Corriente alterna-Osciloscopio modificada Final PDF

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INGENIERÍA CIVIL. FÍSICA II

Universidad de La Laguna.

INTRODUCCIÓN A LA CORRIENTE ALTERNA. USO DEL OSCILOSCOPIO OBJETIVO Estudio de las diferentes partes de un osciloscopio y realización de medidas con este instrumento. MATERIAL 1 Osciloscopio 1 Generadores de señal (transformador) 1 Placa de plástico con transformador, diodo y resistencias. Cables de conexión

Introducción Un osciloscopio consta básicamente de los siguientes componentes: 1) Tubo de rayos catódicos (TRC) 2) Circuito de barrido horizontal o base de tiempos 3) Amplificadores para las señales de entrada 1) TRC.- Un tubo de rayos catódicos está compuesto por un cañón de electrones encargado de emitir, acelerar y focalizar el haz de electrones, un sistema de desviación del haz formado por dos pares de placas denominadas placas de deflexión horizontal (PDH) y vertical (PDV), situadas simétricamente respecto al eje X, y que pueden conectarse a diferentes potenciales, y un indicador de desviación del haz (pantalla) 2) Base de tiempos.- Es un circuito encargado de generar una señal que aplicada a las placas horizontales produce un barrido del haz en la dirección del eje X de la pantalla (eje de tiempos).

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3) Amplificadores.- Permiten visualizar en pantalla señales de amplitud muy pequeña (  mv.). En la figura siguiente se puede observar el esquema de un TRC

Los mandos o controles principales de un osciloscopio son los siguientes:

2 3

1 8 5

6

4 5

10 9 7

1) Interruptor de encendido (POWER) 2) Control de brillo (INTENS.) 3) Control de enfoque (FOCUS) 4) Selectores de medida de tensión (VOLT./DIV) 5) Desplazamiento horizontal y vertical (X.POS, Y.POS) 6) Selector para medidas de periodos (TIME/DIV)

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7) Selector de las señales de entrada (CH1/CH2) 8) Modo X-Y 9) Selector del tipo de señal a visualizar (AC, DC, GND) 10) Canales de entrada. CARACTERÍSTICAS ALTERNA:

DE

UN

VOLTAJE

SINUSOIDAL

DE

CORRIENTE

La señal del voltaje es del tipo: Donde:

V(t) = V0 cos(ωt)

V0 es la amplitud de la señal ω es la frecuencia angular de la señal, que está relacionada con la frecuencia lineal, ν, como: ω= 2πν El periodo de la señal, T, es invérsamente proporcional a la frecuencia lineal, es decir, T= 1/ν. El valor eficaz del voltaje se define como:   = √ En el caso de la red eléctrica española, la frecuencia es de 50 Hz, luego T = 1/50 = 0.02 s = 20 ms. La tensión tiene un valor eficaz de 220 V, luego la amplitud de voltaje será de V0 = 220 x √2=311 V. Veamos cuáles serían los pasos a seguir para realizar medidas de tensiones continuas, alternas y periodos de señales. 1) Medida de tensiones en corriente alterna. Conectar la señal a medir al canal seleccionado (10), pulsando en el botón del canal elegido (7). Situar el selector (9) en la posición GND, esto es, nuestro nivel de referencia o de cero voltios y utilizando los potenciómetros de desplazamiento horizontal y vertical (5) posicionar la línea observada en la mitad de la pantalla. A continuación pasar el selector (9) a la posición AC para visualizar la señal alterna en pantalla. Para conseguir una imagen fija y que ocupe el mayor espacio posible en el eje vertical ajustar los selectores (6) y (4) respectivamente. El número de divisiones del máximo al mínimo de la señal, multiplicado por el valor marcado por el selector (4), es la tensión pico-pico (Vpp) de la señal alterna. La amplitud de la señal o tensión de pico (Vp) es Vpp/2. Nota: A menudo suele caracterizarse una señal alterna por medio de su valor eficaz (Vef), que es un valor promedio que caracteriza a cada señal y que para una señal sinusoidal se relaciona con la amplitud en la forma Vef = Vp/ 2, siendo este el valor que miden los polímetros. 2) Medida del periodo de una señal alterna. Se procede análogamente al caso anterior, ajustando el selector (6) de forma que un periodo ocupe el mayor número posible de divisiones horizontales. Multiplicando el número de divisiones que abarca un periodo por el factor que indica el selector (6), se obtiene el periodo de la señal., T. La frecuencia f, se calcula como f=1/T.

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3) Medida de una tensión continua. Algunas señales alternas tienen una componente continua que se puede determinar con el osciloscopio sin más que pasar el selector (9) de la posición AC a DC y multiplicando el número de divisiones que se desplaza la señal por el factor que indica el selector (4). En el caso de una tensión continua pura, sin componente alterna (pila), la medida se realiza de forma análoga.

Realización práctica. A. MEDIDA DE TENSIONES ALTERNAS. Utilizando el transformador que se suministra conectar la salida del mismo a uno de los canales del osciloscopio. Medir amplitud y frecuencia de la tensión y describir la forma de onda de la misma. A continuación montar el circuito de la figura y medir la amplitud de las tensiones VAB, VBC, VCD . IMPORTANTE: Medir la señal significa medir la amplitud y el periodo.

R1=1000, R2=3300, R3=4700,

B. CIRCUITO RECTIFICADOR Montar el circuito de la siguiente figura

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A

B

Transformador R 12Vef

C

Observar un canal del osciloscopio la señal de salida del transformador VAC y en el otro la tensión en extremos de la resistencia VBC. ¿Cómo modifica el diodo la señal de salida del transformador? Explicarlo razonadamente. Este circuito se conoce como rectificador de media onda. A partir de una señal alterna hemos generado una señal continua. (Se considera que una señal es continua si siempre tiene el mismo signo). IMPORTANTE: Medir la señal significa medir la amplitud y el periodo.

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INTRODUCCIÓN A LA CORRIENTE ALTERNA. USO DEL OSCILOSCOPIO

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: A. MEDIDA DE TENSIONES ALTERNAS R1 =……..

R2 =……..

R3 =……..

A.1) Medir la señal del transformador (indicar siempre las UNIDADES): Amplitud = ……..

Periodo = ……….

Frecuencia = ……….

A.2) Circuito serie con transformador 

Medir experimentalmente la amplitud, periodo y frecuencia para (indicar cómo se hace):

VAB: VBC : VCD :

Realizar los cálculos teóricos (usando la Ley de Ohm) para VAB, VBC y VCD:

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Tensiones Alternas (Amplitud): Experimental

VAB

VBC

Tensiones Alternas : Teóricas

VCD

VAB

VBC

VCD

1

 

¿Coinciden los cálculos teóricos con las medidas experimentales? Calcular la desviación porcentual de las medidas experimentales respecto de las teóricas.

A.3) Representar (usando algún programa de gráficos) la señal que aparece en el osciloscopio para VAB, VBC y VCD.

B. CIRCUITO RECTIFICADOR B.1) Representar (usando algún programa de gráficos) la señal que aparece en el osciloscopio para VAB, VBC y VCD. (Importante: indicar las UNIDADES)

VAC

VAB,VBC

t

t

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B.2) Medir experimentalmente la amplitud, periodo y frecuencia para (indicar cómo se hace): VAB: VBC : VCD :

¿Cómo modifica el diodo la señal de salida? ¿Cuál es el objetivo final de un rectificador?_____________________________________ _______________________________________________________________________ EVALUACIÓN DE LA PRÁCTICA: Los requisitos mínimos para aprobar la práctica consisten en presentar un Informe de Prácticas con una descripción teórica y unos datos experimentales de calidad. Además de eso, para conseguir una mejor puntuación se valorará especialmente: -

Calcular teóricamente el voltaje entre los extremos de cada resistencia y comprobar que coincide con los resultados experimentales. Representar gráficamente el voltaje entre los extremos de una resistencia e indicar cómo obtener la amplitud del voltaje, el valor eficaz, el periodo y la frecuencia de la señal ....