Osciloscopio.

Osciloscopio de dos canalesFuente de alimentación DC Generador de señalesCircuito RC para producir desfasajes Oscilador de AudioCables para conexiones

PeríodoCiclo Voltaje pico Amplitud Voltaje pico-pico Señales sinusoidales Frecuencia FaseAmplitud Corriente alterna

Voltaje eficaz Voltaje medio Figuras de Lissajous Ángulo de desfasaje Método de comparación de frecuencia para determinar la frecuencia desconocida de una señal Método de las Figuras de Lissajous Método de disparo de barrido para determinar el ángulo de desfasaje entre dos señales con la misma frecuencia

Son aquellas señales representadas por una onda sinusoidal características de los dispositivos electrónicos, como por ejemplo el osciloscopio. Estas señales son ampliamente utilizadas para modelar el comportamiento de varios fenómenos físicos y entre ellos la electricidad. Es la cantidad de ciclos de la señal del voltaje que sucede en el tiempo de un segundo. f= nro. de ciclos/ s ; donde “s” es segundo. Es el tiempo necesario para que el ciclo de una señal anterior se produzca. Se denota con la letra “T” y se determina así: T=1/f ; donde “f” es la frecuencia.

La amplitud de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasi- periódica en el tiempo. Es la distancia máxima entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio. El voltaje pico es el valor máximo (valor del pico positivo) o mínimo (valor del pico negativo) que alcanza la señal en una onda sinusoidal.

Se denomina así a la separación o diferencia que existe entre el valor del voltaje pico positivo y el valor del voltaje pico negativo. Este valor se expresa en voltios pico-pico (Vpp) y para el caso de la señal sinusoidal representa el doble de la amplitud. Voltaje pico-pico Se refiere o corresponde al valor de la componente continua que tiene la onda sinusoidal. El valor promedio de una corriente o voltaje alterno es el promedio de todos los valores instantáneos durante un pulso. Dado que el voltaje aumenta de cero a su valor pico y disminuye hasta cero durante medio ciclo, el valor promedio debe ser un valor entre esos dos límites. El promedio se puede determinar sumando todos los valores del voltaje de un pulso y dividiendo la suma entre el número de valores instantáneos usados. Voltaje medio El valor eficaz es un parámetro que se utiliza para caracterizar formas de onda y se define como el valor de tensión continua que sería capaz de suministrar la misma potencia (a un elemento del circuito que disipa toda la potencia que se le suministra), que la potencia que le proporciona la forma de onda con dicho valor eficaz. Valor eficaz

Se refiere al desplazamiento horizontal de una onda sinusoidal. Si dos ondas sinusoidales tienen la misma frecuencia e igual fase, se dice que están en fase. Si dos ondas sinusoidales tienen la misma frecuencia y distinta fase, se dice que están en desfase, y una esta adelantada o atrasada con respecto de la otra. Son las gráficas del sistema de ecuaciones paramétricas correspondientes a la superposición de los movimientos armónicos simples en direcciones perpendiculares. El ángulo de desfase es el que forma el vector de posición de un punto P en un instante determinado con el semieje positivo de abscisas en un gráfico de una onda sinusoidal. Esta magnitud es fundamental a la hora de estudiar la relación entre distintas señales senoidales, como la tensión y la corriente que circulan por un circuito o las tensiones de fase de un circuito trifásico.

Las figuras de Lissajous pueden observarse en la pantalla del osciloscopio con el modo x-y (pulsando la tecla 5), de esta forma la señal del canal I se representa en el eje vertical y la del canal II en el eje horizontal. Los diagramas siguientes son los resultados de dos señales de la misma frecuencia con ángulos de desfase de 0º, 35º, 90º y 180º. Para hallar el ángulo de desfase entre las dos señales se mide las distancias a y b (segundo ejemplo correspondiente a 35º) y se realiza el siguiente cálculo: sen φ = a/b; φ = arcsen a/b ya que si se tiene en el eje horizontal una señal: x = X cos ω t y otra en el eje vertical y = Y cos( ω t + φ ), aparece en la pantalla una figura similar a las mostradas en la figura anterior. Considerando el instante ω t = -90 se tiene que: x = 0 y = Y sen φ, y = a/2, Y = b/2, entonces: sen φ = (y/Y) = (a/b) y por tanto, φ = arcsen (a/b)

Un ciclo de una onda es la parte más pequeña de una onda que se repite, y que consta de un ciclo positivo y uno negativo. A un ciclo de onda también se le denomina forma de onda. Los ciclos de todas las ondas empiezan en cero y terminan en cero. Una corriente alterna senoidal es aquella que cambia de sentido en el tiempo y que toma valores según la función matemática seno, repitiéndose de forma periódica. Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía.

Antes de poner a funcionar el osciloscopio el usuario deberá hacer una serie de ajustes para facilitar su funcionamiento. 1.Gire la perilla de intensidad al extremo izquierda. 2.Coloque la palanca de disparo source en la posición CH1 o CH2 según el canal de entrada seleccionado. 3.Coloque la palanca de disparo mode en la posición automática auto. 4.Coloque la base de tiempo amplificador horizontal en 1 ms/div. Rote el control de calibración en el sentido indicado. 5.Ajuste el amplificador vertical del canal seleccionado en la máxima escala que posee. Rote el control de calibración en el sentido señalado.

6.Coloque el control AC-GND-DC en la posición tierra (GND). 7.Encienda el osciloscopio. 8.Incremente el control de intensidad hacia la derecha hasta que la imagen (trazo) aparezca en la pantalla, cuidando que la intensidad no sea demasiado alta para proteger la pantalla de posibles daños. 9.Centre el haz que aparece en la pantalla usando el control de posición horizontal y el de posición vertical del canal respectivo. 10.Ajuste el control del foco para obtener un trazo bien definido. Este ajuste opera simultáneamente con el control de intensidad a gusto del operador. Después de estas operaciones la pantalla tendrá la imagen de un trazo horizontal libre. A partir de este momento el osciloscopio está preparado para realizar las mediciones deseadas.

Parte A MEDIDAS DE VOLTAJE DC 1.Estando el osciloscopio preparado, siguiendo todas las normas de seguridad antes descritas, introduzca el voltaje correspondiente en el canal de entrada al osciloscopio seleccionado, colocando la línea horizontal coincidiendo con una línea de la retícula la cual representará el nivel de cero voltios. Recuerde respetar la polaridad. Si se invierten las polaridades se obtendrá un nivel de voltaje negativo por debajo de cero. 2.Coloque la palanca de control AC-GND-DC en DC. 3.Realice las mediciones indicadas en la tabla No. 1.

Fuente de poder DC en 10 Voltios Fuente de poder DC en 20 Voltios Escala del amplificador vertical (V/div) 55 Desplazamiento vertical (div) 24,4 Voltaje medido con el osciloscopio (V) 1022 Voltaje medido con el multímetro (V) 10,0324,1 %E r entre el voltaje medido en el osciloscopio y el multímetro 0,3 %8,7% Tabla N° 1.

MEDIDAS DE VOLTAJE Y FRECUENCIA AC 1.Coloque el trazo horizontal que coincida con la línea central de la retícula. Este será su nivel de cero voltios. 2.Mantenga la palanca de control AC-GDN-DC en GND. 3.Introduzca en el canal seleccionado la señal de corriente alterna que será estudiada, la cual será de la forma mostrada:

4.Coloque la palanca de control en AC y proceda a realizar las mediciones de voltaje siguiendo las indicaciones dadas por el profesor. 5.Anote los resultados en la tabla No Una vez realizada medida de voltaje, mida con el osciloscopio la frecuencia de las señales. Para ello mueva la base de tiempo hasta que aparezca en la pantalla aproximadamente dos ciclos de la onda. A continuación con el control de desplazamiento horizontal mueva la onda horizontalmente hasta lograr que el punto de cruce de positivo a negativo de un ciclo esté en la primera línea vertical de la izquierda de la pantalla ( ver figura). Base de Tiempo: 1 ms/div.

7.Cuente el número de divisiones entre este último punto y el punto de cruce el siguiente ciclo. 8.Determine el periodo de la onda, multiplicando el número de divisiones anteriores por la escala señalada en la base de tiempo. 9.Determine la frecuencia de la onda, tomando el inverso del periodo. Oscilador y Generador Seleccione una frecuencia entre 2000 Hz y 4000 Hz. Coloque el ajuste de amplitud a la mitad de su recorrido (voltaje). Ejemplo: De acuerdo a la figura anterior, se tiene: T= 4 div x 1 ms/div = s. F = 1/T = 1/0.004 s = 250 Hz. Anote los resultados en la tabla No. 2.

Oscilador de audio (1) Generador de señales (2) Escala del amplificador vertical (V/div) 25 Desplazamiento vertical (div) 22,2 Valor pico (V) 411 Valor eficaz (V) 2,827,7 Valor medio (V) 2,546,9 Voltaje medido con el multímetro (V) 5,160,8 Escala de la base de tiempo 1 ms Desplazamiento horizontal por ciclo 4,4 Periodo (T) 4,4 ms Frecuencia (indicada por el osciloscopio) 227,27s -1 Frecuencia (indicada por la fuente) 270 Hz Tabla N° 2

Valores a compararPorcentajes de Error Oscilador de Audio Generador de Señales Voltaje Eficaz (Voltios) 45,34%10,38% Voltaje medido por el Multímetro (Voltios) Frecuencia (indicada por el osciloscopio) 15,82%69,19% Frecuencia (indicada por la fuente)

Parte B Este método de medir frecuencias se utiliza cuando la base de tiempo del osciloscopio está descalibrada o cuando la frecuencia a medir excede la capacidad de la base de tiempo. Consiste en obtener la frecuencia de una señal desconocida usando otra como medida patrón. La relación entre la frecuencia de la señal desconocida y la frecuencia de la señal conocida viene dada por: Fv Tv = Fh Th Donde, Fv: frecuencia de la señal que se introduce en el canal vertical (frecuencia desconocida). Fh: frecuencia de la señal que se introduce en el canal horizontal ( frecuencia conocida). Tv: puntos de tangencia vertical. Th: puntos de tangencia horizontal. COMPARACIÓN DE FRECUENCIAS.

Tanto Th como Tv se obtienen trazando rectas horizontales y verticales imaginarias que corten tangencialmente a la figura que aparece en pantalla, tal como: Tv (3 puntos) Th (2 puntos). Selecciones tres frecuencias del generador de señales conectado al canal vertical para ser estudiadas una a una comparando la frecuencia con la del oscilador de audio (puede ser otro generador de señales) del canal horizontal, la cual será usada como medida patrón.

Para obtener la figura deseada, siga los siguientes pasos: a)Pulse el botón dual y haga coincidir los dos trazos que aparecen en la pantalla del osciloscopio. b)Coloque el osciloscopio en la posición X-Y para desactivar la base de tiempo. c)Aparecerá un punto en la pantalla, el cual debe centrarse usando los controles de posición vertical y horizontal del osciloscopio. d)Coloque el control AC-GND-DC de cada canal en la posición AC. e)Mueva el control de frecuencia del generador de señales del canal horizontal hasta que aparezca en la pantalla del osciloscopio una figura estable y fácil de estudiar. f)Aplique la relación FvTv=FhTh y determine Fv. Introduzca las demás frecuencias y complete la tabla No. 3.

Tabla N° 3.

La medición de diferencia de fase entre dos señales introducidas al osciloscopio se hará empleando dos métodos: el de barrido y el de las figuras de Lissajous. MÉTODO DE DISPARO DE BARRIDO. 1.Instale el circuito de la figura: CH1 CH2 DUAL ~ ~ R C R C Entrada de señal: Oscilador de audio – 200 Hz R C Salida Desfasada.

2.Coloque el control AC-GND-DC de cada canal en la posición GND. 3.Pulse el botón dual y haga coincidir los dos trazos que aparecen en la pantalla del osciloscopio. 4.Coloque el control AC-GND-DC de cada canal en la posición AC. 5.Centre en la pantalla ambas señales. 6.Ajuste el amplificador de voltaje de cada canal hasta obtener igual amplitud en las señales, controle la base de tiempo si es necesario, hasta que aparezca una imagen suficientemente estable y amplia. 7.Determine la diferencia de fase, basándose en la relación: No. de divisiones que hay en medio ciclo de la onda º No. de divisiones que existe entre las dos ondas 

Para medir la diferencia de fase entre dos señales de igual frecuencia, por el método de las figuras de Lissajous utilizando el circuito anterior, realice el siguiente procedimiento: 1.Coloque el osciloscopio en la posición X-Y para desactivar la base de tiempo. 2.Utilice los controles de posición horizontal y vertical para centrar el punto que aparece en la pantalla del osciloscopio. 3.Coloque el control AC-GND-DC de cada canal en la posición AC. 4.Determine la diferencia de fase utilizando la relación:  =arcsen (a/b). Registre el resultado en la tabla No. 4. MÉTODO DE LAS FIGURAS DE LISSAJOUS.

5.Determine el margen de error entre los valores obtenidos en ambos métodos y analice este resultado. Tabla N° 4.

Parte A Parte B