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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

OSCILOSCOPIO

KAREN SOFIA CASANOVA CASTILLO 1.193.039.873 MARIA VICTORIA QUESADA PEÑA 1.112.768.760 LAURA TASCON ROSERO 1.010.096.880

LABORATORIO DE FÍSICA II GRUPO 3 GRUPO INTERNO 6 HORARIO MIERCOLES 12 – 2

LUIS GUILLERMO HENAO MELO FECHA DE ENTREGA SEPTEMBRE 18 DEL 2019

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RESUMEN Se realiza la conexión entre el osciloscopio y el generador de ondas; se realiza exploración con la puta de prueba del osciloscopio para mirar cómo se generan las ondas al sujetar la puta, cambiando el tipo de onda a mostrar. Se realiza la exploración de los botones del osciloscopio y del generador de ondas; para describir cada una de sus funciones. Identificar las funciones que maneja el generador de ondas.

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INTRODUCCION

Describir el funcionamiento de cada uno de los botones del osciloscopio y del generador de ondas.

OBJETIVOS  Adquirir los conceptos físicos básicos involucrados en el funcionamiento de un osciloscopio.  Ganar habilidad y manejo apropiado de los controles de un osciloscopio.  Manejar con propiedad el generador de señales.  Interpretar señales periódicas en el tiempo partiendo del oscilograma que presenta el osciloscopio.

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MARCO TEORICO

OSCILOSCOPIO: Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. 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. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. TIPOS DE OSCILOSCOPIOS: OSCILOSCOPIO ANALOGO: La tensión a 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.

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En la Figura 1 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente: En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada. De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo. Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada. Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud. El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales. OSCILOSCOPIO DIGITAL: En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones 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. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.

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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 un 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 velocidad de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento basándose en el Teorema de Nyquist. Viene expresada en MS/s (millones de samples /muestras/ por segundo). La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como memoria, buffers, entre otros. Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:    

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz. Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. También sirve para medir señales de tensión.

Dentro del osciloscopio digital existen dos tipos que se diferencian claramente:  

De banco: más potentes que los que lo preceden, hechos para tener en una sola localización durante más tiempo. Portátil: con menos potencia pero más compactos para llevar de un sitio a otro.

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DESCRIPCIÓN DE MATERIALES Y EQUIPO

Osciloscopio de doble canal

Generador de ondas (señales periodicas)

Puntas de prueba y sonda

Multímetro digital

PROCEDIMIENTOS

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Identificación del equipo: Para el osciloscopio que se le suministre, anote la marca y modelo __________________________________________________________________

Identifique los siguientes controles del panel frontal del osciloscopio y describa al frente cuál es su función: 1. On –off 2. Intensidad 3. Foco 4. Posición X 5. Posición Y 6. Entrada canal 1 o X 7. Entrada canal 1 o Y 8. Tierra 9. Escala de ganancia vertical (Volt/div) 10.Escala de barrido (Tiempo/div) 11. Modo 12.Barrido externo 13.Calibración (Cal) 14.Disparo (Trigger) 15.DC – AC En su cuaderno de laboratorio anote la marca y modelo de su generador de ondas _________________________________________________________________ Identifique os siguientes controles y describa al lado la función de cada uno. 1. 2. 3. 4.

Atenuación Tipo de señal Multiplicador de frecuencia Selecto de frecuencia

Uso y manejo de osciloscopio Nota: Antes de encender el osciloscopio asegure que las perillas de control y foco se encuentren en sus posiciones mínimas, para proteger la pantalla del osciloscopio.

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1. Acople las puntas de prueba del osciloscopio y la sonda del generador adecuadamente respetando la polaridad. 2. Encienda el osciloscopio y el generador de señales, tome una señal cuadrada de baja frecuencia del generador y llévela a l osciloscopio por uno de los canales y varié la frecuencia de barrido, explique porqué observa a veces dos puntos sobre la pantalla, por qué observa una raya vertical y por qué observa un solo punto. 3. Desde la perilla correspondiente, seleccione un tiempo de barrido de 0,2 s en el osciloscopio y registre cuánto tarda el chorro de electrones en recorrer 10 cm sobre la pantalla en dirección horizontal, cambie tres veces la frecuencia de la señal del generador sin variar el tiempo de barrido en el osciloscopio y observe cuanto tarde el corro de electrones en recorrer 10cm a lo largo del eje horizontal y con estos datos calcule la velocidad en cm/s; en cada caso escriba la frecuencia, el tiempo de barrido y la velocidad. 4. Use otro tiempo de barrido mayor y mida el tiempo que tarda el haz de electrones en recorrer 10 cm a lo largo del eje horizontal. Anote la frecuencia de la señal externa y el tiempo de barrido. 5. Tome una señal sinusoidal del generador de ondas y varíe el tiempo de barrido en el osciloscopio hasta obtener una oscilación completa en la pantalla. Varíe la ganancia vertical hasta desplegar la señal cómodamente sobre la pantalla. 6. Para la señal sinusoidal anterior mida su frecuencia (el inverso del período); además mida en la pantalla del osciloscopio el voltaje pico a pico V pp de la señal sinusoidal como se observa en la gráfica 10,4. Para ello debe calibrar el osciloscopio, medir un número de divisiones verticales que cubre la señal y anotar la escala de ganancia usada volt . Además, debe ¿ considerar la posible atenuación de la señal por la punta de prueba del osciloscopio. Para obtener una línea vertical puede eliminar el barrido horizontal. V rms . Ver V0 gráfica 10,4 donde se ilustra V 0 . El valor medio del voltaje de una señal sinusoidal V rms (root mean square) está relacionado con V 0 así

7. Con el multímetro mida el voltaje

V ms

de la señal y halle

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V rms=

v0 √2

8. Tome una señal cuadrada de su generador y mida con el osciloscopio V 0 . Mida también con el multímetro (en AC) el valor V rms de la misma señal y compare los dos valores medidos.

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DATOS OBTENIDOS BARRIDO 0,1 segundo Tiempo Aceleración Frecuencia (s) cm/s 0,85 1,25 8 1,15 1 10 1,5 0,85 11,7647059

Medida Concepto KHz KHz KHz

BARRIDO 0,1 s RELACION FRECUENCIA TIEMPO 14 12

Aceleracion

10

f(x) = 5.77 x + 3.19

8 6 4 2 0 0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

Frecuencia

BARRIDO 0,1s RELACION TIEMPO FRECUENCIA 14 12

Tiempo

10

f(x) = − 9.27 x + 19.5

8 6 4 2 0 0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

Frecuencia

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

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BARRIDO 0,2 segundo Tiempo Frecuencia (s) Aceleración 1,50 2,42 4,13 1,15 2,95 3,39 0,85 3,14 3,18

Medida Concepto KHz KHz KHz

BARRIDO 0,2 s RELACION FRECUENCIA TIEMPO 4.00 3.50 3.00

f(x) = 1.48 x + 1.85

2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

Frecuencia

BARRIDO 0,2 s RELACION FRECUENCIA ACELERACION 3.5 3

f(x) = − 1.12 x + 4.14

2.5

Tiempo

Aceleración

4.50

2 1.5 1 0.5 0 0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

Frecuencia

1.30

1.40

1.50

1.60

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ANALISIS Y PREGUNTAS 1. ¿Cuál es el periodo mínimo que puede medir con su osciloscopio? RESPUESTA El periodo mínimo que puede medir el osciloscopio es de 0.1 μseg, son capaces de detectar variaciones de millonésimas de segundo. 2. Consulte ¿Qué ocurrira si colocamos un imán cerca al cañon de electrones o a la pantalla? RESPUESTA Si se acercaa un iman cerca a la pantalla de un osciloscopio el campo magnético desvía la trayectoria de los electrones que impactan donde no debería de hacerlo. El resultado es una imagen distorsionada. Lo mejor es no hacerlo pues el daño puede ser permanente. Ya que la pantalla queda con un arco iris de colores distorsionados. 3. Dibuje el oscilograma de la instrucción 10.6.2 litral e, con valores respectivos de amplitud y periodo. RESPUESTA

Amplitud : 5 cm Perido: 2π 1 cuadro =0,2 Voltaje 5 *0,2*10= 10 v V pp = 10 v Vp = 5 v Modo AC 5 V rms = = 3,535533 V √2 Valor medido con el multimetro de fluke 3,286 V

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4. Consulte ¿Qué figura obtendremos en la pantalla del osciloscopio si a las placas horizontales y verticales llevamos dos señales idénticas (asumiendo que la diferencia de fase es cero)? Se aume que al osciloscopio se le ha alimentado con señales tanto por el canal 1 como por el canal 2. RESPUESTA Si tanto las placas horizontales como las verticales tienen señales idénticas y sí el osciloscopio se ha alimentado con señales tanto por el canal 1 como por el canal dos, el oscilograma mostrará solo una gráfica ya que la distancia que tendría una gráfica de la otra en toda su línea sería cero. Pero en caso de que exista un desfase en las gráficas que representan ambos canales, la pantalla del osciloscopio mostrará alguna de las gráficas de las figuras de Lissajous, como las siguientes:

5. ¿Cómo mediría con un osciloscopio la frecuencia del voltaje en cualquier toma del laboratorio? ¿Qué precauciones debe tomar ? No lo intente sin la supervisión del profesor. RESPUESTA Para tomar esta medida con el osciloscopio primero necesitamos saber a qué amplitud poner el osciloscopio y para medir la frecuencia del voltaje en un tomacorriente del laboratorio se tendría que tener mucho cuidado de no

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estropear los aparatos con los cuales se van a trabajar ya que el voltaje puede ser alto. En el caso de Colombia el V rms manejado es de 110 V. 6. ¿Cuál es el error porcentual entre el voltaje eficaz V rms , calculando con la ecuación 10,1 y el medio con el multímetro Fluke, considerando para este ejercicio éste último valor como referencia o patrón? RESPUESTA Valor medido Valor Hallado Error

3,286 3,535 7,0438472 4

Es un valor de voltaje aceptable pues el error porcentual es menor al 10%

7. Para una señal cuadrada, ¿Se cumple que el valor eficaz Evalúe la instrucción 10.6.2 literal i. RESPUESTA Amplitud : 3,2 cm Perido: 0,5 1 cuadro =0,2 Voltaje 3,2*0,5*10= 16 v V pp = 16 v Vp = 8 v Modo AC V rms = 9,63

Valor medido Vallor Hallado Error

V rms

9,63 8 20,375

No lo cumple el valor eficaz pues la diferencia de los valores tiene un error porcentual por encima del 10%.

= V0 ?

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OTRAS PREGUNTAS Información Osciloscopio

OSCILOSCOPIO Protek 200 MHz Osciloscope 6502 A 1. On-off: Para prender y apagar el osciloscopio: 2. Intensidad: Sirve para ajustar el brillo de la trazada hasta que se vean todos los detalles de la forma de onda. 3. Foco: Ajustar la onda hasta que el trazo hasta que este se vea nítida. 4. Posición X: Este permite mover la señal hacia adelante y atrás a lo largo del eje X. Esto determina en efecto, el valor que tiene la señal en el origen. 5. Posición Y: Esta perilla controla la posición vertical del trazo. 6. Entrada canal 1 ó X: Permite la entrada de señal X ó 1. 7. Entrada canal 2 ó Y: Permite la entrada de la señal Y ó 2. 8. Tierra: Punto de referencia. 9. Escala de ganancia vertical (Volt/div): Valor por el que se debe multiplicar las divisiones verticales. 10. Escala de barrido (tiempo/div): Permite cambiar la rapidez de la línea, dependiendo del tiempo que queramos verla. 11. Modo: Una forma automática de detectar la señal. 12. Barrido externo: 13. Calibración (Cal): Calibrar el osciloscopio para ajustar la señal. 14. Disparo (Trigger): Permite el paso de los electrones. 15. DC-AC: Cuando este mando se coloca en la posición de "AC" se filtra la parte de DC de la señal, por medio de unos condensadores que se colocan

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en serie entre la entrada de señal y el osciloscopio . Cuando el selector se coloca en la posición de "DC", se mostrará la señal completa en el aparato.

GENERADOR DE ONDAS Sweep Fuction Generator 9205 C Hung Ching 1. Atenuación: Reducir o aumentar la señal 2. Tipo de señal: Señal que se debe escoger (sinusoidal, cuadrada o triangular) 3. Multiplicador de frecuencia: Es el rango por el que se debe multiplicar la señal. 4. Selector de frecuencia: Determina la variación de frecuencia. 2 ¿Por qué observa a veces dos puntos sobre la pantalla, por qué observa una raya vertical y por qué observa un solo punto? RESPUESTA La variación en la visualización de dos puntos, una raya o un solo punto se da cuando se mueve el barrido, esto implica el tiempo en el que se envían los electrones

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CONCLUSIONES El osciloscopio permite no solo la observación el movimiento de las partículas si no también analizar detalles de trayectoria, velocidad y aceleración.

Con los resultados hallados se encuentra una relación directamente proporcional entre la frecuencia y la aceleración esto en consecuencia de que la frecuencia es el inverso del periodo (tiempo en que la partícula realiza un ciclo completo); una mayor frecuencia sería consecuencia de un menor periodo lo que significa que la partícula realiza un mismo recorrido en un menor tiempo.

Al realizar la medición con el voltaje de calibración del osciloscopio se observa un desfase en la escala de medida de ganancia vertical y se realiza la corrección en la medidas tomadas, sin embargo se obtiene un valor grande de error puede deberse a este desfase.

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BIBLIOGRAFIA OSCILOSCOPIO (17 de Noviembre https://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio

del

2019

)(En

línea)

GUIA DE ESTUDIO “FUNCIONAMIENTO DE CAPACITORES (17 de Noviembre http://media.utp.edu.co/facultad-cienciasdel 2019)(En Línea) basica...