Lab.N°1 - OSCILOSCOPIO
OBJETIVOS -
Entender y aplicar el uso de un osciloscopio.
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Reforzar el uso de estos con un generador de señales
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Aprender a usar un osciloscopio conjuntamente con un generador de señales y sus respectivas sondas.
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Aprender la interpretación y estudio de las diferentes formas de onda (senoidal, triangular y rectangular).
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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 tiempo actuando 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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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
Pila
Osciloscopio
Voltímetro
Voltaje Indicado
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.
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