Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio Operación y aplicación del osciloscopio Objetivos: Obtener el desfasamiento entre señales de la frecuencia por los métodos de muestreo y Lissajous Utilizar un osciloscopio con dos canales y una base de tiempo Antecedentes Teóricos El osciloscopio es un instrumento cuya principal ventaja es la visualización de eventos y fenómenos eléctricos, a tal grado que es indispensable en muchas áreas de la ingeniería, tanto en el trabajo cotidiano (mantenimiento preventivo y su versatilidad como instrumento de medición, que es tal su versatilidad como instrumento de medición, que es muy difícil precisar límites a sus aplicaciones. Existen diversas formas para definir lo que es un osciloscopio, sin embargo, una de las más aceptadas es la siguiente: “Osciloscopio es un instrumento capaz de presentar en una gráfica luminosa (tipo XY) dos diferencias de potencial, esto es, una en el eje X y otra en el eje Y”. Es importante tener en cuenta que el osciloscopio solo presenta gráficas de voltaje y que las variables comúnmente medidas son: Voltaje, Tiempo y Corriente, de manera que para medir variables tales como: Velocidad, Presión, Temperatura, Fuerza, etc., es necesario emplear transductores adecuados que conviertan cualquier variable física en potencial eléctrico. Los elementos principales de un osciloscopio son los siguientes: TUBO DE RAYOS CATODICOS (TRC) Es el elemento de salida del instrumento, dado que en su pantalla se presentan los trazos luminosos.
Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio AMPLIFICADOR VERTICAL La señal que se desea analizar se introduce por el canal vertical procesándola hasta llegar a las placas verticales. Esto produce el desplazamiento vertical del haz electrónico emitido por el cañón del TRC. Para obtener el tubo vertical adecuado en la pantalla esta sección cuenta con amplificadores y atenuadores que son controlados en forma externa para el usuario. AMPLIFICADOR HORIZONTAL Esta sección provoca el desplazamiento horizontal del haz de electrones, es decir, barre a la pantalla de izquierda a derecha a una frecuencia seleccionada por medio de la perilla externa del generador base de tiempo. La señal de barrido se procesa hasta llegar a las placas horizontales como un DIENTE DE SIERRA aplicando con esto, incrementos iguales de voltaje a intervalos de tiempos iguales, condición necesaria para obtener desplazamientos iguales en tiempos iguales en la pantalla. MATERIAL Y EQUIPO EMPELADO Cantidad 1 1 1 1 1
Descripción Osciloscopio de doble trazo (con modo X,Y) Generador de funciones Tableta experimental Resistor de 4.7K Capacitor de 0.1 F
Atención Para la realización de esta práctica es necesario utilizar el manual de operación del osciloscopio.
Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio Desarrollo Experimental Medición de desfasamiento por los métodos de muestreo y Lissajous a. Implemente el circuito de la figura 1. Seleccione una señal senoidal en el generador de funciones con una amplitud de 8 volts de pico a pico y una frecuencia de 100Hz
Figura 1. Circuito experimental para medir el desfasamiento entre dos señales. b. Aplique las dos señales al osciloscopio tal como se muestra. Selecciones el modo muestreado (CHOPPER) y coloque el control de la fuente de disparo (TRIGGER SOURCE) en el canal (CH1). Con esto la señal de referencia será la introducida por el canal 1. c. Ajuste el factor de sensitividad vertical (VOLT/DIV) de ambos canales para obtener la misma amplitud. d. Por medio del control de la base de tiempo (MIN TIME/DIV) y su control de calibración referencia de tal forma que aparezca un ciclo completo en ocho divisiones horizontales. De esta manera la resolución de cada cuadro es de 45 grados.
Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio Si es necesario use los controles respectivos (POSITION) para centrar las señales en la pantalla. (Figura 2)
Figura 2. Ejemplo de adelanto en fase F de una señal (CH2) con respecto a una señal de referencia (CH2)
e. Mida la distancia entre los puntos de cruce con el eje central horizontal de las dos señales. Usando la relación siguiente calcule la diferencia de fase: Defasamiento (d1)(d 2)(180)
Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio
Figura 3. Ejemplo de adelanto en fase F de una señal (CH2) con respecto a una señal de referencia (CH1).
Modo muestreado con F=100 Hz.
Modo XY con F=100 Hz.
Modo muestreado con F=1000 Hz.
Modo XY con F=1000 Hz.
Pr谩ctica 11 Operaci贸n y Aplicaci贸n del Osciloscopio
Modo muestreado con F=10000 Hz.
Modo XY con F=10000 Hz.
Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio
Obviamente la relación anterior debe ser modificada de acuerdo a la nueva resolución. Repita el procedimiento anterior para las frecuencias especificadas en la tabla 1. Anote los resultados calculados y dibuje las señales observadas en la escala respectiva de las figuras anteriores. Recuerde reportar si la señal en el canal 2 está adelantada o desfasada con respecto a la referencia. Lo anterior se obtiene trazando una línea vertical que una puntos particulares a ambas señales (figura 3) observando cual señal toma primero el valor más positivo dentro de sus pendientes positivas. Si la señal a analizar (CH2) es más positiva, significa que está adelantada con respecto a la señal de referencia. En caso contrario, la señal está atrasada. Valores de desfasamiento obtenidos en diversas frecuencias.
forma experimental para
Frecuencia Desfasamiento Muestreado (V-T) Lissajous (X-Y) 100 Hz 1000 Hz 10 000 Hz
Cambie el osciloscopio al modo X-Y con el mismo circuito experimental de la figura 1. Obtenga las curvas de Lissajous. Dibuje las formas de onda resultantes de la gráfica respectiva de las figuras anteriores y calcule el desfasamiento para las frecuencias especificadas en la tabla 1. El método de Lissajous establece la expresión siguiente para determinar el ángulo de desfasamiento entre dos señales:
Práctica 11 Operación y Aplicación del Osciloscopio
B
F ArcSen A
Donde A y B son los parámetros especificados en la forma de onda resultante. Si la pendiente es positiva el ángulo está entre 0 y 90 grados y si la pendiente es negativa el ángulo está entre 90 y 180 grados.
Figura 4. Figuras de Lissajous para medir el desfasamiento entre dos señales.