Osciloscopio

Javier Alexander Lopez Jugojavierlopez.jl56@gmail.com

Laboratorio de Fsica II

Departamento de Fsica

Facultad Experimental de Ciencias y Tecnologa

Universidad de Carabobo

Resumen

En este trabajo se estudio el comportamiento de la corriente alterna. Para ello fue necesario entenderprimero el funcionamiento del osciloscopio. En el transcurso de la practica, se pudo apreciar las ventajasy las desventajas de un osciloscopio, al ser comparado con un multmetro. Entre las ventajas destacan elpoder medir voltajes y corrientes a frecuencias muy altas y visualizar su comportamiento a traves de unapantalla de dos maneras (ondas y figuras de Lissajous); y la desventaja que destaca es la poca precision paradeterminar un voltaje promedio como lo hace un multmetro. Sin embargo es un intrumento del cual no sepuede dejar de lado por su versatilidad a la hora del estudio no solamente de magnitudes electricas sino decualquier magnitud que se pueda convertir en senales electricas con el dispositivo adecuado.

1. Introduccion

El fsico e ingeniero serbio Nicola Tesla (1856-1943) en 1982 fabrico el primer motor de corrientealterna. George Westinghouse (1846-1914) ideo la pri-mera red electrica a gran escala que se mostro muchomas eficaz que la de Thomas Edison (1847-1931) parala corriente continua, pues con la corriente alterna sepueden obtener voltajes mas elevados, lo que permitesu transporte a grandes distancias. En esta practicase estudia la forma de medir la corriente alterna conun osciloscopio y se aplicara a circuitos serie com-puestos por resistencia y condensador.

Al contrario que en la corriente continua, en lacorriente alterna el voltaje y la intensidad varan

con el tiempo de forma sinusoidal. De tal maneraque el voltaje y la intensidad instantaneas (V(t),I(t)) se pueden expresar de la forma: V(t)=V0cost,I(t)=I0cos(t + ), donde V0 e I0 son el voltaje yla intensidad maximas (amplitudes), la frecuenciaangular y el desfase entre el voltaje y la intensi-dad. Es decir, la corriente alterna se comporta comoun oscilador armonico forzado en estado estacionario,donde el rozamiento esta determinado por la resisten-cia y la fuerza exterior es el generador de corriente,que equivale a la pila de los circuitos de corrientecontinua.

3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 2

2. Fundamentos Teoricos

Oscioscopio.

El osciloscopio (ver Figura ??)de rayos catodicoses uno de los instrumentos mas utiles en un labo-ratorio ya que permite no solo medir las diferenciasde potencial (tensiones) de las senales que se quierananalizar sino, tambien, visualizar sus dependenciastemporales, siempre que estas tengan periodos com-prendidos en el intervalo de tiempo entre 1 y hastaincluso 109 s en algunos casos. De modo que cual-quier senal del tipo que sea (temperatura, intensidadluminosa, presion de una onda sonora, etc.), siempreque sea susceptible de convertirse en tensiones electri-cas, puede analizarse en el osciloscopio.

El osciloscopio esta constituido por un tubo derayos catodicos formado por un canon de electrones,que emite, acelera y focaliza al haz de electrones, unsistema de desviacion de dicho haz y una pantallafosforescente. El sistema de desviacion esta forma-do por dos pares de placas, denominadas vertical yhorizontal, cada uno de los cuales puede conectarsede modo independiente a diferentes tensiones o di-ferencias de potencial. Estas generan sendos camposelectricos, mutuamente perpendiculares, que desvanel haz proporcionalmente a su magnitud. Habitual-mente las placas horizontales se conectan a lo que seconoce como barrido interno del osciloscopio, esto es,una senal variable en el tiempo que provoca la desvia-cion horizontal controlada del haz de electrones. Es enlas placas verticales por las que se introduce la senala analizar. Variando entonces el barrido conseguimosvisualizar la senal conectada a la placas verticales [1].

Donde K constituye el emisor de electrones, elcual se encarga de difundir los electrones al ser ca-lentado indirectamente mediante un filamento. G1 yG2 son rejillas encargadas de concentrar ligeramen-te el haz de electrones que sale del catodo. A es unelectrodo acelerador que permite acelerar el haz de

electrones, comunicandole una velocidad proporcio-nal al cual se encuentra este. El sistema deflectorlo constituyen las placas D1 y D2 que se encargande desviar al haz de electrones en dos direccionesmutuamente perpendiculares. El primer par de pla-cas comunmente producen una desviacion vertical delhaz y el segundo par produce una desviacion horizon-tal. La pantalla de observacion S, es la encargada deindicar la deflexion sufrida por el haz de electrones.Esta recubierta con un material fosforescente que seilumina en el sitio donde inciden los electrones per-mitiendo visualizar la posicion del haz.

3. Procedimiento Experimental

Para el experimento I, II, III y IV se hace usodel canal 2 del osciloscopio para medir el voltaje entantas posiciones del control de sensibilidad verticaltanto como con un multmetro.

Experimento I:Medidas de Corriente Con-tinua.

Para empezar se conecta un batera a un voltme-tro y se anota el valor obtenido.

A continuacion se conecta la batera al oscilosco-pio. Y colocando el selector DC-GND-AC en posicionDC y el selector VOLTS/DIV en posicion maximapara proteccion del osciloscopio, se obtiene la curvavoltaje de la batera producida por el haz de electro-nes del osciloscopio.

Ahora se multiplica, en cada caso, la deflexion dedicho haz por el factor de sensibilidad vertical paraobtener el valor del voltaje en la batera.

Finalmente se procede a comparar el valor del vol-taje obtenido con el multmetro y los obtenidos conel osciloscopio.

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3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3

Experimento II:Medidas de un Generadorde Ondas.

Para este experimento, se conecta un generadorde ondas al osciloscopio.

Para la primera parte de este experimento se midela senal sinusoidal proporcionada por un generador deondas tanto con el multmetro como con el oscilosco-pio, haciendo uso de cualquier amplitud y frecuenciade 20Hz a 1kHz.

Y para la segunda parte, se mide la senal cuadra-da proporcionada por un generador de ondas con elosciloscopio, haciendo uso tambien de frecuencias de20Hz y 1kHz, as como 50kHz.

Finalmente se procede a comparar los valores ob-tenidos con el multmetro con los valores obtenidosmediante el osciloscopio, para ambas partes de esteexperimento.

Experiemento III:Medidas de un CircuitoResistivo.

Se instale el circuito mostrado en la Figura 1 yse determina los voltajes y la corriente, tanto con elmultmetro como con el osciloscopio. Para luego, ano-tar los valores obtenidos.

1,5V

R1 1k

R2 12k

Figura 1: Esquema del Circuito Resistivo.

Ahora en el circuito se sustituye ahora la fuenteDC por el generador de ondas colocando una senalsinusoidal de 10Vpp y 1kHz tal como se muestra en

la Figura 2, para despues determinar los valores devoltajes y las corrientes en cada.

10V pp 1kHz

R1 1k

R2 12k

Figura 2: Esquema del Circuito Resistivo.

Finalmente compare los valores de voltaje obteni-dos con el osciloscopio y el multmetro, ascomo tam-bien las corrientes obtenidas a partir de dichos volta-jes.

Experimento IV:Medidas en un CircuitoReactivo.

Se instala el circuito mostrado en la Figura 3 y semide los voltajes en cada elemento de dicho circuitotal como en el experimento III.

1Vpp 1kHz

R 1k

C

Figura 3: Esquema del Circuito RC.

Experimento V:Medicion de Fase.

Haciendo uso del metodo de figuras de Lissajousy el directo, se determina las diferencias de fase exis-tente entre un resistor, un capacitor y un generadoren un circuito tal como el que se muestra en la Figura3.

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5 DISCUSIONES Y CONCLUSIONES 4

4. Resultados y Analisis

En el Cuadro 1 se muestra los valores de voltajesobtenidos de una fuente DC en el experimentoI, a traves de un multmetro y un osciloscopiorespectivamente

Cuadro 1: Voltajes en una fuente DC obtenidos conmultmetro y osciloscopio.

Vi Voltaje con multmetro (V) Voltaje con osciloscopio

V1 1,538 V 1,5 V

V2 1,538 V 1,5 V

V3 1,538 V 1,5 V

En el Cuadro 2 se muestra los valores de los vol-tajes obtenidos de una senal sinusoidal en diferentesfrecuencias en el experimento II.

Cuadro 2: Voltajes de una senal sinusoidal a diferen-tes frecuencias obtenidas con multmetro y con osci-loscopio.

Frecuencia (Hz) Voltaje con multmetro (V) Voltaje con osciloscopio (V)

20 Hz 1,061 V 0,707 V

100 Hz 1,066 V 1,06 V

200 Hz 1,064 V 1,06 V

300 Hz 1,061 V 1,06 V

400 Hz 1,056 V 0,989 V

500 Hz 1,052 V 0,989 V

600 Hz 1,064 V 1,06 V

700 Hz 1,062 V 0,989 V

800 Hz 1,060 V 0,989 V

900 Hz 1,058 V 1,06 V

1000 Hz 1,055 V 1,06 V

En el Cuadro 3 se muestra los valores de voltajesobtenidos de una senal cuadrada a una frecuencia de100 Hz, 1 kHz y 50 kHz en el experimento II.

Cuadro 3: Voltajes de una senal cuadrada a unafrecuencia de 100 Hz, 1000 Hz y 50000 Hz obtenidascon multmetro y osciloscopio.

Frecuencia (Hz) Voltaje con multmetro (V) Voltaje con osciloscopio (V)

100 Hz 1,753 V 1,5 V

1000 Hz 1,647 V 1,5 V

50000 Hz 1,149 V 1,5 V

En el Cuadro 4 se muestra los voltajes en cadaelemento del circuito de la Figura 1 del experimentoIII, as como tambien la corriente electrica que circulapor cada elemento obtenido con el multmetro y elosciloscopio.

Cuadro 4: Voltaje y corriente en cada elemento delcircuito, obtenido con multmetro y osciloscopio.

Vi Voltaje con multmetro (V) Voltaje con osciloscopio (V)

1,537 V 1,5 V

VR1 0,1182 V 0,2 V

VR2 1,419 V 1,4 V

I = IR1 = IR2 0,1196 mA 0,1167 mA

Por metodo directo de las senales sinusoidalesde la Figura ?? se obtuvo una diferencia de fase = 84, 7 y por el metodo de la figura de Lissajous,cuya representacion se observa en la Figura ?? seobtuvo una diferencia de fase = 79, 25.

5. Discusiones y Conclusiones

El osciloscopio es versatil a la hora de medir mag-nitudes a altas frecuencias, ademas de peermitir ob-tener dichas magnitudes por dos metodos diferentes.El osciloscopio como todo instrumento tiene venta-jas y desventajas, sin embargo no le resta utilidad, esmas, por la cantidad de magnitudes que se puede me-dir en el mismo, lo hace un instrumento obligatorio e

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 5

imprescindible en un laboratorio. El osciloscopio per-mite visualizar el comportamiento de magnitudes enforma de ondas o figuras de Lissajous, pero no per-mite obtener valores promedios aproximados comolo hace el multmetro, pero el multmetro no puedemostrar el comportamiento, ni medir voltajes a altafrecuencia cossa que si permite el osciloscopio.

Apendice

Apendice A:Obtencion del Voltaje Prome-dio de una Senal Sinusoidal.

Vrms =V0p

2

Apendice B:Obtencion del Voltaje Prome-dio de una Senal Cuadrada.

Vrms = V0p

Apendice C:Obtencion de la diferencia defase por el metodo directo.

D =ndiv 360mdiv

=0, 24 ms 360

1, 02 ms= 84, 7

Apendice D:Obtencion de la diferencia defase por el metodo de figuras de Lissajous.

L = sen1(ab

)= sen1

(5, 6 div

5, 7 div

)= 79, 25

Referencias Bibliograficas

[1] Miguel Angel Hidalgo, Jose MedinaLaboratorio de Fsica. Primera edicion, Pag.215-216,219. Editorial PEARSON EDUCA-CION, Madrid, 2008.

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