Universidad de los AndesFacultad de Ciencias

Departamento de FísicaLaboratorio de Física General

Semestre A-2004

Grupo N°: 02Carrasquero Jania C.I. 15.430.503Méndez A. Ana Maria C.I. 15.217.205

Sección: 07Fecha: 21/10/04

Objetivos

* Conocer los conceptos básicos de diseño y operación de un osciloscopio.* Conocer y manejar con destreza el osciloscopio en algunas de sus múltiples aplicaciones.* Realizar algunas de las aplicaciones típicas del osciloscopio.

Equipo Utilizado

Osciloscopio. Generador de señales. Fuentes de Poder DC Y AC. Multímetro. Reóstato. Interruptor.

INTRODUCCION TEORICA

El Osciloscopio es uno de los más versátiles instrumentos electrónicos de medida de magnitudes tales como voltaje, corrientes y frecuencias de una inmensa gamas de señales.

Cuando se quiere obtener información sobre variaciones de intensidad, período y/o frecuencias de determinadas señales para un análisis posterior se puede utilizar un aparato que reproduzca o dibuje tal señal en un papel mediante una pluma incorporada este aparato es llamado registrador.

El osciloscopio es también un registrador, la diferencia entre ambos aparatos es que en el osciloscopio la pluma del registrador a sido sustituida por un haz de electrones y la hoja de papel sobre la cual se dibujaba la señal es ahora una pantalla fosforescente de un tubo de rayos catódicos.

La principal ventaja del osciloscopio sobre el registrador consiste en que como la masa de los electrones es insignificante compara con la de la pluma en el registrador, la velocidad de respuesta del haz de electrones tanto en sentido vertical como horizontal es inmensamente superior a la mencionada pluma.

El osciloscopio consta de un tubo de vidrio el que se a hecho vació, en un extremo de este hay un dispositivo emisor del haz de electrones, en el otro extremo una pantalla revestida de material fosforescente que emite la radiación luminosa en el punto en que incide el haz de electrones, lo que se ve en la pantalla es un punto luminoso. Entre el emisor de electrones y la pantalla hay dos pares de placa paralela: un par horizontal y otro vertical. Si aplicamos una diferencia de potencial al par de placas horizontales, el haz de electrones será desviado hacia arriba o hacia abajo por la placa de mayor potencial, esto de debe al campo eléctrico existente entre las placas.

Al encender el osciloscopio debemos tener cuidado con el nivel de intensidad, ajustamos el control a su mínimo ya que se podría quemar la capa de fósforo de la pantalla.

Cuando tengamos figuras simétricas en corriente alterna, respecto al nivel de referencia tomada en el osciloscopio, para medir la amplitud se lee directamente en la pantalla la distancia Dm y con el valor del factor de desviación V/cms., se encuentra el valor de la amplitud en voltios.

La frecuencia se obtiene leyendo el valor de la distancia D en la pantalla y mediante el factor de desviación horizontal TIME/cms se halla el valor del p0eriodo y con el valor de éste la frecuencia es: 1/periodo.

Para las medidas de frecuencias por el método de las figuras de Lissajous se superpone dos señales sinusoidales perpendiculares entre si y esta muestra la igual amplitud y frecuencia pero desfasada entre si. Si las frecuencias son diferentes veremos en la pantalla figuras mas complicadas. La relación entre las frecuencias es la misma que la relación entre los puntos de tangencia horizontal y vertical.

fv/fh = Nh/Nv

fv= frecuencia de la señal en las placas verticales.

fh= frecuencia de la señal en las placas horizontales.Nh= número de puntos tangentes horizontales.Nv= número de puntos tangentes verticales.

PARTE EXPERIMENTAL

1.- Medidas de señales contínuas. 1.- Medidas de señales contínuas.

A) Medir amplitudes.

Montar el siguiente circuito:

Procedimiento:Variando la posición del resistor, y con el voltaje DC constante e igual a 15 V, se tomaron los valores de amplitud que son proporcionales al voltaje que circula en el circuito en ese momento.Se leen los valores que arrojan el osciloscopio y el voltímetro.

Resultados:

Factor = 1 V/div

2.- Medidas de señales alternas. 2.- Medidas de señales alternas.

A ) Medir señales sinusoidales:

Montar el siguiente circuito:

Procedimiento:

Es bueno antes de realizar los cálculos conocer los parámetros a utilizar:Variando la amplitud a una frecuencia fija con un voltaje de 10 V en la fuente de poder, y con un factor de desviación en el osciloscopio de 1 V/div se midió el Dpp en la señal.Se calcula el Dm dividiendo el Dpp por 2 o si la figura es simétrica respecto al nivel de referencia se lee directamente el Dm.Para calcular el voltaje eficaz se multiplica el Dm por el factor de desviación y por 2√2

Resultados:Factor de Desviación = 1 V/cm

Dpp Dm Factor de Conversión

Amplitud medida por el Osciloscopio (V)

Amplitud medida por el Voltímetro (V)

Osciloscopio (V)

Voltímetro(V)

1.9 x 1=1.9 2.02.9 x 1=2.9 3.03.95 x 1=3.95

4.0

5.9x1=5.9 6.07.9x1=7.9 8.0

2.8 1.4 2√2 1.00 1.0310 5.0 2√2 3.54 3.7020 10 2√2 7.07 7.5424 12 2√2 8.49 8.5728 14 2√2 9.90 10.26

B ) Medidas de período y Frecuencia ( método directo )

Montar siguiente circuito:

Procedimiento:Variando la frecuencia en el generador (fg) y dejando la amplitud fija, con el factor de desviación adecuado para observar la señal se lee en el osciloscopio los valores D.Luego para determinar la frecuencia del osciloscopio se emplean las siguientes ecuaciones: Período (T) = D x factor de tiempoFrecuencia = 1/ Período

Resultados:

Factor de desviación utilizado = 1 V/div

Frecuencia del generador(seg-1)

Factor de tiempo (mseg/div)

Factor de tiempo (seg/div)

Distancia Dλ(div)

Período(seg)

Frecuencia(seg-1)

0.2 x 10 K 0.5 0.5 x 10-3 1.2 0.60 x 10-3 1666.670.4 x 10 K 0.5 0.5 x 10-3 0.5 0.25 x 10-3 40000.5 x 10 K 0.5 0.5 x 10-3 0.4 0.20 x 10-3 50000.6 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 0.9 0.18 x 10-3 5555.560.8 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 0.7 0.14 x 10-3 7142.86

Cálculo del Vef, a partir de los siguientes datos:

Ultimo valor de frecuencia del generador (fg) = 1.0 x 10KVoltaje efectivo máximo medido para esa frecuencia es: 1.1 x (√2/2) = 0.78V.La expresión matemática de la señal es:V(t)= V/2 x 0.707 x sen(wt) Sustituyendo:wt= Π/4 porque este es el punto de la figura que representa el voltaje máximo.Queda comprobado que:V(t) = 0.707 Vm, , donde Vm es el voltaje máximo. V(t)= 0.707 x 1.1 = 0.78 v.3. Medida de señales cuadradas.

De período y la frecuencia (método directo).

Montar el siguiente circuito:

Procedimiento:Colocar en el generador una señal cuadrada.Para 5 valores distintos de frecuencia en el generador de audio (fg) con la amplitud fija.Ajustar la posición y el factor de desviación mas adecuado para la mejor observación de la señal.Leer en el osciloscopio los valores D.Luego para determinar la frecuencia del osciloscopio se emplean las siguientes ecuaciones: Período (T) = D x factor de tiempoFrecuencia = 1/ PeríodoResultados:Factor de desviación utilizado = 1 V/div

Frecuencia del generador(seg-1)

Factor de tiempo (mseg/div)

Factor de tiempo (seg/div)

Distancia Dλ(div)

Período(seg)

Frecuencia(seg-1)

0.2 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 3.2 0.64 x 10-3 1562.50.4 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 1.6 0.32 x 10-3 3125

0.5 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 1.3 0.26 x 10-3 3843.150.6 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 1.0 0.20 x 10-3 50000.8 x 10 K 0.2 0.2 x 10-3 0.8 0.16 x 10-3 6250

Medidas de frecuencias por el método de las figuras de Lissajous:

Montar el siguiente circuito:

Procedimiento:

Según los datos que se suministran de frecuencia, Nh y Nv calcular los valores de frecuencia desconocida, apoyados en la ecuación:fv = NH

fH Nv

Donde:fv = frecuencia de la señal entre las placas verticales.fH = frecuencia de la señal entre las placas horizontales.NH = números de puntos tangentes horizontales.Nv = número de puntos tangentes verticales.Resultados:

f conocida ( Hz)

NH Nv f desconocida (Hz) Osciloscopio

f desconocida (Hz) Calculada

150 1 2 720 750200 2 1 390 400300 1 1 295 300400 2 3 270 266500 3 6 280 250700 2 3 465 4658K 1 3 27K 26.6K20K 1 1 22K 20.0K50K 1 4 12K 12.0K

CONCLUSIONES

Se pudo probar mediante las diferentes aplicaciones realizadas, la confiabilidad y el error de los aparatos de medida de voltaje tales como el voltímetro y el osciloscopio. Se pudo observar que el margen de error del voltímetro es un poco alto, comparado con el del osciloscopio el cual es mucho más confiable y eficaz que el voltímetro.

Además de utilizar el osciloscopio como aparato de medición de voltaje continuo y alterno, también sirve de medidor de señales y frecuencias. Se hallo el periodo y la frecuencia para señales sinusoidales y cuadradas.

Se logró medir frecuencias por método de las figuras de Lissajous, el cual consiste en la superposición de dos señales sinusoidales perpendiculares entre sí.

BIBLIOGRAFÍA

SERWAY, RAYMOND. Electricidad y magnetismo, Editorial McGRAWHILL.Tomo II, Tercera edición.

CHOURIO-RUEDA-SAGREDO. Prácticas de Lab. de Física General. Facultad de Ciencias, departamento de Física. Mérida, Venezuela, 2002.

RESNICK – HALLIDAY .Física. Parte 2. Compañía Editorial Continental, S.A. México, 1982.

ENCICLOPEDIA ENCARTA 2004, © Microsoft. Todos los derechos reservados.

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

En la primera experiencia, donde medimos amplitudes (voltajes) provenientes de corriente continua se puede observar en los resultados obtenidos que como era de esperarse el voltaje aumenta a medida que disminuye la resistencia del resistor y que existe un margen de discrepancia entre el valor de voltaje que arroja el osciloscopio frente al que arroja el voltímetro, esto se debe a que el osciloscopio es un instrumento de mayor precisión.

En la segunda experiencia, donde medimos amplitudes provenientes de corriente alterna se puede observar que al igual que en la experiencia anterior existe un margen de discrepancia entre el valor arrojado por el osciloscopio y el voltímetro.

En la experiencia de las medidas de frecuencia y período con fuente de corriente alterna para señales sinusoidales y señales cuadradas se observan variaciones en algunas de las frecuencias obtenidas frente a las suministradas por el generador de señales, las cuales son atribuidas a error debido al efecto de carga originada por la impedancia de entrada del osciloscopio y a las limitaciones de frecuencia de este, ya que existe un rango en el cual el osciloscopio arroja respuestas independientes del voltaje.

Finalmente en las medidas de frecuencias por el método de las figuras de Lissajous se puede notar que no existe una variación considerable entre las frecuencias arrojadas por el osciloscopio y las calculadas matemáticamente lo que nos lleva a predecir que este método es más preciso que el método directo.

Es importante hacer notar que se debe tratar que el número de puntos tangentes sea pequeño de manera que se pueda observar con facilidad la figura.