FÍSICA III CICLO II /2011

LABORATORIO No. 6EL OSCILOSCOPIO Y EL GENERADOR DE SEÑALES

I. OBJETIVOS:

Que el estudiante teniendo el equipo y la asesoría necesaria:

1. Use adecuadamente el osciloscopio y el generador de señales.2. Mida con el osciloscopio señales de voltaje en un circuito.3. Mida el período y determine la frecuencia de una señal.

II. INTRODUCCIÓN.

Uno de los instrumentos más versátiles en la medición de señales de voltaje es el OSCILOSCOPIO; él presenta en pantalla la señal con todas sus características; como son: forma, amplitud y período. Cuenta con una diversidad de escalas para medir el voltaje y período. A través de la relación 1/período se puede calcular la frecuencia de la señal. También se utilizarán en este laboratorio el GENERADOR DE SEÑALES, este aparato produce señales cuya forma es senoidal, triangular y cuadrada.

III. ACTIVIDADES PRE-LABORATORIO

Para un mayor aprovechamiento de la práctica es necesario investigar un poco sobre el manejo del osciloscopio y el generador de señales; es por ello que a continuación se anexa alguna información básica sobre el osciloscopio modelo UNAOHM G4020 y el generador de señales EM135N, que son los instrumentos que se utilizarán.

IV. INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE EL OSCILOSCOPIO UNAOHM-G4020

La figura 1 muestra la vista frontal del osciloscopio UNAOHM G4020 con los diferentes controles y conectores, los que se describen a continuación.

1. POWER: Interruptor para el encendido y apagado del aparato.

2. INTENSITY: Controla el brillo o intensidad del trazo.

3. FOCUS: Sirve para obtener un trazo definido y claro en la pantalla.

4. BEAM FIND: Sirve para localizar la señal, cuando esta no se ve en la pantalla. Al presionar el botón la señal aparece e indica si está arriba o abajo de la línea de referencia.

UNIVERSIDAD DE EL SALVADORFACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURAUNIDAD DE CIENCIAS BÁSICAS

Lab. Nº 6. El Osciloscopio y El Generador de Señales Física III. Ciclo II/11

5. COMP-TEST: Entrada del probador de componentes (ver Nº 20)

6. CHI o Y: Entrada de la señal para el canal I ó para el eje "Y" cuando se usa el modo de operación "X - Y".

7 y 8 DC-GND-AC: Selecciona el modo de conexión de entrada para CHI (7) y CHII (8).DC: Todas las señales son conectadas al atenuador.GND: La señal de entrada es conectada y el atenuador se aterriza.AC: Bloquea las señales DC de la entrada y solo pasan las señales AC al atenuador.

9. CHII o X: Entrada de la señal para el canal II o para el eje "x", cuando se usa el modo de operación "X - Y".

10 y 11 CHII VOLT/DIV.: Selecciona la escala de CHI y CHII respectivamente, para medir el voltaje. El control VAR (12) debe estar en la posición "calibrado" (CAL).

12 y 14 VAR: Girando completamente el VAR en sentido contrario a las agujas del reloj, se llega a la posición de "calibrado" (CAL) y en sentido contrario se incrementa la sensitividad 5 veces, pero descalibra la escala VOLT/DIV.

13 y 15 POS I – POS II: Ajuste De posición de la señal para el canal I y II, respectivamente. En el modo de operación X - Y al eje vertical y horizontal respectivamente.

16. CHI/CHII: Selecciona el canal a utilizar. Sin presionar opera el canal I, presionado opera el canal II.

17. MONO/DUAL: Presenta dos trazos o un trazo en la pantalla. Botón sin presionar: Presenta la señal de uno de los canales. Botón presionado: Presenta la señal de los dos canales en forma simultánea.

18. ALT/CHOP: Este botón tiene dos funciones:

1) Cuando lo presionamos y los demás de modo vertical están sin presionar, la señal que se presenta en la pantalla es la suma de las señales del canal I y II.

2) Cuando estos botones y MONO/DUAL se presionan entonces se presenta en la pantalla la señal de los dos canales.

19. NORM-INVERT: Presenta la señal I normal o invertida; combinado en ALT/CHOP ( I + II ) puede sumar o restar las señales de entrada.

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20. CT: (Probador de componentes) Se utiliza cuando se desea probar componentes tales como: FETS, Transistores, diodos, etc. El componente a probar se conecta en el terminal COMP/TEST(5).

21. TIME /DIV: Controla la escala del tiempo. El control VAR (24) debe estar en la posición CAL.

22. X - Y: Presionando este botón, la señal presentada en la pantalla es el resultado de la combinación de la señal CHI y CHII. En la coordenada "Y" el canal I, y en la coordenada "X" el canal II.

23. HOLD - OFF: Sirve para estabilizar la señal de pantalla.

24. VAR: Sirve para calibrar la escala de tiempo.

25. X - POS: (Pull x 10) Sirve para desplazar la señal en forma horizontal.

26. CALIBRATION (CAL): Provee una onda cuadrada de 0.2 V a 1 kHz para calibrar el osciloscopio.

Figura 1. Osciloscopio

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INFORMACION BASICA DEL GENERADOR DE SEÑALES EN 135N

La figura 2 muestra la cara frontal del generador de funciones EM 135N. A continuación se indican algunos controles y su significado.

1. POWER ON: Interruptor de encendido - apagado.

2. FREQUENCY Hz: Multiplicador de frecuencia de salida. El número señalado en el dial (3), multiplicado por el factor del botón presionado, da la frecuencia de salida.

3. CONTROL DE FRECUENCIA: Varía el valor de la frecuencia en forma continúa.

4. WAVEFORM: Selector de la forma de la señal de salida.

5. AMPLITUDE: Controla la amplitud de la señal de salida.

8. HI: Terminal de salida (positiva).

9. LO: Terminal de salida (Negativa).

10. TERMINAL ATERRIZADOR: Se conecta a cualquiera de los terminales de salida (HI, LO). Cuando ninguna terminal de salida es aterrizada, la señal de salida es flotante.

Figura 2. Generador de señales

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V. MATERIAL Y EQUIPO.

1 Osciloscopio UNAOHM G40201 Generador de funciones EM 135N 3 Resistencias.1 Fuente de tensión DC.2 Conectores3 Resistencias (R1, R2, R3)1 Tablero perforado

VI. PROCEDIMIENTO.

PARTE I. CALIBRACIÓN DEL OSCILOSCOPIO

a) En el osciloscopio, para encenderlo, presione la tecla POWER (Nº 1 en figura 1). b) Conecte la punta de prueba (ver figura 3) del osciloscopio) al conector CAL,

señalado en la figura 1 con el Nº 26, el cual provee una onda cuadrada de 0.2 voltios a una frecuencia de 1 khz, o sea con un período de 1 ms (figura 4). Revisar que en la punta de prueba este el interruptor en X1.

c) Colocar el conmutador ( Nº 7 en figura 1) en la posición GND. Girar el control Y – POS I (Nº 13) y hacer coincidir la línea con el origen.

d) Ponga el conmutador ( Nº 7) en la posición DC.

e) Ponga el control CH I Volt/DIV (Nº 10) en la posición 0.1 Volt/DIV

f) Coloque el control TIME/DIV (Nº 21) en 0.5 ms/DIV.

g) Con el control VAR-CAL (color rojo y Nº 12 en figura 1) ajuste la amplitud de onda a 0.2 Volt. (Figura 4)

h) Con el control VAR-CAL, de la parte superior y también de color rojo (No. 24 en figura 1), ajuste la frecuencia de la onda a 1 kHz. Para ello, observe que en la figura 4, dos divisiones horizontales representan un período de la onda cuadrada, y con f = 1/T, se obtiene la frecuencia. Después de calibrado el osciloscopio se procede a tomar las medidas, teniendo presente que los controles números 12 y 24 (los rojos) no deben manipularse durante el uso del aparato.

Figura 3. Punta de prueba del osciloscopio

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Figura 4

MEDIDA DE DIFERENCIA DE POTENCIAL DC.

a) Revisar que el selector de la punta de prueba esta en la posición X1 (figura 3)

b) Ponga en la posición GND el selector No. 7

c) Ajuste Y – POS I (control No. 13) de forma que el nivel de referencia (voltaje cero) coincida con una línea horizontal del cuadriculado de la pantalla.

d) Ponga en la posición DC el selector No. 7.

e) Ajuste VOLT/DIV a un rango apropiado, según la cantidad que se espera medir.

Ejemplo.

Para la figura 5, si el selector CH I VOLT/DIV (Nº 10) esta ubicado en 2V/DIV el voltaje medido se obtendrá así: 2 (V/DIV) x 2.5 div = 5 V. Si el interruptor de la punta de prueba está en la posición X10 el valor medido es 10 veces mayor que el calculado (50 V).

FIGURA 5

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f) Arme el circuito de la figura siguiente y aliméntelo con 4.0 VDC.

Figura 6.

g) Mida la diferencia de potencial en los terminales de cada resistor y anote los resultados en la tabla 1. Continúe hasta completar la tabla

Nota: En el control CH I VOLT/DIV seleccione el rango apropiado para cada lectura.

(V) 4.0 V 6.0 V

Tabla 1

h) Al finalizar las medidas, apague y desconecte la fuente DC.

PARTE II. MEDIDA DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL AC, PROPORCIONADA POR EL GENERADOR DE SEÑALES

PREPARACIÓN

Las tres formas de señal (senoidal, triangular y rectangular) que puede proporcionar el generador se pueden visualizar en la pantalla del osciloscopio. En el generador de señales se puede establecer una onda con una determinada frecuencia, y una amplitud de señal que será medida en voltios con el osciloscopio. Ver teclas Nº 4, control Nº 3, teclas Nº 2 y control Nº 5 de la figura Nº 2 (carátula del generador) y la información sobre la función de cada uno de ellos.

El osciloscopio lo preparamos así:

a) Seleccione el rango apropiado en el selector CH I VOLT/DIV. Por ejemplo colóquelo en 1(esto puede ser cambiado posteriormente, para leer con comodidad la diferencia de potencial.

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b) Coloque el selector AC-GND-DC en la posición AC del CH1.

c) Encienda el osciloscopio y ajuste la posición vertical Y-POS con una línea de la cuadrícula, la cual servirá de referencia. A continuación conecte (mediante los cables ya instalados) el terminal positivo del generador al terminal positivo de la punta de prueba del osciloscopio, el negativo del generador al negativo de la punta de prueba.

Generación de la señal:

a) Encienda ahora el generador de señales, presionando la tecla POWER ON (Nº 1 en figura 2).

b) Genere la señal que se muestra en la figura 7 así: Forma de onda triangular, frecuencia aproximada 500 Hz (selector Nº 3, en 2.5 y tecla selectora de frecuencias en 100); para la amplitud, mueva la perilla AMPLITUDE (nº 5 en figura 2) hasta lograr en la cuadrícula de la pantalla del osciloscopio 2 divisiones verticales.

c) La diferencia de potencial AC de pico a pico (Vpp) puede ser obtenida de la forma siguiente:

Al ver la figura 7, si el selector VOLT/DIV (escala vertical)del osciloscopio está en 5 VOLT/Div, al contar el número de divisiones en la dirección vertical se obtiene 2 DIV.

Entonces Vpp = 5 VOLT/DIV x 2 DIV. = 10 V.

Figura 7.

MEDIDA DEL PERIODO DE UNA ONDA

a) El período de la onda se obtiene multiplicando el número de divisiones, que se obtiene contando las divisiones en la dirección horizontal para una onda completa, observadas en la pantalla del osciloscopio, por el valor indicado en el selector TIME/DIV. Así:

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Si el selector TIME/DIV (escala horizontal) está en la posición 2 ms/DIV y el número de divisiones contadas en la dirección horizontal para una onda completa es 2.

Entonces el período (T) de la onda mostrada en la figura anterior es: T= 2 ms/DIV x 2 DIV = 4 ms = 4 x10-3 s. Y la frecuencia (f) será: f = 1/T = 1/(4 x 10-3 s) =250 Hz.

b) Arme el circuito de la figura siguiente, utilice el generador de señales como fuente y aplique una onda seno de 300 Hz, Vpp = 8V.

Figura 8

c) Tome las medidas de diferencia de potencial y período, calcule las frecuencias. Complete la tabla 2.

DIFERENCIAS DE POTENCIAL, VPP

(V)T (s) f (HZ)

V12

V23

V34

V13

TABLA 2

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