2IM32-Práctica No.5 Osciloscopio-IEE-Equipo 4 PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALEscuela Superior de Ingeniería Química e IndustriasExtractivasDepartamento de Ingeniería Química IndustrialIngeniería Eléctrica y ElectrónicaPráctica No.“Funcionamiento y Operación del Osciloscopio”Integrantes del equipo: Barrera Cadena Valeria Cordoba Ugarte Ana Laur...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Departamento de Ingeniería Química Industrial Ingeniería Eléctrica y Electrónica Práctica No.5 “Funcionamiento y Operación del Osciloscopio”

Integrantes del equipo:  Barrera Cadena Valeria  Cordoba Ugarte Ana Laura  Méndez Moreno Anett Marcela  Olmedo Flores Rocio Guadalupe  Sosa Valdin Cristian Alan

Grupo: 2IM32 Equipo No. 4 Profesora: Villanueva Fúnez Sandra Gloria Ciclo escolar: 22-1

Fecha de entrega: 12/10/2021

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ÍNDICE

Lista de cotejo ……………………………………………………………………. 3 Objetivos Particulares ………………………………………………………….... 4 Material y Equipo ……………………………………………………………….... 4 Introducción ……………………………………………………………………..... 5 Diagramas ………………………………………………………………………… 10 Desarrollo …………………………………………………………………………. 12 Cuestionario ………………………………………………………………………. 26 Conclusiones ……………………………………………………………………… 27 Bibliografía ……………………………………………………………………….... 30

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. Departamento de Ingeniería Química Industrial Academia de Diseño e Ingenierías de Apoyo Laboratorio de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

Lista de Cotejo Grupo: 2IM32 Práctica No. 5

Fecha: 12/10/2021 Sección: Equipo: 4 Nombre de la práctica: “Funcionamiento y operación del osciloscopio” Profesor que evalúa: M. en E. Sandra Gloria Villanueva Funez Boleta 2021320684 2021320754 2021320184 2021320574 2021321038 Puntos 1

1

1 1 2

1 1 2 Total

Apellidos y nombres de los integrantes del equipo Barrera Cadena Valeria Cordoba Ugarte Ana Laura Gatica Aguilar Héctor Méndez Moreno Annet Marcela Olmedo Flores Rocio Guadalupe

Actividad a evaluar PRESENTACIÓN DE LA PRÁCTICA ❖Portada con datos completos ❖Presentación del reporte (limpieza, orden) ❖Entrega de reporte a tiempo ❖Índice ❖Objetivos (general, por competencias y particular) ❖Numeración de todas las páginas del reporte. Investigación con referencias Tablas completas con valores teóricos, experimentales y porcentajes de error (%E) *Rango aceptado: %𝑬→ ±𝟏𝟎% CÁLCULOS EXPERIMENTALES ❖Fórmula, sustitución, operaciones y resultados (con unidades en sistema SI. ❖Porcentaje de error (%E) ❖Gráficas (se solicitan solo en algunas prácticas) Cuestionario Observaciones (mínimo media cuartilla) Conclusiones (mínimo media cuartilla) Evaluación Final de la práctica

Evaluación del rubro

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LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Sesión No. 5 “Funcionamiento y Operación del Osciloscopio”

OBJETIVOS PARTICULARES

   



Al término de la práctica el alumno conocerá las partes que integran un osciloscopio, así como su uso. Encontrará las aplicaciones que se le dan al osciloscopio, obteniendo las diferentes ondas senoidales y rectificadas, con diodos semiconductores. Definirá el uso de cada uno de los controles encontrados en el osciloscopio, tanto físicamente como en video. En esta práctica se demostrará que la corriente alterna se transmite en forma senoidal, y se pretende mostrar también otras propiedades como su fase, amplitud, periodo y frecuencia. Establecer como el osciloscopio desempeña un papel fundamental en el laboratorio de electricidad aplicada.

MATERIALES Y EQUIPO

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o)

Fuente de energía de C.A. (28 V de C.A.) Fuente de energía de C.D. (1.2 a 30 volts.) Osciloscopio Generador de funciones (modelo 4040 A para 20MHz) Puente de rectificación (4 diodos rectificadores 1N4004) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Watts Resistencia de 100Ω a ½ Watt Resistencia de 270, 2 Watt o 330Ω Resistencia de 1 KΩ, ½ Watt Diodo rectificador de silicio (1N4004) Caimanes (2 pares) Voltímetro de C.A. y C.D. Amperímetro de C.A. y C.D. Cable para conexiones o caimanes Multímetro digita

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INTRODUCCIÓN

¿Qu Quéé es el osc osciloscopio? iloscopio? Un osciloscopio es un instrumento de medición para la electrónica. Representa una gráfica de amplitud en el eje vertical y tiempo en el eje horizontal. Es muy usado por estudiantes, diseñadores, ingenieros en el campo de la electrónica. Frecuentemente se complementa con un multímetro, una fuente de alimentación y un generador de funciones o arbitrario. Últimamente, con la explosión de dispositivos con tecnologías de radio frecuencia como Wifi o Bluetooth, el banco de trabajo se complementa con un analizador de espectro. Es muy utilizado en el diagnóstico de circuitos, por ejemplo, una persona que se dedica a reparar televisiones, utilizar el osciloscopio para verificar la señal que le entregan los diferentes componentes de la televisión, ya que las ondas encontradas de los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante su análisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.

El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. En osciloscopios análogos o de fosforo digital se suele incluir otra entrada o control, llamado "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza dependiendo de su frecuencia de repetición o velocidad de transición en tiempo. Los osciloscopios se suelen usar para aplicar medidas con distintos propósitos, como los siguientes: Observar el aspecto de la onda de una señal Medir la amplitud de una señal Medir la frecuencia de una señal Medir el tiempo transcurrido entre dos eventos Observar si la señal es de corriente continua (CC) o alterna (CA)  Comprobar si hay ruido en una señal     

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¿Qué contr controles oles posee un osciloscopio típ típico? ico? A primera vista un osciloscopio se parece a una pequeña televisión portátil, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor número de controles que posee. En la siguiente figura se representan estos controles distribuidos en cinco secciones:

Partes fu fundamentales ndamentales del osciloscopio       

Tubo de rayos catódicos (TRC) Amplificador vertical La base de tiempo El circuito de disparo (Trigger) Amplificador horizontal Amplificador de control de intensidad (Gate amplifier) La línea de retardo

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Tipos osciloscopio Osciloscopio analógico En este tipo la tensión para medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Osciloscopio digital Hoy en día los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones principales, son por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD. En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a una PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales. La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en millones de muestra por segundo.

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Tipos de seña señall que puede mostrar el oosciloscopio sciloscopio Ondas senoidales Es la onda fundamental de cualquier señal. Con esto, se quiere decir que, operando con esta señal, es decir, sumándole otras senoidales de diferente amplitud y frecuencia, se obtiene otra señal de cualquier tipo, por ejemplo, una cuadrada. La mayoría de las fuentes de corriente alterna, ofrecen a su salida una señal con una forma de onda de este tipo.

Onda cuadrada o rectangular Este tipo de onda es, básicamente, una señal que pasa de un estado a otro de tensión en un tiempo muy pequeño. Estos cambios de estado se dan en un intervalo de tiempo que determina la frecuencia de esta señal. Este tipo de señal se da habitualmente en el ámbito digital, como, por ejemplo, en ordenadores, o incluso actualmente, en la televisión con la inclusión de la Televisión Digital Terrestre.

Ondas triangulares Se trata de una señal que aumenta y disminuye a tiempo constante. A esto se le conoce como rampa, y forma este tipo de señal, la cual habitualmente se usa para el control lineal de voltaje. Cuando el tiempo en el que disminuye la señal es muy pequeño, se da un caso muy conocido en esta forma de onda, llamada diente de sierra.

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Ondas pulsos y flancos Señales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan señales transitorias. Un flanco o escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo, cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaría, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital o también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo, un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

Aplicaciones Medicina: Electrocardiógrafo; electroencefalógrafo; medición de presión arterial y venosa; medición de ritmo respiratorio; electro miógrafo (actividad eléctrica del tejido nervioso). Radiocomunicaciones: Analizador de espectros; medidores de modulación; medidores de frecuencia; pruebas de líneas de transmisión. Instrumentación Electrónica: medición de amplitud, frecuencia, fase y distorsión de señales eléctricas. Trazador de curvas. (caracterización de dispositivos). Navegación: Sistemas de radar; sistemas de sonar; señalizadores; sistemas de orientación; sistemas de simulación. Física: Duración de eventos cortos (pulsos de nanosegundos a milisegundos); caracterización de materiales; monitoreo de eventos nucleares; experimentos de espectroscopia. Industria: Sistemas de medición y prueba; monitoreo y pruebas en control de calidad. Servicios: Reparación de equipo electrónico; afinación electrónica automotriz.

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Diagrama de bloques

Experiencia 1

Colocar el multímetro en la escala que sirve para medir diodos semiconductores

Conectar el multímetro al diodo en la condición de polarización directa, como se muestra en la en la figura y mida su resistencia en sentido directo

Conectar el ohmímetro al diodo en la condición de polarización inversa, como se muestra en la figura mida su resistencia inversa

Observar y anotar el resultado

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Experiencia 2

Construir en el protoboard el circuito como se muestra en la figura, la fuente de tensión debe estar en C.A

Encender el osciloscopio correctamente

La terminal negra del osciloscopio conectada a la terminal de la resistencia R2 que está conectada con la fuente de alimentación de alterna de su fuente de poder

Conectar la terminal roja de la sonda del osciloscopio y conéctela al otro lado de la resistencia R2 que hace contacto con el cátodo

Insertar las sondas en cualquiera de las entradas del osciloscopio para poder comenzar la medición

Conectar la punta o sonda del osciloscopio

Observar y anotar el resultado

Experiencia 3

Construir el circuito como se muestra en la figura y aplique 15V de tensión alterna al circuito

Conectar el osciloscopio calibrado a los puntos A y B, donde B será la parte negra de la sonda del osciloscopio y A será la parte roja de la sonda del mismo

observar la onda sinusoidal rectificada, observar las dos crestas de la señal

Observar y anotar el resultado

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DESARROLLO EXPERIMENTAL

Experimento 1 Coloque el multímetro en la escala que sirve para medir diodos semiconductores usualmente marcada con un pequeño símbolo del diodo. La terminal común del voltímetro debe tener polaridad negativa. Conecte el multímetro al diodo en la condición de polarización directa, como se indica en la figura 1a y mida su resistencia en sentido directo. RDIRECTA= 1.87 Ohm. Conecte el ohmímetro al diodo en la condición de polarización inversa, como se indica en la figura 1, y mida su resistencia inversa. RINVERSA = 999.999 Ohm. Un buen conductor indicara relativamente poca resistencia en la condición de polarización directa (mide entre 400 a 700) e infinita o muy alta en la polarización inversa.

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Experimento 2 Construya en su protoboard el circuito de la figura 2, la fuente de tensión debe ser de corriente alterna o C.A., para ello use dos cables banana-caimán y conéctelos en la salida de su fuente en la parte de la salida alterna (NO debe ser en la salida variable de corriente directa). Ya que en estos bornes estamos conectados directamente a la salida del transformador de nuestra fuente es muy IMPORTANTE que no cortocircuite las terminales de los conectores de banana ya que puede quemar el fusible o dañar el transformador de su fuente. A continuación, encienda el osciloscopio y espere a que ejecute la rutina de auto diagnostico que efectúa normalmente este equipo, a continuación, inserte la sonda en cualquiera de las entradas o canales del osciloscopio para poder comenzar con la medición. Coloque la punta o sonda de su osciloscopio como sigue: La terminal negra del osciloscopio conectada a la terminal de la resistencia R2 que está conectada con la fuente de alimentación de alterna de su fuente de poder. Ahora conecte la terminal roja de la sonda del osciloscopio y conéctela al otro lado de la resistencia R2 que hace contacto con el cátodo del diodo rectificador.

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Circuito de la figura 2 en el simulador Liveware

Gráfica No. 1 Rectificador de media onda

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Experimento 3 Construya ahora el circuito de la figura 3. Aplique los 15 V de tensión alterna al circuito. Conecte el osciloscopio calibrado a los puntos A y B, donde B será la parte negra de la sonda del osciloscopio y A será la parte roja de la sonda del mismo. Ya que en este caso el circuito corresponde a un rectificador de onda completa deberíamos observar la onda sinusoidal rectificada y la parte de ella que antes era negativa y se perdía como en el caso anterior del rectificador de media onda, ahora debemos observar las dos crestas de la señal. En ambos experimentos debe procurar usar los valores de resistencias recomendados en la práctica, si por alguna razón la señal NO fuera visible en la pantalla de su osciloscopio, puede probar en cambiar la resistencia R2 por un valor más pequeño, digamos unos 620 ohms o tal vez algo menor para obtener una señal aceptable.

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Circuito de la figura 3 en el simulador Liveware

Gráfica No. 2 Rectificador de onda completa

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CIRCUTOS 

Barrera Cadena Valeria

Experimento 1

Experimento 2

Experimento 3

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Cordoba Ugarte Ana Laura

Experimento 1

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Experimento 2

Experimento 3

P á g i n a 19 | 30



Méndez Moreno Anett Marcela

Experimento 1

Experimento 2

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Experimento 3



Olmedo Flores Rocio Guadalupe

Experimento 1

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Experimento 2

Experimento 3

P á g i n a 22 | 30



Sosa Valdin Cristian Alan

Experimento 1

Experimento 2

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Experimento 3

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CUESTIONARIO

1.-Mencione tres ventajas de los dispositivos semiconductores sobre los tubos al vacío. 

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Los semiconductores son de menor tamaño respecto a los tubos a vacío, por lo que estos últimos tienen aplicaciones concretas en la actualidad tales como en algunos equipos de sonido de alta fidelidad o en sistemas de imagen médicas muy específicos. Los semiconductores son más baratos. Los semiconductores tienen un peso y potencia más bajos, por lo tanto, tienen una mayor fiabilidad.

2.- ¿Cuáles son las dos características que determinan la máxima condición de un diodo semiconductor? 

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Tensión inversa de ruptura. Cuando se llega a este punto, aparece un efecto de avalancha en el que aumenta la intensidad de corriente inversa, provocándola destrucción del diodo. Potencia máxima nominal. Si la potencia que se produce en el diodo es superior a la capacidad de disipación, éste aumentará excesivamente su temperatura y terminará deteriorándose.

3.- ¿Qué quiere decir polaridad directa y polaridad inversa? 

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Polaridad directa: El diodo se comporta como un conductor, es decir, permite la circulación de corriente. En esta polarización el terminal ánodo tiene terminal positiva con respecto al terminal cátodo. Polaridad inversa: El terminal cátodo tiene terminal positiva con respecto al terminal ánodo. El diodo no permite el paso de la corriente, por lo que se comporta como un aislante.

4.- ¿Puede un semiconductor soportar una sobrecarga de corriente? No, ya que lo destruye. Por ello, es importante que éste funcione dentro de los límites seguros, normalmente especificados por el fabricante como el voltaje directo máximo.

5.- ¿Para qué otros usos consideran que le puede ser útil el osciloscopio? Enfocándonos en la industria, este instrumento es útil para sistemas de medición y prueba; monitoreo y pruebas en control de calidad. En otras áreas es útil para la medición de la presión arterial, medición del ritmo respiratorio, reparación de quipos electrónicos, entre otros.

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OBSERVACIONES

El osciloscopio nos muestra la representación gráfica de las señales que recibe tanto de la corriente alterna como de la corriente continua, aunque en realidad puede representar gráficamente cualquier señal que reciba. El mecanismo que permite representar las ondas se basa un tubo de rayos catódicos que recibe señales las cuales son amplificadas tanto vertical como horizontalmente y para una mejor visualización de la señal que se está estudiando se suelen usar sustancias fluorescentes que proporcionan una señal notablemente verde, aunque esto cambia principalmente en los osciloscopios digitales. En los tres circuitos se observó una gráfica senoidal en la pantalla del osciloscopio, en el primer experimento observamos que valor nos da al colocar el multímetro y medir los...