INFORME FINAL N°4

NOMBRE Y APELLIDOS: Anthony Llanto Quiroz

CURSO: Laboratorio de circuitos eléctricos I

PROFESORA: Judith Betteta

SECCION: O

CUESTIONARIO:

1. Hacer un resumen de la función y principales usos del osciloscopio en electricidad y electrónica.

Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo.

Osciloscopio analógico

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.

La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando

TIME-BASE. El retrasado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.

De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal repetitiva).

En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.

Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:

La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.

La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.

Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.

Osciloscopio digital

Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico.

El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos muestrea la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.

Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de señal. El número de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro. La sección de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la señal.

Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un pre disparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.

Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL ,el mando TIMEBASE así como los mandos que intervienen en el disparo.

Uso del osciloscopio:

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir.Para medir se lo puede comparar con el plano cartesiano.El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, mili voltios, micro voltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. (En realidad se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia).

2. Dibujar las señales observadas en cada circuito y explicar la relación con las mediciones hechas con el multímetro. Explicar la definición de valor medio y eficaz.

Rectificadora de media onda:

Onda de entrada:

Onda rectificadora de media onda:

Vmax=4.9 V

entrada Vcc Vaccon osci 0 V 3.56 V

con multimetro -0.00142 V 3.47 V

Rectificador de onda completa:

Onda de entrada:

Onda completa:

Vmax=3.91 V

entrada Vcc Vaccon osci 0 V 3.53 V

con multimetro -0.00139 V 3.51 V

Valor medio:

Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos los valores instantáneos de tensión (o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo.

En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con los negativos. Vm =0

Valor eficaz:

El valor eficaz se define como el valor de una corriente (o tensión) continúa que produce los mismos efectos calóricos que su equivalente de alterna. Es decir que para determinada corriente alterna, su valor eficaz (Ief) será la corriente continua que produzca la misma disipación de potencia (P) en una resistencia(R). Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:

Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna sinusoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:

El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida por una carga.

3. Cuál es la influencia de la frecuencia para las mediciones de los valores eficaces y promedio en el multímetro.

Como observamos en la siguiente fórmula para hallar el valor eficaz y medio.

Valor medio:

Valor eficaz:

El multimetro marca los siguientes valores:

V ef=V max√2

Como se observa no influye la frecuencia.

En el caso del valor medio, si hay influencia de la frecuencia porque en los gráficos que nos han salido no son senoidales en todo su periodo, por eso en este caso del experimento realizado el valor medio si es afectado por la frecuencia.

4. Investigar sobre las limitaciones en frecuencia del osciloscopio, así como sus demás características de operación (Zin B.W., VPP max, etc).

Limitaciones en frecuencia de un osciloscopio:

Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. Para solucionar este problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal (trigger level) o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada. Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla. Esto se soluciona colocando un potencial post-acelerador en el tubo de rayos catódicos. Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Ateniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza. Otra forma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer toda la pantalla, y por ende pueden visualizarse señales de baja frecuencia pero se verá un punto desplazándose

través de la pantalla debido a que la persistencia fosfórica no es elevada. Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede utilizarse un osciloscopio con base de tiempo disparada. Este tipo de osciloscopio tiene un modo de funcionamiento denominado "disparo único".

Características de un osciloscopio:

Los términos definidos en esta sección nos permitirán comparar diferentes modelos de osciloscopio disponibles en el mercado.

Ancho de Banda

Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).

Tiempo de subida

Es otro de los parámetros que nos dará, junto con el anterior, la máxima frecuencia de utilización del osciloscopio. Es un parámetro muy importante si se desea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de señales poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas). Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos que el suyo propio.

Sensibilidad vertical

Indica la facilidad del osciloscopio para amplificar señales débiles. Se suele proporcionar en mV por división vertical, normalmente es del orden de 5 mV/div (llegando hasta 2 mV/div).

Velocidad

Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo que nos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele ser del orden de nanosegundos por división horizontal.

Exactitud en la ganancia

Indica la precisión con la cual el sistema vertical del osciloscopio amplifica ó atenúa la señal. Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error.

Exactitud de la base de tiempos

Indica la precisión en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. También se suele dar en porcentaje de error máximo.

Velocidad de muestreo

En los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisición de datos (específicamente el conversor A/D). En los osciloscopios de calidad se llega a velocidades de muestreo de Mega muestras/sg. Una velocidad de muestreo grande es importante para poder visualizar pequeños periodos de tiempo.

En el otro extremo de la escala, también se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar señales de variación lenta. Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el número de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda.

Resolución vertical

Se mide en bits y es un parámetro que nos da la resolución del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisión se convierten las señales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Técnicas de cálculo pueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio.

Longitud del registro

Indica cuantos puntos se memorizan en un registro para la reconstrucción de la forma de onda. Algunos osciloscopios permiten variar, dentro de ciertos límites, este parámetro. La máxima longitud del registro depende del tamaño de la memoria de que disponga el osciloscopio. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de forma muy rápida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir más tiempo en muestrear la señal completa.

5. La amplitud de entrada es diferente a la amplitud de salida ¿A qué se debe? ¿En qué caso esta diferencia es mayor? ¿Por qué?

En la figura anterior se nota que la amplitud de entrada es mayor a la amplitud de salida, y eso se debe a que en el momento de realizar el experimento, los materiales como la resistencia de que es la única que consume potencia, por ello le quita voltaje a la onda generada, en consecuencia la onda de salida decrece su voltaje como amplitud.

Datos de experimento:

Media onda:

Amplitud de entrada : 5 V

Amplitud de salida : 4.9 V

Onda completa:

Amplitud de entrada : 5 V

Amplitud de salida : 3.91 V

6. Investigar sobre formas de medir frecuencia con el ORC. Como las figuras Lissajouse, base de tiempo calibrado, la rueda dentada, etc.

Figuras de lissajouse:

Medición de frecuencia y Fase con el modo X-Y:

Para realizar esta medición se emplean 2 señales, una para producir un barrido horizontal y otra para producir una deflexión vertical. La condición para este método es que las dos señales sean senoidales puras y que la relación de frecuencia entre las mismas sea un número entero a fin de poder observar una figura estática.

La relación de frecuencias Fx y Fy se puede determinar dibujando las tangentes horizontales y verticales a las curvas y contando los puntos de tangencia, tanto horizontal como vertical.

También se pueden utilizar estas figuras para determinar la relación de fase entre dos ondas senoidales de la misma frecuencia. Lo mismo que en el caso de las mediciones de frecuencia, una de las señales se aplica a la entrada vertical y la otra a la entrada horizontal del osciloscopio.

Base te tiempo

Cambiar la base de tiempo es muy útil en un osciloscopio pues ayuda a visualizar cualquier señal que se mida de manera que se pueda “estirar” o “encoger” su presentación a lo “ancho” de la pantalla (horizontalmente)

Cuando se ve una señal en la pantalla del osciloscopio, se puede medir su periodo contando el número de cuadrículas o divisiones que hay a lo largo del eje horizontal.

(El periodo es la “distancia” que se mide sobre una señal periódica, desde un punto cualquiera hasta sobre ella hasta que este punto se vuelva a repetir).

Una vez contadas las divisiones, se multiplican por la escalaescogida para cada división.

Ejemplo: Midiendo un periodo. Si tengo 5 divisiones de 10 milisegundos, el periodo es de 50 milisegundos y la frecuencia es:f = 1/T = 1/50 x 10-3 = 20 Hertz

Si se mide otra señal de una frecuencia muy diferente, es necesario hacer un ajuste a la escala horizontal (la base de tiempo), de manera que se obtenga la mejor visualización de la señal en la pantalla.

¿Cómo se cambia la base de tiempo?

Para cambiar la base de tiempo en un osciloscopio, se utiliza una perilla de control llamada Time / Div. (tiempo por división).Ver la figura

Esta perilla de control, que es la parte negra que rodea el círculo rojo, escoge para este osciloscopio en particular una escala que va desde 0.2 u Seg. Hasta 0.2 Seg. Por división.

7. Observaciones, conclusiones y recomendaciones de la experiencia realizada.

Observaciones:

En este experimento pude observar las diversas aplicaciones del osciloscopio digital ; en la medición de los valores eficaces, valores medios y la medición de la frecuencia de una manera indirecta. Durante el experimento se pudo observar con ayuda del osciloscopio digital la característica de la función de salida media onda y onda completa y tambien hacer las siguientes mediciones:

Determinar el periodo y el voltaje de una señal.

Determinar indirectamente la frecuencia

Medir la fase entre 2 señales

Comprobar que los datos teóricos se asemejan a los datos experimentales.

Conclusiones:

El osciloscopio grafica los cambios de amplitud de una señal con respecto al tiempo, por lo tanto permite determinar amplitud, periodo, nivel DC entre otras características.

Se aprendió a calibrar el osciloscopio, pues no hacerla nuestros datos serian diferentes.

Se verifica las características del diodo como rectificador.

8. Mencionar 3 aplicaciones prácticas de la experiencia realizada completamente sustentadas.

Un osciloscopio, también llamado un oscilógrafo, y conoce informalmente como un

alcance, CRO, o DSO, es un tipo de instrumento de prueba electrónico que permite la

observación de las tensiones de señal que varía constantemente, por lo general como un

gráfico de dos dimensiones de una o más diferencias de potencial eléctrico el uso de la

vertical o eje y, trazada como una función de tiempo. Muchas señales pueden ser

convertidas a tensiones y mostradas de esta manera. Las señales son a menudo periódicas

y se repiten constantemente, de manera que múltiples muestras de una señal que es en

realidad variando con el tiempo se muestran como una imagen estable. Muchos

osciloscopios también pueden capturar formas de onda que no se repite durante un

tiempo especificado, y muestra una pantalla continua del segmento capturado.

Osciloscopios se utilizan en las ciencias, la medicina, la ingeniería y la industria de las

telecomunicaciones. Instrumentos de propósito general se utilizan para el mantenimiento

de equipos electrónicos y de laboratorio. Osciloscopios para usos especiales se pueden

usar para fines tales como el análisis de un sistema de encendido del automóvil, o para

mostrar la forma de onda del pulso como un electrocardiograma. Algunos programas de

sonido de la computadora permite que el sonido que se escuchaba que se mostrará en la

pantalla de un osciloscopio.

Osciloscopios portátiles

Osciloscopios portátiles son útiles para muchas aplicaciones de prueba y servicio de campo. Hoy en día, un osciloscopio de mano es por lo general un osciloscopio de muestreo, usando una pantalla de cristal líquido.

Los osciloscopios tradicionales son la estructura que se muestra en la figura de la derecha. En esta estructura, en las mediciones de varios canales, todas las señales de entrada deben tener el mismo voltaje de referencia, y la referencia por defecto común es la "tierra". Si no hay un preamplificador diferencial o aislador de señal externa, este osciloscopio escritorio tradicional no es adecuado para mediciones flotantes.

Comparando el osciloscopio aislamiento y el osciloscopio tradicional, referencias de voltaje internos del osciloscopio aislamiento no están conectados entre sí, de modo que cada punto de referencia de los canales de entrada debe estar conectado a la tensión de referencia.

No es el nivel de referencia de tierra real del osciloscopio de mano, así como se muestra arriba, referencia de tierra para los distintos módulos pertenece a tierra virtual, y la tensión de referencia del canal del osciloscopio se basa directamente en la tensión de entrada de la pinza de la sonda.