Informe Final Osciloscopio

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Mediciones de corriente alterna y uso de osciloscopio. 1. Objetivos:   

Utilizar el voltímetro para medir voltaje AC. Usar adecuadamente el generador de señales. Usar adecuadamente el ORC (osciloscopio) para medir voltajes frecuencias y ángulos de diferencia de fase en un circuito.

2. Equipos y materiales:      

Transformador de alimentación de 220/12 AC 2 generadores de señales de audiofrecuencia 1 multimetro analógico. Condensador de 0.1 µF 1 bobina de 36 mH. 4 cables coaxiales.

3. Cuestionario final: 1. Explique si respecto a los datos de la tabla 1 existen diferencias entre voltajes medidos y calculados. Tabla 1

Mediciones de las resistencias Valor teórico Valor Practico 2.7Ω 2.7 Ω 1.3 Ω 1.3 Ω 329 Ω 330 Ω

R1 R2 R3

OPERANDO LA INTEGRAL

Puntos de medida V(total) VR1=2.7k VR2=1.3k VR3=330

Valor eficaz(rms) (A) Valor Valor teórico medido 6V 6.18V 3.74V 4.022V 1.794V 1.977V 0.454V 0.487V

Valor pico (A0) Valor teórico 8.74 5.289 1.537 0.642 Pag.1

Valor medido 10 6 3 0.8

Valor pico a pico (2*A0) Valor Valor teórico medido 17.48 20 10.548 12 5.074 6 1.234 1.6

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E LECTROTECNIA Es claro que existen diferencias entre los valores medidos y calculados pero son mínimas casi despreciables (en decimas) por ello vale decir que las formulas se aproximan mucho a los valores calculados experimentalmente. Para el cálculo de los valores nuestro grupo acudió a la ley de Ohm en dicho circuito:

R1=2.7k .. .. .. .. .. ..

I=1.386mA R2=1.3k ..

generador de señales(6volts)

R3=229

Tabla 2

Generador de señales 60Hz 1KHz 5KHz Transfor 6volts Transfor 12 volts

Periodo (s) 0.0175 0.0004 0.0195 0.0165 0.01753

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Frecuencia (Hz) 58.824 111.11 5128.21 60.6 58.824

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fv = (nh/nv)*fh

Tabla 3

Figuras de lissajouss(ORC) Generador de señales

nv

nh

fh

fv

60 Hz 120 Hz 180 Hz 240 Hz 20Hz 90Hz

1 1 1 1 1 2

1 2 3 4 3 3

60 120 180 240 20 90

60 60 60 60 60 60

Grafico de 60 Hz

Grafico de 120 Hz

Grafico de 180Hz

Grafico de 240Hz

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E LECTROTECNIA Grafico de 20Hz

Grafico de 90Hz

Tabla 4 (capacitador) se sabe por formula

θ°= desplazamiento por 360°/periodo de referencia.

Valores medidos en el ORC Generador de señales 600 Hz 1200Hz

Canal I

Periodo de la señal de referencia(s) 16,5. 10-4 7,4.10-4

Desplazamiento de la onda con respecto a la señal de referencia 0,35. 10-3  0.16. 10-3 

Canal II

Para el cálculo del Angulo en las figuras de lissajouss : A=distancia menor y B= distancia mayor es lo que se uso en la experiencia para calcular el Angulo de desfasaje

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Angulo de la diferencia de fase(radianes) 5,775.10-7 1,184.10-7

Ambos

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θ°= desplazamiento por 360°/periodo de referencia.

Tabla5 (bobina) se sabe por formula

Valores medidos en el ORC Generador de señales 600 Hz 1200Hz

Periodo de la señal de referencia(s) 17. 10-4 7,6.10-4

Canal I

Desplazamiento de la onda con respecto a la señal de referencia 0.01. 10-3  20. 10-6 

Canal II

Angulo de la diferencia de fase(radianes) 0,17.10-7 152.10-10

Ambos

Medida de Angulo de diferencia por medio de las figuras de lissajouss

Capacitador 600Hz 1200Hz

A 4.6 2

B 4.7 2.2

θ°=arcsen(A/B) 78.159° 65,38°

Bobina 600Hz 1200Hz

A 0.2 0.4

B 4.2 4

θ°=arcsen(A/B) 2.7° 5.7°

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E LECTROTECNIA 2. Describa los controles (sistema de visualización, sistema vertical, sistema horizontal, sistema de disparo). Que presenta el osciloscopio usado en la práctica. 2.1 Sistema de visualización. El tubo de rayos catódicos (T.R.C.) es lo que comúnmente denominamos pantalla, aunque no solo está compuesto de ésta sino que en el interior tiene más partes. El fundamento de estos tubos es igual al que vimos al hablar de la televisión. Su principal función es que permite visualizar la señal que se está estudiando, utilizando para ello sustancias fluorescentes que proporcionan una luz normalmente verde.

En la pantalla aparecen un conjunto de líneas reticuladas que sirven como referencia para realizar las medidas. Dichas líneas están colocadas sobre la parte interna del cristal, estando así la traza dibujada por el haz de electrones y la cuadrícula en el mismo plano, lo cual evita muchos errores de apreciación. Según el modelo de osciloscopio la cuadrícula que se utiliza puede ser de un tamaño o de otro. Algunos de los más comunes son de 8 x 10, 10 x 10, 6 x 10, etc. Además de las divisiones principales representadas por la cuadrícula, normalmente suele haber otras subdivisiones que son utilizadas para realizar medidas más precisas.

2.2 Sistema horizontal. Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema de barrido horizontal. Por ejemplo si el mando esta en la posición 1 msg/div significa que cada una de las divisiones horizontales de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representan 1 milisegundo. Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 200 µsg. El osciloscopio presentado puede visualizar un máximo de 2 sg en pantalla (200 msg x 10 divisiones)  y un mínimo de 100 nsg por división, si empleamos la Amplificación (0.5 µsg / 5).

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E LECTROTECNIA 2.3 Sistema vertical Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema vertical. Por ejemplo si el mando está en la posición 2 voltios/div significa que cada una de las divisiones verticales de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representan 2 voltios. Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 0.4 voltios. La máxima tensión que se puede visualizar con el osciloscopio presentado y con una sonda de 10X será entonces: 10 (factor de división de la sonda) x 20 voltios/div (máxima escala) x 8 divisiones verticales = 1600 voltios. En la pantalla se representa una señal de 1Vpp tal como la veríamos en diferentes posiciones del conmutador.

2.4 Sistema de disparo: Sentido Este control consta de un conmutador en forma de botón que permite invertir el sentido del disparo. Si está sin pulsar la señal se dispara subiendo (flanco positivo +) y si lo pulsamos se disparará bajando (flanco negativo -).Es conveniente disparar la señal en el flanco de transición más rápida.

2.5 Sistema de disparo: Nivel

Se trata de un potenciómetro que permite en el modo de disparo manual, ajustar el nivel de señal a partir del cual, el sistema de barrido empieza a actuar. Este ajuste no es operativo en modo de disparo automático.

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E LECTROTECNIA 3. Explique las ventajas y desventajas de usar el osciloscopio como voltímetro de corriente alterna. 3.1 Ventajas: Una de las principales ventajas del uso del osciloscopio es que es un instrumento que nos permite calcular el periodo de una onda sinusoidal asociada a una tensión que varia en el tiempo e indirectamente también podemos calcular la frecuencia de esa onda mediante la rel ación f=1/T. También nos permite calcular el valor pico, valor que nos arroja el voltímetro de modo directo.

3.2 Desventajas: Entre sus desventajas podemos decir que al momento querer calcular la tensión o el periodo no va a ser tan preciso como un voltímetro digital ya que v a a estar incluido el error de medición por parte de la persona que mide al momento de contar los cuadrados por el método enseñado en clase. Otra desventaja es que una persona requiere más conocimientos del manejo de un osciloscopio, a comparación del manejo de un voltímetro. También entre las desventajas del osciloscopio es su portabilidad.

4. ¿Cuándo se produce un cambio de fase en un circuito?

Fase La fase se puede explicar mucho mejor si consideramos la forma de onda senoidal. La onda senoidal se puede extraer de la circulación de un punto sobre un circulo de 360º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360º.

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E LECTROTECNIA Cuando se comparan dos señales senoidales de la misma frecuencia puede ocurrir que ambas no estén en fase, o sea, que no coincidan en el tiempo los pasos por puntos equivalentes de ambas señales. En este caso se dice que ambas señales están desfasadas, pudiéndose medir el desfase con una simple regla de tres: Siendo t el tiempo de retraso entre una señal y otra.

5. ¿Qué es un circuito capacitivo puro? ¿Qué es un circuito inductivo puro? Circuito inductivo puro. Un circuito puramente inductivo seria el conformado únicamente por un inductor con un voltaje en sus terminales y es que en un inductor puro el ángulo de l a corriente esta 90 grados en atraso con respecto al voltaje. el cálculo en un circuito puramente inductivo sería l a de la reactancia inductiva que es la resistencia al paso de la corriente por parte del inductor y su impedancia que sería la resistencia representada como la forma fasorial de la reactancia inductiva el voltaje y la corriente fasorial se calcula transformando el valor de la inductancia a impedancia y aplicando la ley de ohm.

Circuito capacitivo puro. Si un condensador es alimentado con tensión alterna, se va cargando y descargando periódicamente, por la línea va circulando una intensidad alterna, dicho proceso significa una inversión en el sentido de la corriente que tiene lugar cuando la intensidad i pasa por cero.El paso de i por el punto cero indica el final del proceso de carga del condensador. (éste estará cargado al final de la semionda (+) de la curva i, para el valor de cresta + Ep y al final de la semionda negativa para el valor de cresta -Ep). Al final del proceso de descarga (condensador descargado) la corriente será máxima ( Ip) y la tensión nula.-

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E LECTROTECNIA La intensidad de corriente que circula por el condensador lleva un adelanto de fase de un ángulo de π/2 radianes o 90º con respecto a la tensión que se aplica al mismo. La corriente alcanza su máximo valor un cuarto de ciclo más rápido de lo que tarda el voltaje en llegar a su máximo valor. a). El diagrama de vectores que corresponde a este circuito nos demuestra en la figura b) que la corriente en un capacitor está siempre adelantada 90o del voltaje aplicado.

En un circuito de c.c. un condensador se carga una sola vez, a continuación actúa como una resistencia infinita cortando la corriente.. En un circuito de c.a. el condensador conduce una intensidad alterna que va evolucionando de tal manera que la tensión creada en el condensador por la carga eléctrica, puede equilibrar en cada instante la tensión de línea entonces esa contra tensión del condensador que crea la carga actúa como correctora de la intensidad y viene a ser una resistencia. ,

6. Explique el método para voltajes y frecuencias. 6.1 Para el voltaje:

Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla. Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal. Podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. (recordar queuna subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo que represente una división completa). Es importante quela señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el conmutador del amplificador vertical.

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6.2 Para la frecuencia. Para medir la frecuencia, desde el osciloscopio, primero tenemos que medir el periodo de la señal. Este se hace multiplicando el número de cuadros horizontales que ocupa un ciclo por la escala en que esté la base de tiempo. Importante es que las medidas sean precisas que los atenuadores, tanto de la base de tiempo como del amplificador vertical, estén en posición Off. Y para saber la frecuencia solamente tendremos que hallar el inverso del periodo. La unidad de medida de la frecuencia es el Hercio (Hz). T= nº de cuadros x T/Div (Seg.)

F= 1/T (Hz)

7. Explique el método de medición del periodo mediante las figuras lissajous. En este caso vamos a usar los 2 canales del osciloscopio, conectando una señal a cada uno. Luego de esto, en cada canal se va a poder apreciar una gráfica correspondiente a cada señal, como se ve en las figuras: Canal 1

Canal 2

Luego de esto colocamos el selector en X-Y del amplificador horizontal, haciendo esto aparecerá lo siguiente:

Aplicamos la fórmula fv = ( nh/ nv) * fh Donde:











fh es la frecuencia de la señal conectada al canal 1 (conocida) fv : es la frecuencia de la señal conectada al canal 2 ( periodo que se quiere hallar) nh : puntos de tangencia de la figura de lissajouss con el eje x nv : puntos de tangencia la figura de lissajouss con el eje finalmente la el periodo será: Tv = 1/fv.

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E LECTROTECNIA 8. Explique el método de medición de diferencia de ángulo de fase mediante las figuras de lissajouss.

Las figuras de Lissajous pueden observarse en la pantalla del osciloscopio con el modo x-y (pulsando la tecla 5), de esta forma la señal del canal I se representa en el eje vertical y la del canal II en el eje horizontal. Los diagramas siguientes son los resultados de dos señales de la misma frecuencia con ángulos de desfase de 0º, 35º, 90º y 180º. Para hallar el ángulo de desfase entre las dos señales se mide las distancias a y b (segundo ejemplo correspondiente a 35º) y se realiza el siguiente cálculo:

sen φ = a/b;

φ = arcsen a/b

9. Dar conclusiones. 







Las medidas de voltaje se pueden realizar con nuestro multimetro pero también con el osciloscopio. Primeramente se debe realizar los cálculos con el osciloscopio y luego hallaremos el voltaje Eficaz. Es claro que podemos usar el osciloscopio para poder hallar el valor pico y luego el valor pico a pico. Aprendimos a hallar frecuencias y periodos con el uso adecuado del osciloscopio mediante las figuras de lissajouss.

10. Bibliografía. http://jogomez.webs.upv.es/material/osciloscopio.htm#desfase http://www.fisicapractica.com/capacitivos-alterna.php http://jogomez.webs.upv.es/material/osciloscopio.htm#desfase http://www.fisicapractica.com/capacitivos-alterna.php

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