República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para La Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica De la Fuerza Armada Bolivariana Núcleo-Maracay
Asignatura:
Integrantes:
Laboratorio de Física II
Muñoz, Joan C.I.19604055
Profesor:
Velásquez. Josman C.I: 20110177
Miguel Carrasco
Zambrano, Héctor C.I: 20244041 Sección IC.303
Maracay, 24 de Junio de 2011
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ÍNDICE. Contenido
Pagina
Objetivos del Experimento
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Marco teórico
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Materiales y Equipos a Usar
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Descripción de los Equipos
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Montaje
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Procedimiento Experimental
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Cálculos Experimentales
15 a la 16
Análisis de Resultados
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Conclusión
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Bibliografía Consultada
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OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO.
Lo primordial en esta práctica es como conocer más a fondo el uso del osciloscopio conjuntamente con el generador de señales, teniendo en cuenta desde el inicio que debemos considerar al osciloscopio como un instrumento de medición, por lo tanto en esta experimentación nos proponemos a lograr: Adquirir habilidad en el uso y operación del osciloscopio conjuntamente con el generador de señales. Emplear ambos instrumentos para medir tensiones y frecuencias.
Emplear el generador de señales para emitir una señal de salida o frecuencia especifica. Realizar los cálculos pertinentes a la experimentación en desarrollo los cuales serán asignados por el profesor. Estos 4 objetivos son en los cuales nos enfocaremos principalmente para realizar las experiencias necesarias para tener dominio pleno en el uso del osciloscopio para realizar experiencias futuras y además de adquirir experticia para tener la capacidad de utilizar cualquier otro osciloscopio y generador de señales.
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MARCO TEÓRICO. El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Por ejemplo en el caso de los televisores, las formas de las ondas encontradas de los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante su análisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento. Estos son uno de los instrumentos más versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche Sabiendo en que el osciloscopio es un instrumento de medida, y por tanto, cualquier manipulación que se haga en los controles del mismo no afecta a la señal. Sin embargo, las modificaciones que se hagan en el generador sí afectan a la señal. La pantalla del osciloscopio presenta unas divisiones mayores (que corresponden a las cuadrículas) además de unas subdivisiones menores en los ejes principales que corresponden a 1/5 del tamaño de una de las divisiones mayores (es decir, a 0.2 partes de las divisiones mayores). Cualquier medida que se haga consistirá siempre en determinar cuántas divisiones y subdivisiones “ocupa” la señal (igual que medir con una regla). No obstante, a diferencia de lo que pasa con una regla, las escalas del osciloscopio pueden variarse mediante los mandos de control (números 10, 24 y 30). De este modo, se puede controlar la escala de voltaje y de tiempo para ajustarla al “tamaño” de la señal y así optimizar su visualización. La manera óptima de visualizar una señal en el osciloscopio es ampliando al máximo la parte de la señal que se quiere medir. El error cometido en la medida es siempre la subdivisión mínima (0.2 divisiones) convertida en Unidad de tensión o de tiempo (según lo que se esté midiendo). Por ejemplo, si la escala es de 2 V/div, el error de una medida será: Ejemplo:
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Teniendo en cuenta que para algunos es primera vez que realizan la operación del instrumento, y por consiguiente debemos tener en cuenta una serie de definiciones que serán de vital en el trascurso de la práctica.
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Terminología Fundamental Previa a la Realización de la Experimentación.
Existe un término general para describir un patrón que se repite en el tiempo: onda. Existen ondas de sonido, ondas oceánicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas de tensión. Un osciloscopio mide estas últimas. Un ciclo es la mínima parte de la onda que se repite en el tiempo. Una forma de onda es la representación gráfica de una onda. Una forma de onda de tensión siempre se presentará con el tiempo en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje vertical (Y).
La forma de onda nos proporciona una valiosa información sobre la señal. En cualquier momento podemos visualizar la altura que alcanza y, por lo tanto, saber si el voltaje ha cambiado en el tiempo (si observamos, por ejemplo, una línea horizontal podremos concluir que en ese intervalo de tiempo la señal es constante). Con la pendiente de las líneas diagonales, tanto en flanco de subida como en flanco de bajada, podremos conocer la velocidad en el paso de un nivel a otro, pueden observarse también cambios repentinos de la señal (ángulos muy agudos) generalmente debidos a procesos transitorios.
Tipos de ondas. Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes: Ondas senoidales Ondas cuadradas y rectangulares Ondas triangulares y en diente de sierra. Pulsos y flancos o escalones.
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Ondas Senoidales.
Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal son también senoidales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales senoidales. La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenómenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo. Ondas Cuadradas y Rectangulares.
Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de señales contienen en sí mismas todas las frecuencias). La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales. Ondas Triangulares y en Diente de Sierra.
Se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico o el barrido tanto horizontal como vertical de una televisión. Las
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transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas.
La onda en diente de sierra es un caso especial de señal triangular con una rampa descendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente.
Pulsos y Flancos o Escalones.
Señales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan señales transitorias. Un flanco o escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaría, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital o también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones. Generador de señales. Un generador de señales es un instrumento que proporciona señales eléctricas. En concreto, se utiliza para obtener señales periódicas (la tensión varía periódicamente en el tiempo) controlando su periodo (tiempo en que se realiza una oscilación completa) y su amplitud (máximo valor que toma la tensión de la señal). Típicamente, genera señales de forma cuadrada, triangular y la sinusoidal, que es la más usada. Sus mandos de control más importantes son: Selector de forma de onda (cuadrada, triangular o sinusoidal) Selector de rango de frecuencias (botones) y de ajuste continuo de éstas (mando rotatorio) La lectura de la frecuencia en el mando rotatorio es tan sólo indicativa. La medida de tal magnitud debe realizarse siempre en el osciloscopio.
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Mando selector de amplitud sin escala. La amplitud debe medirse en el osciloscopio. Atenuador de 20 dB, que reduce en un factor 10 la amplitud de la señal generada (no en todas las fuentes). Este mando suele encontrarse en la parte trasera del generador. Mando DC-offset, que permite ajustar el nivel de continua de la señal. Este mando suele encontrarse también en la parte trasera del generador. El generador presenta dos salidas con conectores tipo BNC: la salida de la señal (OUTPUT) y otra salida que da una señal estándar llamada TTL (es una señal cuadrada de control)
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DISEÑO EXPERIMENTAL.
Materiales y equipos a utilizar: Osciloscopio Generador de señales. Cables para conectarlos
Descripción de los equipos:
Osciloscopio
El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.
A primera vista un
osciloscopio se parece a una pequeña televisión portátil, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor número de controles que posee. Consiste en un tubo de vidrio al vacío que dirige un haz de rayos catódicos (electrones) a diversas partes de una pantalla; además de dos pares de placas paralelas, uno en sentido vertical y el otro en horizontal.
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Generador de señales
Un Generador de Funciones o señales es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasonidos y servo.
Montaje Generador de señales
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Osciloscopio
Montaje de la Práctica (osciloscopio y generador de señales)
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Procedimiento Experimental A continuación se explicará de manera detallada los pasos que se tienen que realizar para llevar a cabo con éxito esta práctica: Experiencia 1 Paso1: Se procede a pedir un osciloscopio,
luego un generador de
señales y unos cables para conectarlos. Paso2: Se enciende el generador de señales y se selecciona el tipo de señal que queremos, luego se prende el osciloscopio y se calibra, después en el mismo osciloscopio observamos para poder ver las señales que nos transmite. Paso3: Se observan cada una de las señales visibles en la pantalla del osciloscopio. Paso4: Asignar a cada uno de los integrantes del grupo una función específica a la hora de tomar los datos.
Paso4: Proceder a medir la frecuencia de salida. Paso5: Determinar el número de ciclos de la onda. Paso6: Realizar los cálculos del tiempo entre divisiones. Paso7: Luego de cumplir con todos los pasos anteriores procedemos a calcular el periodo y por último la frecuencia.
Experiencia 2 Variación de voltaje Paso1: Realizar la medición de la altura de la onda.
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Paso2: Medición del voltaje. Paso3: Una vez obtenidos los datos de manera experimental, el grupo procederá a realizar los cálculos correspondientes a esta práctica, para que de esta manera se pueda obtener el resultado solicitado.
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CALCULOS EXPERIMENTALES.
Parte I. 1) Generador de Señales:
2) Osciloscopio:
3) Calculo de Errores de la Frecuencia: (
Dónde: ( Error Absoluto| |
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Error Porcentual( (
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Error Relativo ( (
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Parte II 1) Variación del Voltaje:
Análisis de Resultados Obtenidos:
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Conclusión. En esta práctica se nos enseñó el funcionamiento del osciloscopio y el modo de utilizarlo así como lo práctico que es para resolver algún problema electrónico en cuestión de funcionamiento. En estos aparatos podemos ver la frecuencia el tiempo y el valor del voltaje de la señal, el osciloscopio como herramienta es muy útil. Es muy importante y necesario saber trabajar con los instrumentos de laboratorio o por los menos conocer sus nombres, como se utiliza y si es posible el error de apreciación de cada uno de ellos para así facilitar el trabajo y adquirir de manera más rápida y satisfactoria los conocimientos y experiencias de la práctica. Es preciso tener clara la forma de contar los picos, y a cuál señal representan, ya que esto puede traer complicaciones al momento de obtener los
resultados
y arrojaría
por
nuestra
parte
graves
equivocaciones,
convirtiéndose esto en un error ilegítimo. Más aún se puede perder valioso tiempo en tratar de contarlos sin éxito. Es necesario comprender que el osciloscopio posee una pantalla con un sistema de coordenadas donde se representa la posición de un punto producto de un haz de electrones emitidos por un cátodo y desviados por placas horizontales y verticales, que dependiendo de la tensión recibida por el osciloscopio se desviaran en menor o mayor medida. Visualizar la desviación vertical y horizontal en las experiencias nos permite ver la influencia de un voltaje aplicado al osciloscopio que hace que un haz de electrones se desvié por consecuencia de un campo eléctrico generado internamente. Esto unido a la diversidad de controles del osciloscopio, como de apreciación, calibración y utilidades adicionales nos permiten tener una medición correcta y confiable. Tener los cuidados respectivos, como la intensidad utilizada, la calibración debida y considerar la apreciación del instrumento nos facilitara mucho más la medición.
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Bibliografía Consultada.
Raymon A Serway y John W, Jewett Jr Física II 6ta edición. http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/generador.htm
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