Técnicas de cálculo pueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio.

Longitud del registro

Indica cuantos puntos se memorizan en un registro para la reconstrucción de la forma de onda. Algunos osciloscopios permiten variar, dentro de ciertos límites, es te pa rámet ro . La má x ima long i tud de l reg is t ro depende de l tamaño de la memoria de que disponga el

osciloscopio. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de forma muy rápida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir más tiempo en muestrear la señal completa.

IV. Cálculos y resultados

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.

Para el voltaje continuo

Fig1:pila

fig2: conexión del osciloscopio

fig3: conexión del osilscopio

Vcc 1.50 v

2.00 v

3.00 v

4.50 v

Vmulti 1.42 v

1.91 v

2.74 v

4.02 v

Vosc 1.50 v

2.00 v

2.90 v

4.30 v

Tabla 1: voltajes en corriente contiua

Para el voltaje alterno

Fig4: conexión del transformador

Fig5: ondas generadas por la corriente alterna

Vcc 6.00 vVmulti 5.88 vVosc 6.18 v

Tabla 2: voltajes de corriente alterna

2. ¿Es realmente constante el voltaje dado por esa fuente?

Como podemos observar en los experimentos en las fuentes continuas, el voltaje se mantiene constante con el tiempo pero su valor real difiere del nominal.

En las fuentes alternas, el voltaje varia en una función senoidal aproximadamente en el osciloscopio y en el multímetro se mide el valor eficaz.

3. ¿Cuál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 voltios? Diga el número de divisiones cuando el interruptor 28 está en posición 1ms/división, 2 ms/división y 5 ms/división. ¿Cuál es la frecuencia medida?

El periodo lo hallamos multiplicando el número de cuadraditos horizontales por el valor indicado por interruptor 28.

Observamos que cuando el interruptor 28 está en 2 ms/división y que el número de cuadraditos horizontales de la función de voltaje es 8 aproximadamente.

Luego:

T= (2 ms/divisiones)*(8 divisiones)=16 ms

Luego cuando el interruptor 28 este en posiciones diferentes del periodo no deberá cambiar pero si los cuadritos horizontales.

Luego cuando:

Interruptor 28 (1 ms/divisiones)

T = 16 ms = (1 ms/divisiones)*(número de

divisiones)Numero de divisiones = 16

divisiones

Interruptor 28 (5 m/s)

T = 16 ms = (5 ms/divisiones)*(número de

divisiones)Numero de divisiones = 3.2

divisiones

Para hallar la frecuencia:

ν = 1T

= 1

16 x10−3 s = 62.5 Hz

4. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en los pasos 17 y 18 del procedimiento.

Grafico1:Corriente alterna 6V

5. Si el osciloscopio esta en modo XY y coloca el voltaje constante de 1.5v (una pila) en el canal uno y de 6v (fuente de voltaje constante con varias salidas) en el canal 2. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio indicando la señal observada.

Grafico2: Corriente continua 1.5V

6. Repita 5 pero con el control en la posición “afuera”.

Grafico3: Corriente alterna y contunia combinada

Grafico4:Canal A y B con corriente alterna

Con generador de volteje alterna

V. Conclusiones

Es importante que el osciloscopio utilizado permita la visualización de señales de por lo menos 4.5 ciclos por segundo, lo que permite la verificación de etapas de video, barrido vertical y horizontal y hasta las fuentes de alimentación.

El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creación de campos eléctricos y magnéticos.

Si en lugar de colocar un potencial constante entre las placas H se conecta un potencial que varía lineal y periódicamente con el tiempo, entonces se tendrá en la pantalla fluorescente un punto luminoso cuya posición varia también linealmente con el tiempo a lo largo del eje X . Puesto que X es proporcional al tiempos puede establecer una correspondencia entre la longitud de un cuadrito en la pantalla del osciloscopio y el

tiempo que demora el punto luminoso en recorrer, es decir, la longitud a lo largo del eje X puede representar una escala del tiempo (X proporcional a V y V proporcional a t, entonces X es proporcional a t).

Podemos concluir de los resultados que el multímetro como indicador de voltaje tiene mayor precisión que el osciloscopio.

Las figuras en XY que se generan al conectar el generador de función con el transformador varían de acuerdo a las frecuencias. Las frecuencias dadas por el osciloscopio y el generador de función concuerdan.

Al conectar el transformador de 6V a cualquiera de las salidas del osciloscopio, la imagen proyectada en la pantalla es una función senoidal, debido a que hay un movimiento rectilíneo uniforme en el eje X y un movimiento armónico simple en e l e je Y en tonces podemos a f i rmar que la func ión en la pan ta l la es un g r a f i c o P o t e n c i a l v s . T i e m p o y g r a c i a s a e s t e g r a f i c o s e p u e d e n m e d i r   amplitudes, periodos, frecuencias, etc.