REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA - MSc. … · Web viewRobert Resnick y David Halliday. Física. Parte 1 y 2. CIA. Editorial Continental, S.A. México D.F. Primera edición, cuarta

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICADE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

UNEFA NUCLEO MERIDA

LABORATORIO DE FÍSICA III

PRÁCTICA No. 2

ESTUDIO DEL OSCILOSCOPIO

Objetivos:• Aprender el manejo de un osciloscopio.

• Conocer las aplicaciones de un osciloscopio.

Materiales:

• Un Osciloscópio de dos haces• Un Generador de funciones• Un Multímetro• Un Reóstato de (3.3 kΩ).• Una Fuente de poder D.C./AC.

Aspectos teóricos:

Para la medición de voltajes y corrientes, en la mayoría de los casos se utilizan aparatos de medida que incluyen, dentro de su mecanismo, bobinas con agujas, espejos, entre otros y conforman la parte mecánica de los mismos. Sin embargo, la inercia de estas partes móviles es tan grande que dificulta la apreciación de las variaciones rápidas del torque. Por lo que se hace muy difícil, medir con estos instrumentos, los valores instantáneos de voltaje y corriente, conformándonos sólo con obtener valores medios o eficaces de estos parámetros.

Es por esta razón, que para lograr realizar la medida de los valores instantáneos de voltaje y corriente, con un alto grado de precisión, recurrimos al uso de un osciloscopio de rayos catódicos, que es un instrumento electrónico de medida mucho más versátil, que permite registrar valores instantáneos de tensión muy rápidamente.

El osciloscopio, además, puede ser utilizado para observar realmente diferentes formas de ondas de corrientes alternas, esto es posible gracias a que este dispositivo no posee partes mecánicas móviles, ya que el movimiento interno se realiza por un haz de electrones, lo que hace que la inercia sea despreciable, lo que lo hace ser un indicador ideal para cualquier voltaje que cambie violentamente o muy rápido.

LABORATORIO DE FÍSICA III Prática 2 Profesor: José Fernando Pinto Parra

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En la figura N° 1 se muestran las partes primordiales de un tubo de rayos catódico, El filamento F calienta el cátodo C, el cual emite electrones termoiónicos. Estos electrones son emitidos hacia el ánodo A: que tiene una forma cilíndrica y se mantiene a un potencial de varios cientos y miles de voltios con respecto al cátodo. Muchos de los electrones chocan contra el ánodo y contra la pantalla P, esta pantalla es de vidrio recubierto con una capa delgada de un material fluorescente, cuando los electrones chocan contra la pantalla, ella emite una luz verde fluorescente. La intensidad del punto de luz en la pantalla que está relacionada con la intensidad del haz de electrones se controla mediante una rejilla R situada entre el cátodo C y el ánodo A.

En el espacio entre el ánodo y la pantalla, los electrones pasan entre dos pares de placas, X e Y. Campos eléctricos entre las placas de cada par controlan las desviaciones horizontales y verticales del haz. Un campo entre las placas X produce una desviación horizontal, mientras un campos entre las placas y produce una desviación vertical. Debido a la inercia muy pequeña de los electrones, el haz es capaz de seguir casi instantáneamente a cualquier variación en los campos eléctricos producidos por voltajes aplicados en las placas.

Si no se aplica tensión a las placas de desviación, aparecerá un punto luminoso en el centro de la pantalla. Si ahora se aplica una tensión en las placas verticales de tal forma, que la placa superior es positiva, el punto luminoso en la pantalla se desplazará hacia arriba; si hacemos la placa superior negativa, el punto se desplazará hacia abajo. Si aplicamos una tensión alterna, el punto se desplazará hacia arriba y hacia abajo; la posición del punto en cualquier instante dependería del voltaje en éste mismo instante.

Si la tensión aplicada varía con una frecuencia mayor que diez ciclos por segundo, el punto en movimiento aparecerá como una línea continua a causa de la persistencia en la emisión de luz por la pantalla. Pero un haz delgado pasa por el ánodo. Para estudiar la forma de onda de la tensión aplicada, el punto luminoso debe moverse también horizontalmente, de tal forma que la onda se extiende sobre la pantalla. Eso se realiza conectando en las placas de desviación horizontal, una tensión que aumente gradualmente a una tasa constante hasta un valor máximo y de repente vuelva a cero. Se dice que este tipo de tensión tiene forma de “diente de sierra”, ver la figura N° 2.


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En consecuencia de su aplicación el haz de electrones se desplaza horizontalmente por la pantalla a una velocidad constante y después salta a su punto de partida. Él circulo electrónico que produce el voltaje de diente de sierra en el osciloscopio se llama circuito de barrido o base de tiempo. Esto nos permite obtener en la pantalla una figura que es exactamente la misma como la curva de tensión variable, aplicando a las placas verticales, en función del tiempo. La única condición que tiene que ser un periodo de voltaje aplicado. Un osciloscopio que tenga una tensión de desviación horizontal en diente de sierra expone la forma de onda de tensión aplicadas a las placas de desviación vertical.

Para medir voltaje, tensión o diferencia de potencial (DC y AC)Se observa en el osciloscopio una señal recta y se cuenta el número de divisiones y sub–divisiones entre la referencia hasta la señal y se utiliza la siguiente ecuación:

Donde:DV (Desviación Vertical) = Número de Divisiones y sub–Divisiones Verticales (Div.)FD (Factor de Desviación) = Posición del Desviación Amplitud (Vol./Div.)FA (Factor de Atenuación) = Valor de la Punta de Prueba

Para obtener la tensión Pico – Pico, utilizamos la misma ecuación.


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Para obtener la Tensión medida, se hace uso de la siguiente ecuación:

Esta tensión debe ser igual a la tensión que se mide con el teste o con el voltímetro, que es la tensión eficaz Veficaz.

Para la determinación del periodo se debe tomar en cuenta las divisiones y sub-divisiones horizontales o eje X entre los extremos de una señal la cual debe conformarse de una onda completa o ciclo completo, como se muestra en la Figura Nº 3 (desde 0 hasta 4) y se calcula por medio de la siguiente ecuación:

Donde:T = PeriodoDH = Distancia Horizontal (Div.)TB = Tiempo Base (Div./seg.)

Para realizar medidas de frecuencias, se hace uso de la Figura De Lissajous, se basa en la com-paración de una señal de frecuencia desconocida (generalmente aplicada al amplificador verti-cal) con otra señal standard de frecuencia conocida (aplicada al amplificador horizontal). La frecuencia standard se ajusta hasta que en la pantalla del osciloscopio aparece una elipse o un circulo indicandonos que ambas señales están a la misma frecuencia. Cuando no es posible ajustar la frecuencia standard al mismo valor que la frecuencia desconocida, la frecuencia stan-dard se ajusta a un múltiplo o sub-múltiplo de la frecuencia desconocida. En este caso en la pantalla aparece una figura estacionaria con un número determinado de picos según la dirección vertical y horizontal. Esta razón proporciona una medida de frecuencias.


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Cuando la frecuencia estándar en diferente a la frecuencia desconocida se aplica la siguiente relación:

Donde:Nv = Número de picos Horizontales. Nh =Número de picos Verticales. Fx = Frecuencia desconocida.F = Frecuencia standard

Pre Laboratorio:

1. Investigue sobre los controles que tiene un Osciloscopio.2. ¿Cuáles son las aplicaciones más frecuentes de un osciloscopio?3. Investigue sobre la importancia del uso del osciloscopio en las telecomunicaciones.4. Explicar qué son las figuras de Lissajous y el método para su uso.

Laboratorio:

1. Observe el osciloscopio con el que realizará la práctica y compare los controles con los que obtuvo en el pre laboratorio, explique las diferencias si las hay.

2. Medición de la tensión con corriente continua:1. Monte el siguiente circuito:


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2. Ajuste la fuente variable en 10 vol.

3. Varíe la tensión del reóstato en cinco valores diferentes, mida esta tensión en el Voltímetro y sucesivamente en el Osciloscopio, anote en la Tabla.

4. Calcule la tensión en el osciloscopio.

Vreostato Veficaz Vm

3. Medición de la tensión con señales sinusoidales:

1. Monte el siguiente circuito:

2. Ajuste la tensión de entrada Vt en 5 valores diferentes hasta un máximo de 15 vol.

3. Mida para cada caso con el Voltímetro y Osciloscopio la tensión pico a pico., anote los resultados en la Tabla.

4. Calcule la tensión en el osciloscopio.


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4. Medición del período:

1. Se monta el circuito anterior pero con un generado de frecuencias.2. Ajuste la amplitud de la fuente (Fi) para 5 valores diferentes de frecuencia (para

cada caso ajuste la velocidad de barrido (TIME BASE) en forma apropiada en el osciloscopio).

3. Mida la distancia Horizontal para cada caso (Número de divisiones horizontales).4. Calcule el periodo para cada caso utilizando la ecuación correspondiente Anote los

resultados en la tabla.

5. Obtención de las figuras De Lissajous :

1. Monte el siguiente circuito:

2. Regule la frecuencia del generador hasta que obtenga una elipse, lo mas estable posible. Para esto puede utilizar el control de señal fina en el generador, trate de dibujar la secuencia de figuras que se producen.

3. A continuación forme todas las sucesiones de posibles, empiece poniendo una frecuencia de 50 Hz para cada generador, luego aumente en múltiplos enteros este valor para un solo generador y dejando fija la otra señal. Dibuje cada figura que se forme. ¿Por qué la figura no es estable en el osciloscopio?


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4. Para cada figura encuentre la relación .

5. Complete la siguiente tabla:

ω1

(Hz)ω2

(Hz)

5050

50

50

50

Bibliografía

1. Robert Resnick y David Halliday. Física. Parte 1 y 2. CIA. Editorial Continental, S.A. México D.F. Primera edición, cuarta impresión de 1982.

2. Arthur J. Lyon. Dealing with Data. Pergamon Press. Primera edición de 1970. González Zaida y Miliani Lilian. Laboratorio I de Física: TEORÍA. Editorial El Viaje del Pez, Venezuela. Primera edición, primera impresión, 1999.

3. Tippens. Física, conceptos y aplicaciones. Editorial Mc Graw Hill. Quinta Edición.4. Alfonso M., Finn Y. : Física, vol.1 Cap. 9 – 12.5. Laboratorio de Física: Facultad de Ciencias, Departamento de Física.6. Rufus P. Turner: Mediciones Eléctricas.


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