LABORATORIO DE FISICA
Grupo N°:
FECHA:
INGENIERÍA ELÉCTRICA
/
HOJA
/
Nombre y Apellido:
FACULTAD POLITÉCNICA - UNE
LABORATORIO DE FISICA II
Equipos de Mediciones Eléctricas
Experiencia: 1
Ciudad del Este - 2025
1
LABORATORIO DE FÍSICA
Grupo N°:
FECHA:
INGENIERÍA ELÉCTRICA
/
HOJA
/
NOMBRE Y APELLIDO:
OBJETIVOS
Que el alumno se familiarice de manera simulada con los instrumentos electrónicos, osciloscopio
✔
y con el generador de funciones. Aprender su principio de funcionamiento, la manera correcta de
conectarlo, aprender a usarlo correctamente para evitar errores de manera física, aprender a leer los
distintos tipos de onda y las mediciones que necesitamos.
✔
Familiarizarse con los equipos del laboratorio
MATERIALES
▪
▪
Osciloscopio
Generador de funciones
Potenciómetro
Led
Fuente de CC
▪
1 punta de osciloscopio
▪
1 punta de generador de funciones
▪
▪
▪
MARCO TEÓRICO
Osciloscopio.
Es un instrumento de visualización electrónica muy útil para la representación gráfica de señales
eléctricas que pueden variar respecto al tiempo.
Este aparato presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla en la
que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La
imagen así obtenida se denomina oscilograma.
Funciones del osciloscopio:
▪
Determinar directamente el periodo, voltaje y frecuencia de una señal.
▪
Identificar si la señal tiene partes que sean AC o DC.
▪
Determinar averías.
▪
Determinar si en la señal hay ruido y en que parte se localiza si lo hay.
Partes del osciloscopio
Se pueden identificar a simple vista tres partes en todos los osciloscopios.
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Figura 1, Osciloscopio
▪
▪
▪
Pantalla.
Un canal de entrada por las cuales se introduce la diferencia de potencial a medir.
Una base de tiempos.
Se clasifican según su funcionamiento interno en analógicos o digitales.
Osciloscopios analógicos.
Son aquellos que trabajan directamente con la señal aplicada que a su vez es amplificada, desvía un haz
de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor.
La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical de un tubo de rayos catódicos utilizando
un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable mientras que a las placas de
desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra denominada así porque, de forma repetida,
crece suavemente y luego cae de forma brusca. Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador
apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse
a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.
Figura 2, esquema del osciloscopio analógico.
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En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega
a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los
electrones.
Ocurrirá una desviación en el haz de electrones si se aplica una diferencia de potencial a las placas de
desviación, lo cual ocasiona que en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, se dibuja una
línea recta horizontal en la pantalla y luego se vuelve al punto de partida y si se aplica a las placas de
desviación vertical, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo,
dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión
aplicada.
Este osciloscopio tiene limitaciones como por ejemplo: las señales deben ser periódicas para ver una
traza estable, las señales muy rápidas reducen el brillo, las señales lentas no forman una traza y sólo se
pueden ver transitorios si éstos son repetitivos.
Osciloscopios digitales.
Éstos osciloscopios han desplazado a los analógicos en gran medida por una principal razón, que los
osciloscopios digitales tienen la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o
pantalla LCD.
Su principal característica es la frecuencia de muestro, que determina el ancho de banda máximo que
puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en millones de muestra por segundo (MS/s).
En estos osciloscopios la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital que al
depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al
máximo.
Tienen facilidades como lo son:
▪
▪
▪
▪
Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal
Medida de flancos de la señal y otros intervalos
Captura de transitorios
Cálculos avanzados como la FFT para calcular el espectro de la señal y también sirve para medir
señales de tensión.
Tipos de onda
Ondas senoidales.
Es la forma más generalizada y responde a la corriente de canalización generada en las grandes plantas
eléctricas del mundo. Representa el valor de la tensión de la AC a través de un tiempo continuamente
variable.
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Poseen propiedades matemáticas interesantes, por ejemplo, con combinaciones de señales senoidales de
diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda.
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. Usualmente son utilizadas para probar amplificadores debido a
que estás señales contienen en sí mismas todas las frecuencias. La televisión, radio y los ordenadores
utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes o temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales intervalos en los que la tensión
permanece a nivel alto o bajo.
Son particularmente de suma importancia para analizar circuitos digitales.
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Ondas triangulares y en diente de sierra.
Estas ondas se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como por ejemplo el
barrido horizontal y vertical de una televisión ó el barrido horizontal de un osciloscopio analógico.
Las transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante, denominadas
rampas.
La onda dientes de sierra es una onda triangular con una rampa descendente de mucha más pendiente
que la rampa ascendente y se considera un caso especial de señal.
Pulsos y flancos.
Un flanco o escalón es una señal transitoria que solo se presenta una vez e indica un cambio repentino
en el voltaje, por ejemplo, cuando se conecta un interruptor de alimentación.
El pulso es una señal transitoria que al igual que el flanco se presenta solo una vez. Representa un bit
de información atravesando un circuito de un ordenador digital o un pequeño defecto en un circuito
como podría ser un falso contacto momentáneo. También indicaría que se ha conectado un interruptor
de alimentación y en un determinado tiempo se ha desconectado.
Generador de señales.
Producen voltajes de AC en intervalos seleccionados de frecuencia y señales variables en el dominio del
tiempo para posteriormente ser aplicados en el circuito que se desee estas señales pueden ser diversos
tipos de formas de onda, como senoidales, cuadradas, triangulares o dientes de sierra.
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Trabajan en un rango de frecuencias desde menos 1 Hz hasta muchos miles de MHz.
Tienen otras aplicaciones, por ejemplo pueden ser la calibración de equipos, rampas de alimentación de osciloscopios, etc.
a) 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) (Fig. 1, nº 1).
-Selector de rango de frecuencias (botones) y de ajuste continuo de éstas (mando rotatorio) (Fig.1, nº
2). La lectura de la frecuencia en el mando rotatorio es tan sólo indicativa. La medida de talmagnitud
debe realizarse siempre en el osciloscopio.
-Mando selector de amplitud sin escala (Fig. 1, nº 3). 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) (Fig.1, nº
4) y otra salida que da una señal estándar llamada TTL (es una señal cuadrada de control) (Fig. 1, nº 5).
b) Osciloscopio.
Es un aparato que nos permite visualizar tensiones eléctricas que varían en el tiempo. Cuando una señal
de tensión es aplicada al terminal de entrada (INPUT) del osciloscopio, en la pantalla del mismo
aparecerá una representación gráfica de la tensión en función del tiempo (siempre que los mandos de
control del osciloscopio estén bien ajustados). Normalmente, los osciloscopios sólo permiten visualizar
señales que son periódicas en el tiempo, pero esto es suficiente en la inmensa mayoría de las
aplicaciones.
El osciloscopio no sólo permite visualizar la señal, sino también medir su periodo y su
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amplitud. Para ello se utilizan las escalas horizontal y vertical situadas en la pantalla. Los mandos
adyacentes (figura 2, véase anexo) nos indican a qué cantidad de tiempo o de tensión equivalen cada
una de las divisiones de dicha escala.
El osciloscopio dispone de un sistema llamado Base de tiempos. Consiste en que, cuando el dibujo de
la señal llega al final de la pantalla, comienza de nuevo a dibujarse desde el principio de la misma.
Naturalmente, para que el nuevo punto de partida de la señal coincida con el primero, el tiempo que se
tarda en dibujar la pantalla completa debe ser un múltiplo entero del periodo de la señal. Sin embargo,
esto no siempre ocurre, lógicamente. Por ello existe un control llamado TRIGGER. Éste obliga a la
base de tiempos a “esperar” hasta que la señal alcance la posición de partida para volver a dibujarla.
El resto de los principales mandos del osciloscopio se detallan en el esquema presentado en el anexo.
Es importante comprender que estos controles no modifican en absoluto la señal que se está
observando. El osciloscopio es simplemente un instrumento de observación inactivo.
Es como una lupa, que nos permite ver grandes las cosas pequeñas, pero eso no significa que las
agrande realmente.
Para introducir la señal en el osciloscopio se utilizan las Sondas. Éstas se conectan a los conectores
BNC, la pinza se conecta a tierra y la punta al punto del conductor donde se quiera visualizar la
tensión. La sonda tiene un selector con las posiciones ⋅ 1 y ⋅ 10. En la posición ⋅ 10 divide la amplitud
de la señal por un factor 10, y por tanto hay que multiplicar por 10 la lectura que se haga en el
osciloscopio.
Uso del osciloscopio y generador de funciones
La práctica fue llevada a cabo mediante simulaciones es Multisim, fueron necesarios colocar los
siguientes elementos: Agilent Function Generator, Tektronics Osciloscope. Posteriormente se conectaron
adecuadamente de la siguiente manera.
Como tomar las mediciones.
Para tomar las mediciones de manera correcta primero se debe seleccionar el tipo de señal que se necesita
con cualquiera de estos íconos:
así como también configurar el valor de
la frecuencia que se requiera
y voltaje (amplitud)
. Una vez configuradas las magnitudes
se conecta el generador de señales al osciloscopio en cualquiera de los distintos canales que tiene, en este
caso se conecta al canal 1.
Hay dos maneras de realizar las mediciones. Para realizarlas de manera manual se selecciona del
osciloscopio la opción “cursor”.
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Después se selecciona el tipo de medición que se necesita en la opción “type”, se puede seleccionar
voltaje, frecuencia, entre otras. Se posicionan los cursores moviendo las perillas “position” que indican
si es el cursor 1 o el cursor 2 hasta dejar los cursores en la posición indicada en los puntos que se realizará
alguna medición, en este caso voltaje. Para medir el tiempo mediante los cursores estos cambian de
posición horizontal a vertical.
La otra manera más exacta y automática de medir es utilizando la opción “mesure”. Este procedimiento
es más sencillo ya que sólo presionamos el botón “mesure” y el canal al que se le desea tomar la medición.
Una vez seleccionado el canal aparece el tipo de medición que se desea hacer “type” y en ese botón
presionamos hasta obtener la medición requerida, puede ser frecuencia, periodo, voltaje mínimo o
máximo, etc.
Procedimiento
PARTE I
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1.-Prender el generador de funciones y conectar la punta de generador en la ranura de "output".
2.-Con los botones de RANGE esocoger una frecuencia de 50 KHz.
3.- Prender el osciloscopio y conectar la punta de osciloscopio en la entrada.
4.- Una vez conectada la punta se procede a la calibración del osciloscopio la punta negra a tierra y la
otra a la señal cuadrada que genera el mismo osciloscopio.
5.-Se conecta la punta de osciloscopio a la punta de generador de funciones tierra con tierra y positivo
con positivo.
6. Con el generador de funciones se presiona el botón de una señal senoidal.
7.- usando el osciloscopio se presiona auto/set para poder observar la señal senoidal que genera.
8.-Presionando measure se podrá observar los datos.
9.- Para poder ver otros datos que no se vean moviendo la perrila Multipurpose y presionando la perrila
escogemos voltaje pico-pico.
10.-jugar con las perillas de posicion y scale para poder observar de una forma diferente la señal que se
muestra en el osciloscopio.
Parte II
1II
Variar las mediciones para ondas cuadradas y senodidales anotar las mediciones en la Tabla I y
Tabla I(Onda senoidal)
Voltaje( ) Frecuencia( Periodo( )
)
0.5V
50.03KHz 20u s
1V
50KHz
20u s
1.5V
50KHz
20u s
2V
50KHz
20u s
2.5V
50KHz
20u s
Valor Pico a
Pico( )
0.5
1
1.5
2
2.5
Valor Máximo(
)
224mV
480mV
700mV
960mV
120mV
Valor RMS(
)
174.36mV
347.61mV
516.5mV
685.57mV
855.5mV
Tabla II(Onda cuadrada)
Voltaje( ) Frecuencia( ) Periodo( )
Valor Máximo( Valor RMS(
Valor
)
)
Pico a
Pico( )
0.5V
50.03KHz
20u s
0.5
244.00mV
241.93mV
1V
50KHz
20u s
1
504.00mV
485.5mV
1.5V
50KHz
20u s
1.5
800.00mV
776.14mV
2V
50KHz
20u s
2
1.06V
1.03V
2.5V
50KHz
20u s
2.5
1.24V
1.20V
2Grafica una de la mediciones realizadas. Elige Una e indica valor pico pico, valor máximo,
valor rms, frecuencia, periodo, Voltaje.
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CONCLUSIÓN
La práctica permitió familiarizarnos con el uso del generador de funciones y el osciloscopio,
comprendiendo la relación entre ambos equipos y su aplicación en la visualización de señales eléctricas.
Se generó una señal senoidal de 50 kHz con el generador y, mediante la conexión adecuada y la
calibración del osciloscopio, se logró observar la forma de onda en pantalla. Además, se utilizaron las
funciones de auto/set, measure y las perillas de escala y posición para obtener mediciones como el voltaje
pico a pico y analizar la señal de diferentes formas.