UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
EXPERIMENTO N° 2 CURSO
:
FISICA III
SECCION
:
INTEGRANTES
:
201100A
N
ENRIQUEZ TORRES, LUIS E. ALVARADO !ALTA, GEORGE 20112"#G DIAZ SARMIENTO, ADRIAN 2011120$ CONDORI PAREDES, !RANDON
201%%0&&I
C'()*) U+'-/'*'*, 2" )- S-'-- )-3 201"
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
INDICE
I.
I.OBJETIVO
3
II.EQUIPO
3
III.FUNDAMENTO TEÓRICO
5
IV.PROCEDIMIENTO
7
V.CÁLCULOS Y RESULTADOS
10
VI.CONCLUSIONES
14
Ob!"#
%$FIEE 4 UNI
P56'+* 2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Lograr que los estudiantes se familiaricen con el osciloscopio, el cual será usado como: instrumento de medida de voltaje constante, voltaje alterno, y como instrumento para medir amplitud, periodo y frecuencia de diferentes funciones de voltaje periódicas en el tiempo. Graficador XY.
II.
E&'#(% •
Un osciloscopio de ! "#$, %lenco modelo &'()!.
•
*os pilas de (.! voltios cada una.
•
Una fuente de voltaje constante con varias salidas.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA •
Un transformador de voltaje alterno +-v,-+ #$.
•
Un generador de funciones %lenco G'/+-.
•
0a1les de cone2ión.
•
Un mult3metro.
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III.
F')*+,!)"% "!-#/%
V%"+! La tensión el4ctrica o diferencia de potencial 5tam1i4n denominada voltaje6 es una magnitud f3sica que cuantifica la diferencia de potencial el4ctrico entre dos puntos. 7am1i4n se puede definir como el tra1ajo por unidad de carga ejercido por el campo el4ctrico so1re una part3cula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. &e puede medir con un volt3metro. &u unidad de medida es el voltio. La tensión entre dos puntos A y B es independiente del camino recorrido por la carga y depende e2clusivamente del potencial el4ctrico de dic8os puntos 9 y en el campo el4ctrico, que es un campo conservativo. &i dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. ;arte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a trav4s del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente e2terna 5generador6, esta corriente cesará cuando am1os puntos igualen su potencial el4ctrico. %ste traslado de cargas es lo que se conoce como corriente el4ctrica.
I,(!*+)/#+ La impedancia 5<6 es una medida de oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica una tensión. La impedancia e2tiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna 5096, y posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la resistencia, que sólo tiene magnitud. 0uando un circuito es alimentado con corriente continua 5006, su impedancia es igual a la resistencia= esto >ltimo puede ser pensado como la impedancia con ángulo de fase cero.
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O/#%/%(#% Un osciloscopio es un instrumento de visuali$ación electrónico para la representación gráfica del voltaje en función de tiempo. ;resenta los valores de las se?ales el4ctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X 58ori$ontal6 representa tiempos y el eje Y 5vertical6 representa tensiones. La imagen as3 o1tenida se denomina oscilograma. &uelen incluir otra entrada, llamada @eje 7#A9&#%A@ o @0ilindro de Be8nelt@ que controla la luminosidad del 8a$, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la tra$a. Los osciloscopios, clasificados seg>n su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado id4ntico en cualquiera de los dos casos, en teor3a. Csciloscopio 9nalógico La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tu1o de rayos catódicos 5utili$ando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajusta1le6 mientras que a las placas de desviación 8ori$ontal se aplica una tensión en diente de sierra 5denominada as3 porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma 1rusca6. %sta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la se?al a medir. %sto es lo que se denomina 1ase de tiempos.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA %n la igura se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas m3nimas fundamentales. %l funcionamiento es el siguiente: %n el tu1o de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recu1ierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones. &i se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del 8a$ de electrones de1ido al campo el4ctrico creado por la tensión aplicada. *e este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación 8ori$ontal, 8ace que el 8a$ se mueva de i$quierda a derec8a y durante este tiempo, en ausencia de se?al en las placas de desviación vertical, di1uje una l3nea recta 8ori$ontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo 1arrido. %ste retorno no es perci1ido por el ojo 8umano de1ido a la velocidad a que se reali$a y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado 51orrado6 parcial o una desviación del rayo. &i en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la se?al a medir 5a trav4s del amplificador de ganancia ajusta1le6 el 8a$, además de moverse de i$quierda a derec8a, se moverá 8acia arri1a o 8acia a1ajo, dependiendo de la polaridad de la se?al, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada. 9l estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posi1le esta1lecer una relación entre estas divisiones y el per3odo del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. 0on ello a cada división 8ori$ontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. *e esta forma en caso de se?ales periódicas se puede determinar tanto su per3odo como su amplitud. %l margen de escalas t3pico, que var3a de micro'voltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, 8ace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de se?ales.
IV.
PROCEDIMIENTO
9. Ddentificación de controles e interruptores del osciloscopio: (. C1servar el osciloscopio e identificar controles e interruptores en el osciloscopio real con los enumerados de la figura 5(6. . ;oner en operación el osciloscopio usando el interruptor E. &e encenderá una lu$ roja en el 1otón != usando los controles - y / logre que el punto o la l3nea en la pantalla del osciloscopio tenga una intensidad y un anc8o adecuado a su vista.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ). C1serve que la se?al en el osciloscopio puede ser la l3nea o punto dependiendo de la posición del interruptor )+. L3nea en la posición Fafuera y punto en la posición Fadentro. *iscuta con su profesor qu4 es lo que se conecta internamente en el osciloscopio a las placas # para cam1iar de uno a otro modo. E. &in conectar ning>n potencial e2terno ni en ( ni en (H, coloque (! y + am1os en posición GI* "antenga el interruptor )+ en posición adentro. 0on el control ( en la posición 0#( use los controles (( y H para colocar el punto luminoso en el centro de la pantalla del osciloscopio. 0on el control ( en 0# use los controles (- y H para colocar el punto luminoso en el centro de la pantalla o en un punto que usted elija como cero para sus medidas de voltaje.
. "edidas de voltajes *0 !. 0oloque los controles (! y + en la posición *0. "antenga el interruptor )+ en posición Fadentro. 0onecte una fuente de voltaje constante 5una pila6 a la cone2ión ( "anteniendo el control ( en la posición 0#( y el control E en la posición 0#, o1serve la desviación vertical del punto luminoso. Use las diferentes escalas dadas por el selector () y decida cuál es la más conveniente para medir el voltaje de la fuente. -. Aepita lo 8ec8o en el paso ! con el voltaje constante conectado a la cone2ión (H, el control ( en la posición 0# y el E en la posición 0#(. Use a8ora las escalas dadas por el selector (/. IC79: ;ara que las escalas de los selectores () y (/ sean dadas directamente en voltios por división es necesario que los controles (E y (J se encuentren en sus posiciones totalmente rotados en sentido 8orario y empujados 8acia adentro. H. Dnvestigue las funciones de los controles (E y (J jalando cada uno de ellos 8acia afuera y rotándoles en sentido anti8orario. /. Aegrese los controles (E y (J a sus posiciones tales que () y (/ den lecturas en voltios por división. J. Use la fuente de voltaje constante con varias salidas y mida el voltaje de cada salida con el osciloscopio. 0ompare con los resultados o1tenidos usando el mult3metro digital. 0. "edidas de voltaje 90. 9mplitud, voltaje pico'pico, periodo y frecuencia (+. 0oloque el interruptor )+ en la posición Fafuera. ((. 0onecte el transformador de -K a la cone2ión ( y el interruptor ( en 0#(. %ncuentre la mejor escala de voltios por división 5selector ()6 Y la de tiempo por división 5selector /6 para ver completamente un
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA periodo del voltaje senoidal. Use el control ! para esta1ili$ar el gráfico en la pantalla del osciloscopio. %l n>mero de divisiones verticales multiplicado por el valor indica en el selector () nos da la medida en voltios tanto de la amplitud como del voltaje pico'pico. %l n>mero de divisiones 8ori$ontales multiplicado por el valor indicado por el selector / nos da el periodo del voltaje alterno del transformador. %sto es cierto si el control J está en posición totalmente rotado en sentido 8orario. La frecuencia en #ert$ es el inverso del periodo 5f(76.
(. Aepita las medidas 8ec8as en el paso (( conectando el transformador a 0#. (). 0ompare los valores de amplitud y voltaje pico'pico con el voltaje efica$ medido por el mult3metro. La relación es V ef =√ V / 2 . &iendo K la amplitud. (E. 0onecte el generador de función de cone2ión (H y genere un voltaje senoidal de H voltios de amplitud y (++ #$. 0ompare el valor digital de frecuencia dado por el generador de función de onda con el periodo medido en el osciloscopio. *. Ctras funciones de voltaje K5t6 (!. ;rodu$ca, con el generador de función, voltajes que dependen del tiempo en forma de onda cuadrada y en forma de diente de sierra. %n cada caso relacione la frecuencia dada por el generador con el periodo medido con el osciloscopio. %. Csciloscopio como graficador XY ;ara que el osciloscopio funcione como graficador XY es necesario que el interruptor )+ est4 en la posición Fadentro, el interruptor E en la posición 0#(, y el ( en 0#. (-. 0onecte la salida del transformador de - voltios simultáneamente a 0#( y a 0#. 0on el interruptor )+ en la posición afuera o1serve como se ve el voltaje senoidal en cada canal. 0on ayuda de los controles (( y (- trate de u1icar las se?ales del canal ( y canal en diferentes alturas de la pantalla del osciloscopio. 0olocando el control ( en posición *U9L o1servará am1os voltajes al mismo tiempo. (H. ;onga el interruptor )+ en posición Fadentro, el control ( en 0# y el E en 0#(, o1serve el gráfico XY.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA (/. C1serve el efecto de jalar 8acia Fafuera el interruptor (-. (J. 0onecte el transformador al canal ( y el generador de función al canal . Genere una función de voltaje senoidal de -+ #$ y /.! voltios de amplitud. C1serve el gráfico XY. +.Aepita (J pero cam1iando la frecuencia del generador de función a frecuencias de (+, (/+ y E+ #$.
V.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
D! (+% 2 o1tuvimos la siguiente ta1la: V%"+! V%"+! *! )%,#)+ *! ,'"#"!"! N6,!% *! + '!)"! /'+*#"% V V
R+)%
V%"+! *! %/#%/%(# % V
)
(./ ).
(./ ./
( (
(./ ./
E.!
E.)
.(
E.
-
-.+/ ) Tabla 5.1 Cálculo del Voltaje del osciloscopio.
-
%s claro que distintos instrumentos marcaran un resultado diferente, tal es el caso de lo que indica la fuente y el multitester empleado. 9 continuación mostramos el error cometido, asumiendo como valor real lo marcado por la fuente.
V%"+! *! V%"+! *! %/#%/%(# ,'"#"!"! % V
E% 8
(./ ./
(./ ).
+ (E./
E.
E.)
.)/
-.+/ (.)) Tabla 5.2 Errores en el cálculo del Voltaje del osciloscopio.
D! % (#,!% (9+% *! (+% 11 o1tuvimos la siguiente ta1la:
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA N6,!% *! /'+*#"% (.-H
A,(#"'* V%"+! P#/% + P#/%
R+)%
! /.)! Tabla 5.3 Cálculo de la amplitud
(-.H
D! "!/! (++*% *! (+% 11 o1tuvimos la siguiente ta1la: N6,!% *! /'+*#"%
R+)%
P!#%*%
/.) +.++ +.+(-Tabla 5.4 Cálculo del Periodo
D! (+% 13 colocar en la siguiente ta1la el valor del voltaje que da el mult3metro, este será llamado valor efica$.
V !#/+: ; <.01 V D! (+% 14 o1tener la siguiente ta1la: N6,!% *! /'+*#"% (+
R+)%
P!#%*%
F!/'!)/#+= :
+.++( +.+( Tabla 5.5 Cálculo del periodo
(++
D! (+% 15 o1tener la siguiente ta1la:
F!/'!)/#+ *! N',!% *! >!)!+*% /'+*#"% =:
R+)%
P!#%*%
F!/'!)/#+ =:
Cnda cuadrada
J/
!.E
+.++
+.+(+/
J.!J
Cnda sierra
J/
!.
+.++
+.+(+E
J-.(!
Tabla 5.6 Cálculo del periodo segn tipo de onda
"ostramos a continuación el error en el cálculo de la frecuencia:
F!/'!)/#+ *! F!/'!)/#+ >!)!+*% =: =: Cnda cuadrada
J/
J.!J
Cnda sierra
J/
J-.(!
E% 8
!.!
(.//H Tabla 5.! Cálculo del error en la "recuencia segn tipo de onda
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RESULTADOS M?NIMOS (6 #aga una ta1la de tres columnas indicando el voltaje medido con el osciloscopio, el voltaje medido con el mult3metro y el voltaje nominal de cada salida de la fuente.
V%"+! *! V%"+! *! )%,#)+ *! V%"+! ,'"#"!"! %/#%/%(#% + '!)"! V V V )
(./ ).
(./ ./
E.!
E.)
E.
-.+/ Tabla 5.! Comparaci#n del $oltaje segn instrumento de medida.
2% M%s realmente constante el voltaje dado por esta fuenteN Io, seg>n la gráfica en el osciloscopio 8ay peque?as vi1raciones en el %O% Y.
3% M0uál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de - voltiosN *iga el n>mero de divisiones cuando el interruptor / está en posición (msdivisión, msdivisión y !msdivisión. M0uál es la frecuencia medidaN
R+)%
D#$##%)!
P!#%*%
F!/'!)/# +
(msdivision
no se ve
'
'
msdivision
no se ve
'
'
!msdivision
).E!
+.+(H!
!H.JH(
4% *i1uje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo o1servado en los pasos (H y (/ del procedimiento.
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5% &i el osciloscopio esta en modo X P Y, coloca un voltaje constante de (.! voltios en el canal ( y de ) voltios en el canal . *i1uje la pantalla cuadriculada del osciloscopio indicando la se?al o1servada
6% Aepita !, pero con el control (- en la posición afuera.
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CONCLUSIONES@ 1. ;udimos compro1ar que al conectar al conectar el osciloscopio a fuentes con voltaje constante 5en nuestro caso la pila6, se grafica1a en la pantalla un recta. 0uando conectamos el osciloscopio a una fuente de voltaje varia1le 5el transformador6 se grafica1a en la pantalla curvas sinusoidales.
. *e la ta1la !.H podemos concluir que podemos usar las medidas o1tenidas por un multitester y el osciloscopio para o1tener medidas de voltaje,frecuencia,etc. 9l usar am1os podemos disminuir el error cometido.
3. *e la parte del &esultados minimos ' ejercicio 3 vimos que cuando colocamos el transformador de - voltios y pusimos el interruptor / en posición de (msdivisión y msdivisión no pudimos o1servar el periodo de estos por el tama?o de la pantalla. &in em1argo lo pudimos regular con otra escala.
4. &a1emos que el osciloscopio puede ser configurado para que se?ales repetitivas puedan ser o1servadas como formas continuas en la pantalla. %s por eso que podemos concluir que las corriente alterna es periódica y sus se?ales tienen picos a los cuales son el do1le de una amplitud.
5. %n general podemos concluir que el osciloscopio es una e2celente 8erramienta de medida de se?ales el4ctricas el cual 8a ayudado a lo largo de la 8istoria a reali$ar grandes avances cient3ficos. %n nuestro panorama 5como estudiantes de Dngenier3a %l4ctrica6 nos ayudará en el futuro para estudio y mantenimiento de equipos electrónicos y tra1ajos de la1oratorio. FIEE 4 UNI
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C99
I = I 1 + I 2
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2
R 2 + R 1−C R 2 e
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R--=3*>*+)9 39/ )*9/: I 5?'* I '+'* I2 '+''*3 I2 @+*3 Q'+''*3 Q@+*3
1.1" A 0.&&7 A 0.2%8 A 0A 0C 210.& (C
VII. Conclusiones 4 N9*9/ (- -3 6-+-*)9 )- 9+)* (*)*)* B(- )6*+ '=9*+'* =** 3* -3*9*'+ )- -/-?=-'-+9 /'+ -/* 9+)* 6-+-*)* 3*9 /'+ 3*/ 9+)''9+-/ +--/*'*/ +9 /- =9)* )* 3*/ 65@*/ Q / T - I / T )- *6* )-/*6* 4 C9=9*9/ -?=-'-+*3-+- (- -3 '-=9 )*6* ; RC<. 4 A3 9-+9 )- ('3'>* -3 9/'39/9='9 9/-*9/ (- /' -3 =-'9)9 )- 3* 9+)* (*)*)* -/ *9 *3 '-=9 )- *6*. S- 9/-* 3*/ 65@*/ )- *6* )-/*6* )- I / T -*3'>*)*/ *+-'9-+-. 4 C9=9*9/ 3*/ 65@*/ -?=9+-+'*3-/ (- '-+-+ 3* *6* )- (+ 9+)-+/*)9 3*/ (*3-/ /9+ /93('9+-/ )- -(*'9+-/ )'B--+'*3-/. FIEE 4 UNI
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VII. Observaciones C99 /*-9/ -3 -/*3-''-+9 )- 3* B-(-+'* -+ +(-/9 -?=-'-+9 =(-)- 9* (*3('- *39 -'*-+- =-9 -+ -3 3*9*9'9 +9/ )*9/ (-+* (*3 9-+9 )- -*3'>* -3 -?=-'-+9 +9 /- =(-)- 9* *39-/ ( 6*+)-/ )*)9 (- -3 =-'9)9 /-'* *)* -> 5/ =-(-9 9+ 39 (*3 9--*9/ *9 -9. P9 39 )'H9 *+-'9-+- *3-> /- ='-+/- (- 39 -9 /-'* (/* (+* B-(-+'* 5/ =-(-* (- 3* '+)'* -+ -3 -?=-'-+9 =-9 3*-+*3--+- 3*/ (*)'(3*/ )+(-/9 9/'39/9='9 +9 /9+ )- 6*+ **9 =9 39 (- +9 /- =9)* '/(*3'>* 9)9 3* 65@*.
VII. Bibliografía -
$. A/* J M. CARAZO B/'*4 T99 II K(69 -)'+* J V93(-+ 7 S-*/, S-*+>. V93(-+ II G(* )- =5'*/ )- 3*9*9'9 )- F/'* J UNI
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