UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Facultad de ciencias – Departamento de Fsica FUNDAMEN!OS FUNDAMEN!OS DE ELEC!RICIDAD " MA#NE!ISMO – $%%%%$& INFORME DE LABORA!ORIO 'r(ctica )* El Osciloscopio Sergio A. Sarmiento Aguirre 1 Andrés F. F. Maldonado Aguilera 2 , Erika J. Herrera Guevara 3 , José H. Parada elgado ! "sasarmientoa, a#maldonadoa, e$%errerag, $o%&aradade'(unal.edu.)o o)ente* +lg%er Santodomingo Aguilar osantodomingoa(unal.edu.)o Resumen En ésta práctica se aprendió a usar el osciloscopio, un aparato de medición que permite
caract caracter eriza izarr de forma forma cualit cualitati ativa va divers diversas as señal señales es eléctr eléctrica icas s ademá además s de pode poderr descr describi ibir r cuantitativamente diversos atributos de las señales como su periodo, frecuencia y amplitud con la posibilidad de ajustar la señal en cuestión a una serie de escalas tanto de tiempo como de amplitud. Palabras Clave
— Tubo de rayos catódicos, nda, amplitud, periodo.
$+ IN! IN!RODU RODUCC CCI, I,N N Hasta a%ora se %a traa$ado )on se-ales elé)tri)as de ti&o )ontinuo, se-ales )uo m/dulo o magnitud no var0a en el tiem&o, &ero éstas se-ales son &o)o realistas de %e)%o gran &arte de las redes elé)tri)as )omer)iales s0 no todas trans&ortan energ0a &or medio de se-ales de ti&o alterno deido a ue es un método m4s e)on/mi)o se disi&a menos energ0a durante el trans&orte de la misma, &ero enton)es 5&ueden éstas se-ales ser estudiadas6, 5ué %a de atriutos )omo la intensidad de la )orriente la tensi/n elé)tri)a, e#e)tivamente el o$etivo de ésta &r4)ti)a es ver )omo el uso del os)ilos)o&io &ermite dar una idea astante a&ro7imada del )om&ortamiento de una onda o se-al elé)tri)a r4&idamente )amiante en el tiem&o a &artir de un gr4#i)o.
-+ MARCO !E,RICO* 8os )ir)uitos ele)tr/ni)os se )ara)teri9an &or la &resen)ia de se-ales en diversos &untos de los mismos, es de)ir, tensiones o )orrientes ue evolu)ionan en el tiem&o. En la maor0a de los )asos la velo)idad de esta evolu)i/n torna im&osile su seguimiento )on los instrumentos de de#le7i/n o digitales de uso )orriente mult0metros o testers. ada la im&ortan)ia de la in#orma)i/n ue la evolu)i/n tem&oral de estas tensiones )orrientes rinda a)er)a del #un)ionamiento del )ir)uito a$o ensao, se desarroll/ un instrumento es&e)i es&e)ial al &ara &ara #a)ili #a)ilitar tar su oserv oserva)i a)i/n /n e#e)tu e#e)tuar ar medi)i medi)ione ones s de tensi/ tensi/n n tiem&o tiem&o** el os)ilos)o os)ilos)o&io. &io. El +s)ilos) +s)ilos)o&io o&io de :aos :aos ;at/di)o ;at/di)os s +:; +:; es el instrume instrumento nto )a&a9 )a&a9 de registrar los )amios de tensi/n &rodu)idos en )ir)uitos elé)tri)os
!ipos de se.ales* ?na se-al alterna de )orriente es auella )uo valor de am&litud tensi/n elé)tri)a var0a )on res&e)to al tiem&o, teniendo adem4s de ésta )ara)ter0sti)a un &eriodo ue es el tiem&o tiem&o ue tarde tarde ésta se-al se-al en volver volver a su valor valor de am&litud am&litud ini)ial ini)ial @ un )i)lo )i)lo , una #re)uen)ia ue es el nBmero de )i)los ue re)orre la se-al en un la&so determinado, )uando éste la&so es de un segundo la #re)uen)ia se mide en Hert9 o )i)los.
Adem4s la se-al tiene una #orma )ara)ter0sti)a, dentro de las m4s )omunes &odemos %allar* +ndas sinodales* Estas se-ales &ueden ser des)ritas mediante #un)iones del ti&o* CtDA)ostɸ 1 onde A es la am&litud o valor /&timo volta$e, ɸ es un 4ngulo de des#ase.
es la #re)uen)ia intensidad de la onda
w
+ndas )uadradas re)tangulares* Son auellas )om&uestas &or una serie de &ulsos &eri/di)os )uos valores &ueden ser A @A &ero nun)a valores intermedios
Se-ales triangulares*
Pulsos*
Uso del osciloscopio ?n os)ilos)o&io es un a&arato ue asa su #un)ionamiento en el uso de raos )at/di)os .:.;, un %a9 de ele)trones entra al tuo &or el )4todo &ara ser a)elerados &or una di#eren)ia de &oten)ial a&li)ada &or éste , luego son desviados &or una di#eren)ia de
&oten)ial entre dos &la)as %ori9ontales ue los distriue a lo largo del e$e verti)al, luego en el segundo &ar de &la)aslas verti)ales el %a9 es sometido a otra di#eren)ia de &oten)ial ue #inalmente las desv0a a lo largo del e$e verti)al=2>,=3>. Finalmente )uando el %a9 llega a la &antalla de #/s#oro el %a9 @)on sus res&e)tivas modi#i)a)iones )%o)a )ontra ésta generando radia)i/n visile lu9 ue sirve )omo un sistema de dete))i/n.
;uando solo se a&li)a di#eren)ia de &oten)ial a uno de los &ares de &la)as el %a9 a anali9ar llega a la &antalla )on una #orma &arti)ular )ono)ida )omo diente de sierra*
Esta #orma se dee a ue aunue la onda ue genera el %a9 de ele)trones var0a , el %e)%o de ue solo %aa di#eren)ia de &oten)ial en uno de los &ares de &la)as solo &ermite &er)iir la varia)i/n a sea a lo largo del e$e verti)al o del %ori9ontal.
Controles /(sicos del osciloscopio*
P+E:* Iot/n ue en)iende el os)ilos)o&io. KEK o KEKSL* &ermite a$ustar la intensidad )on la ue rillar4 el &unto sore la &antalla de #/s#oro. F+;?S* este ot/n sirve &ara a$ustar la nitide9 )on la ue se %a de visuali9ar la onda. P+S* &ermite variar la &osi)i/n en el e$e de la se-al mostrada.
ME<C o MEIASE* A$usta la es)ala de tiem&o a la ue se desea visuali9ar la onda a anali9ar el &er0odo de la se-al diente de sierra, el a$uste grueso de este ot/n mostrar4 la es)ala )orres&ondiente siem&re )uando el ot/n #ino esté en la &osi)i/n de )alirado, a ue de lo )ontrario la es)ala mostrada &odr0a no )orres&onder a la ue se eviden)ia en la &antalla. Algunos os)ilos)o&ios &ermiten un arrido adi)ional al de diente de sierra, alimentando al os)ilos)o&io )on una se-al e7terna, &ara &oder a))eder a este sistema de es)ala se dee &oner el ME<C en la &osi)i/n L. ;HAKKE8 ;HAKKE8 * Son un &ar de entradas &ara sonda ue &ermiten ue el os)ilos)o&io sea alimentado &or una se-al alterna, )ada entrada tiene*
a C+8<C o AMP8 ue &ermite ade)uar la es)ala de visuali9a)i/n de la se-al de alimenta)i/n ?na &alan)a ue )uenta )on tres o&)iones* i. ;* ue elimina la varia)i/n sinodal de la se-al de alimenta)i/n mostrando una l0nea %ori9ontal )on un valor igual a la am&litud de la se-al. ii. A;* Permite visuali9ar la se-al )on sus varia)iones. iii. GK* esa)tiva la entrada al )anal &ermitiendo al usuario #i$ar un )ero o &unto de re#eren)ia &ara medir. ) LP+S* Permite des&la9ar verti)almente la se-al oservada. CE:;A8 M+E* este ot/n &ermite visuali9ar la onda del )anal 1 , 2 o amas segBn esté en A8modo alternado, o ;H+Pmodo )%o&eado. a Modo alternado* En este modo el os)ilos)o&io reali9a un tra9o )om&leto sore la &antalla de lado a lado de la se-al del )anal 1 , luego tra9a la se-al del )anal 2 as0 su)esivamente. Modo )%o&eado* ra9a una &arte de la se-al 1 luego una &arte de la se-al 2 %asta )om&letar el tra9ado )om&leto vuelve a em&e9ar.
#enerador de se.ales* Es un a&arato ue mediante el uso de trans#ormadores variales )a&a)itores &ermite generar se-ales de diversos ti&os sinusoidales, triangulares, )uadradas, &ulsos, et)., adem4s de &ermitir variar tanto su am&litud )omo su #re)uen)ia =!>. Este a&arato )uenta )on las siguientes %erramientas* 1. ?n sele)tor &ara la #orma de la se-al sinusoidal, )uadrada triangular o de diente de sierra. 2. ?n &oten)i/metro o resisten)ia variale ue &ermite )ontrolar la am&litud de la se-al. 3. ?na serie de otones ue &ermiten sele))ionar la #re)uen)ia de la onda en magnitud de 1NOn , adem4s de un )ontrol #ino ue &ermite variar la #re)uen)ia a valores intermedios entre los de los otones. !. 8as sondas se %an de )one)tar sore los terminales +? GK &ara otener la se-al de salida.
Sondas de medida* Son )ales es&e)0#i)amente dise-ados &ara reali9ar el trans&orte de se-ales elé)tri)as )on la menor &ertura)i/n resisten)ia &osiles. 8a #a)ultad de una sonda &ara a#e)tar el )ir)uito de medida se llama e#e)to de )arga, este e#e)to se redu)e &or medio del uso de un )ondensador
variale atenuador &asivo ésta )a&a)idad de atenua)i/n se e7&resa en mBlti&los de 1N 1N,1NN,1NNN, et)..
$+ OB0E!IVOS
;ono)er a&render a usar el os)ilos)o&io. A&render a medir volta$es )on el os)ilos)o&io. A&render a medir tiem&os )on el os)ilos)o&io
-+ ME!ODOLO#1A 8o &rimero ue se %i9o durante ésta &r4)ti)a #ue visuali9ar el %a9 de ele)trones sore la &antalla )olo)ando el M<C en la es)ala ue &ermit0a medir tiem&os m4s largos, midiéndose el tiem&o ue el &unto rillante tardaa en re)orrer la &antalla de un e7tremo a otro )om&ar4ndolo )on el ue la es)ala de tiem&o mar)a. 8uego se )ami/ la es)ala %asta determinar %asta )u4l de estas se &od0a ver el des&la9amiento del &unto rillante. Se )one)t/ la sonda al os)ilos)o&io al generador se &ro)edi/ a )alirar el os)ilos)o&io tanto en su es)ala de am&litud de tiem&o de la siguiente #orma* Se us/ una se-al de am&litud QC )on una #re)uen)ia de 1RH9 en una es)ala de tiem&o de N,2ms una es)ala de volta$e de 2C<)m &or lo ue en el os)ilos)o&io de0a a&are)er una se-al )on ! )m de am&litud un &eriodo de )m lo )ual e#e)tivamente o)urri/. Se us/ una se-al sinusoidal de 1NNN H9 se oserv/ su &er0odo en una es)ala ue s/lo &ermitiera ver uno de éstos, &osteriormente se eligi/ una es)ala ue &ermitiera ver 1N &eriodos se volvi/ a medir el &eriodo. Finalmente se determin/ )ual era la es)ala m4s a&ro&iada se midi/ el volta$e &i)o a &i)o.
2+ RESUL!ADOS " AN3LISIS DE RESUL!ADOS* a 8a es)ala ue maor tiem&o &ermite medir es de N,2 segundos el &unto se demor/ a&ro7imadamente 2,13 segundos en ir de un e7tremo a otro. 8a le)tura sore el os)ilos)o&io se reali9a de la siguiente #orma*
Al elegir una es)ala de N,2 segundos )ada divisi/n de un )m indi)a N,2 segundos &or lo )ual )ada sudivisi/n de N,2 )m es de N.N! segundos. ) d
El des&la9amiento del &unto rillante se &uede oservar %asta una es)ala de ms. 8a es)ala de am&litud se logr/ )alirar. 8a es)ala de tiem&o se )alir/ )orre)tamente.
+KAS MEAS* Fre)uen)ia* 1 RH9, Am&litud* QC Es)ala de volta$e 2C<)m Es)ala de tiem&oms
N.2 1
Periodo oservado
Colta$e &i)o a &i)o
Periodos en &antalla
0,92ms
1T C
2
0,9ms
1T C
1N
N.
0,9ms
1T C
N.1
0,9ms
1T C
1
Se &udo oservar ue el valor del &eriodo no vari/ sino %asta ue %asta la es)ala es de N,2 ms, lo )ual indi)a la &re)isi/n del eui&o.
El &eriodo te/ri)o #ue 1 ms &or lo )ual el error &or)entual es de* EDUN,Vms1msU
Fre)uen)ia 1NN H9 ,Am&litud *1,VC
Es)ala de tiem&oms
Periodo oservado
Colta$e &i)o a &i)o
Periodos en &antalla
1
V.2 ms
3.Q
1
N.
V.2 ms
3.Q
N.
Para las dos es)alas usadas se &udo ver ue el &eriodo no vari/, &or lo ue se )on#irma ue la &re)isi/n del a&arato &ermane)e )onstante al menos &ara estas es)alas de tiem&o. El &eriodo te/ri)o #ue 1Nms &or lo ue el error &or)entual en la medi)i/n es de* EDUV,2ms1NmsU
4+ CONCLUSIONES* Y
Y
Y
El uso del os)ilos)o&io &ermite el an4lisis de se-ales ue &or medi)i/n dire)ta ser0an )asi im&osiles de medir deido a ue la &er)e&)i/n %umana la velo)idad de rea))i/n alterar0an signi#i)ativamente los valores medidos. Aunue el os)ilos)o&io es mu Btil, su margen de error aumenta a medida ue las ondas tienen &eriodos m4s &eue-os, esto deido a ue la e7a)titud de las ases de tiem&os tiene un &eue-o error la velo)idad de rea))i/n del os)ilos)o&io no es in#inita &or lo )ual %a un retraso en las ondas mostradas, adem4s de ue al medir los &eriodos no siem&re se sae el nBmero e7a)to de divisiones mostradas. ?na es)ala de medi)i/n de tiem&o es m4s ade)uada en la medida de ue &ermita ver una )antidad de &er0odos m4s )er)ana a 1 deido a ue la &er)e&)i/n a)er)a de la se-al es m4s a)orde a lo ue di)e la teor0a.
5+ BIBLIO#RAF1A* =1> ;re&aldo Z S)%iavon,s#. ntrodu))i/n al os)ilos)o&io. ngenier0a Ele)tr/ni)a. Ele)tr/ni)a AN!. %tt&*<<.#)eia.unr.edu.ar Sadiku K.+., 2NN!. Fundamentos de ;ir)uitos Elé)tri)os, 3ra Edi)i/n M)Gra Hill nterameri)ana =3 >+s)ilos)o&io, Agust0n Iorrero ;olomer. =!> Sadiku K.+.2NN3. Elementos de ele)tri)idad magnetismo, 3ra Edi)i/n, +7#ord ?niversit Press.
