LABORATORIO: MANEJO BÁSICO DEL OSCILOSCOPIO Julián Andrés Palomino Carlos Melán Diana D iana Lourido Curso de Laboratorio de Física Fundamental III Licenciatura en Matemáticas y Física Universidad del Valle ABSTRACT The oscilloscope is often used to take measurements in electrical circuits. It is especially useful because it can show how varying the voltage and time of an electrical signal, or how two signals vary with respect to each other. In this lab calibrates the oscilloscope to measure voltages, frequencies and times, for this adjustment tables were used for sinusoidal signal Cartesian graphs that allow measurement of voltage contrast experimental theoretical voltages, obtaining results with no more than 10.7% relative error and absolute difference of ±0.22 between experimental and theoretical data. INTRODUCCIÓN Este laboratorio nos permite conocer el funcionamiento, manejo, aplicaciones del osciloscopio como medidor de tiempo y cómo voltímetro. El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar la evolución de una señal eléctrica con relación al tiempo, o con respecto a otra señal. El osciloscopio consta de un tubo de rayos catódicos (TRC) que contiene un cañón de electrones, sistema deflector (con dos pares de placas para la desviación horizontal y otra para la desviación vertical) y un un indicador indicador de la posición del haz. En la pantalla del osciloscopio hay una cuadrícula que permite medir la intensidad del voltaje y el tiempo; El barrido horizontal que hace el haz de electrones representa el periodo que puede ser variado desde microsegundos por división hasta segundos por división y la magnitud vertical permite medir la intensidad del voltaje en un rango que va desde milivoltios por división hasta voltios
por división. El movimiento del haz de electrones es realizado por una señal llamada diente de sierra, esto es, un voltaje periódico que crece linealmente con el tiempo. MATERIALES
y y y y y
Osciloscopio Generador de señales Cables de conexión Computador Programa Origin pro 8
PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL
Primero
se verifica que la intensidad del barrido vertical y horizontal estén en la posición CALIBRADO (Cal) y, las escalas de tiempo y voltaje. Luego, los controles del osciloscopio deben de situarse en:
7. se obtienen los valores del voltaje como función del tiempo t.
Una vez verificado los controles del osciloscopio se siguen los siguientes pasos: 1. En el osciloscopio colocamos POWER en ON, esperar 20 segundos, girar INTENSITY hacia la derecha y focalizar el haz con FOCUS. 2. Colocamos el interruptor POWER en ON del generador de señales y escogimos la señal sinusoidal y la magnitud en 5000 Hz. Fijando la frecuencia en 1000 Hz. 3. Se obtiene el periodo de la señal sinusoidal. Sobre el panel del osciloscopio, se sitúa el interruptor AC-GND-DC en AC. Enviar la salida sinusoidal del generador de señales a una de las entradas verticales (CH1 INPUT, CH2 INPUT). 4. Variamos el valor de la frecuencia desde 1 000 Hz hasta 100 000 Hz completando la tabla 1. 5. Se fijan las escalas del voltaje y el tiempo como se expone en la Tabla 1. 6. Obtenemos los datos expuestos en la tabla 2. Anotando en la tabla de datos los parámetros del trabajo: frecuencia del generador de señales, escala de barrido del tiempo y escala de sensibilidad del voltaje de osciloscopio.
Ilustración 1. Montaje experimental para el manejo del osciloscopio
ANÁLISIS DE LOS DATOS: Como se observa en la tabla 1, existe una relación entre la frecuencia del generador de señales y el número de periodos leídos en el osciloscopio. Tabla 1. Señal sinusoidal
Frec. Generador Hz 1000 5000 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
Periodo señal T 1 0,2 0,1 0,05 0,033 0,025 0,02 0,017 0,014 0,012 0,01 0,001
Número periodos n 1 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tiempo barrido T 1 2 1 0,5 0,33 0,25 0,2 0,16 0,14 0,12 0,1 0,01
Base tiempo T/div 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,001
En un segundo momento del laboratorio, se fijó una frecuencia de 1600 Hz en el
generador de señales y en el panel del osciloscopio se establecieron los siguientes valores: Escala base de tiempo: Escala canal 1: Escala canal 2: Amplitud pico a pico de la señal: Amplitud inicial de la señal: Fase en radianes: Periodo:
50 µs 1V 5V 5,8 V 2,9 V -0,35 500 µs
Se tomaron los siguientes datos de la señal sinusoidal:
Senal Sinusoidal 3
2
1 ) V ( e 0 j a t l o V -1
-2
-3
0
100
200
300
400
t (Qs)
El valor teórico del voltaje se encontró utilizando la ecuación
Que modela la señal sinusoidal.
Ilustración 1: Señal Sinusoidal
Realizamos la linealización de la curva despejando la ecuación como se muestra
Tabla 2. Ajuste señal sinusoidal
Tiempo (µs)
Vexp (V)
Vteórico (V)
Vexp - Vteórico (V)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
-1,0 0,2 1,4 2,4 2,7 2,2 1,0 -0,4 -1,8 -2,6 -3
-1,0 0,4 1,8 2,7 2,9 2,4 1,3 -0,1 -1,5 -2,5 -2,9
0,0 -0,2 -0,4 -0,3 -0,2 -0,2 -0,3 -0,3 -0,3 -0,1 -0,1
La ilustración 1 muestra el comportamiento de los datos experimentales:
Las ilustraciones 2 muestran la linealización de la curva y expone los valores de la frecuencia angular y el desfase los cuales son la pendiente y el punto de corte, respectivamente. Debido que la curva tiene una parte creciente y otra decreciente, se graficaron dos rectas que linealizan cada parte de la curva. Los valores teóricos para la frecuencia angular y el desfase son:
500
CONCLUSIONES
e l i soi l Li e liz cio crecie te
¤
£
¡
¡
1,4
¢
¢
¡
¢
¢
¡
¡
y
1,2 1,0 0,8 ) o 0,6 V / V ( 0,4 e s c r 0,2 ¦
y
¥
Eq
0,0
§
¨
tio
y=
©
A . R- q
re
¨
§
+ b*x
¨
0,98557 V l e
¨
-0,2
C
I tercept ©
C
-0,4 0
50
100
¨
r Error
©
-0,32231
0,05922
0,00801
4,83568E-4
lope
t ¨
§
150
Guía
de laboratorio de Física Fundamental III. Departamento de Física, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad del Valle.
Ilustración 2: Linealización de la señal Sinusoidal creciente. e l si soi l Li e liz cio ecrecie te
1,0
0,5 ) o V / 0,0 V (
e s c r
-0,5 Eq §
¨
tio
y=
©
A . R- q
-1,0
§
¨
re
¨
+ b*x
0,99912 V l e
¨
D
I tercept ©
D
lope
t ¨
§
¨
r Error
©
3,3362
0,0525
-0,00994
1,47021E-4
-1,5 250
300
BIBLIOGRAFÍA
200
t (Qs)
350
los datos obtenidos experimentalmente en comparación a los teóricos tienen un error absoluto de 0,218 lo que indica una diferencia pequeña y aceptable para el estudio Se verificó la utilidad del osciloscopio como instrumento de medida del tiempo y el voltaje de una señal.
400
450
t ( Qs)
Ilustración 3. Linealización señal sinusoidal decreciente
CONCLUSIONES Se puede observar entonces que la frecuencia angular promedio es 0,008975 con un error relativo del 10,7% y el desfase es -0,32 rads con un error relativo del 8,6%.
