PRÁCTICA VIRTUAL I. OSCILOSCOPIO VIRTUAL. 2º Estudio de composición de señales armónicas simples:

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1 PRÁCTICA VIRTUAL I. OSCILOSCOPIO VIRTUAL Esta `práctica consta de dos partes: 1º Características y Funcionamiento del osciloscopio 2º Estudio de composición de señales armónicas simples: 2.1. En la misma dirección y frecuencia ligeramente diferente 2.2. En direcciones perpendiculares. 1. CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO DEL OSCILOSCOPIO Objetivos. El principal objetivo de esta práctica es aprender a utilizar el osciloscopio analógico para visualizar y medir señales periódicas en el tiempo. Material. Ordenador. Navegador de Internet Tablet o móvil. Navegador de Internet Procedimiento experimental realizado en la sala de ordenadores o mediante Tablet.Conéctese a los terminales de la sala de Ordenadores en Rabanales. También puede trabajar con portátil, Tablet o móvil. En la conexión del terminal ejecute uno de los navegadores instalados y vaya a la dirección web: Escoja el osciloscopio analógico (primer icono en la barra de acceso de la izquierda) para realizar la simulación.

2 Pulsando el segundo icono de la barra de la izquierda, visualice el esquema de la conexión: consta de un osciloscopio analógico y dos generadores de funciones. Una vez entendido el esquema de conexión, cierre la ventana. En la barra de la derecha pulsar los dos iconos superiores: Ayuda del Programa y Tutorial del Osciloscopio, leer este último detenidamente Tipo de señal, Periodo, Frecuencia y Amplitud Encienda uno de los generadores de funciones (por ejemplo, el generador de la izquierda que está conectado al CANAL A del osciloscopio) pulsando el botón ON/OFF: - Seleccione el tipo de señal (triangular, cuadrada o sinusoidal) que quiere generar. Por ejemplo, empiece estudiando la señal sinusoidal. - Elija la frecuencia de la señal que va a generar. Para ello haga uso de los selectores de banda de frecuencia (botones superiores) y la rueda de ajuste fino de frecuencia situada a la izquierda. Por ejemplo, seleccione 100 Hz ó 200 Hz ó 300 Hz... ( OJO!: que el valor sea superior o igual a 50 Hz ya que el osciloscopio no detecta señales de menor frecuencia). - Elija la amplitud de la señal que va a generar. Para ello gire el control de amplitud. Por ejemplo, seleccione el valor de 2 V. - Elija como desfase de la señal el valor 0. - Elija como offset de la señal el valor 0. Encienda ahora el osciloscopio (analógico): - Seleccione el canal que quiere visualizar: en este caso el CANAL A ya que es donde está conectado el generador de la izquierda. - Escoja el modo DC o AC.

3 - Ajuste adecuadamente la base de tiempos (escala X): hasta observar una imagen de la señal en la pantalla en la que sea visibles uno o dos períodos de la misma. - Ajuste adecuadamente la escala de amplitud (escala Y): hasta observar una imagen de la señal lo más grande posible sin que se salga de la cuadrícula. Realice las siguientes medidas y comprobaciones: 1. Amplitud de la señal. Para ello puede valerse (si es necesario) de los botones del osciloscopio que permiten desplazar hacia derecha/izquierda y arriba/abajo la imagen en la pantalla. Compruebe de esta forma el valor exacto de la amplitud de la señal que está proporcionando el generador de funciones. Recordar que la amplitud de la señal es igual al valor máximo a mínimo divido por dos, o lo que es lo mismo desde la base de tiempos al valor máximo de la señal. Figura 1 Frecuencia de la señal. Para ello puede valerse (si es necesario) de los botones del osciloscopio que permiten desplazar hacia derecha/izquierda y arriba/abajo la imagen en la pantalla. El valor de la frecuencia se calcula como la inversa del periodo. El periodo es el tiempo que tarda en dar una oscilación completa

4 Figura 2 Compruebe de esta forma el valor exacto de la frecuencia de la señal que está proporcionando el generador de funciones Selector AC-GND-DC en un osciloscopio Teoría El selector AC GND DC que tienen los osciloscopios es muy importante, pues permite visualizar la señal que se mide según la necesidad del usuario Hay un selector de este tipo para cada canal y tiene tres posiciones: AC GND DC. La mayoría de las señales (formas de onda) a medir (visualizar) tienen tanto un componente en corriente continua (CD), como un componente en corriente alterna (AC). En algunas ocasiones sólo se desea ver la componente AC en otras no. Selector en la posición AC: Esta posición permite ver sólo la componente de corriente alterna de la señal que se mide, eliminado la componente DC, si la tuviera. Para lograrlo hay en serie con el terminal de entrada de cada canal del osciloscopio un condensador (capacitor) de gran valor, bloqueando la

5 componente DC. (Acordarse que un capacitor no permite el paso de la corriente directa). Esta posición permite ver, por ejemplo, el rizado de una fuente de tensión, eliminando la componente DC que ésta tiene a la salida. El inconveniente que existe con este tipo de medición es que cuando se hace a bajas frecuencias, deforma la forma de onda de la señal medida, debido a la carga y descarga del capacitor de bloqueo (el condensador de gran valor mencionado anteriormente) Selector en la posición GND: Esta posición desconecta las entradas del osciloscopio. La pantalla del ORC presenta una línea horizontal que establece el nivel de cero (0) voltios. Esta opción es útil cuando se desea establecer el nivel de cero voltios, en la pantalla a conveniencia, con ayuda de la perilla de ajuste vertical del trazo. Por ejemplo en vez de tener el trazo en el centro de la pantalla (como se acostumbra), se puede correr para arriba o para abajo según se desee. Selector en la posición DC: En esta posición la señal que se desea medir se presenta exactamente como es. (Una combinación de AC y DC). Hay que tener cuidado y tomar en cuenta que la componente DC de la señal (que se elimina en la medición AC), puede tener un valor grande y cause que la señal en la pantalla no se pueda ver. Para resolver el problema se establece la escala de medición vertical de forma adecuada. Experimental 1. Observe qué ocurre si pulsa el modo GD del canal. 2. Observe qué ocurre al cambiar la frecuencia y amplitud de la señal proporcionada por el generador: detectará que hay que reajustar los mandos del osciloscopio (base de tiempos y amplitud) para volver a visualizar la señal.

6 3. Observe qué ocurre al introducir un DC offset en la señal del generador: en el modo AC del canal no debe ocurrir nada, en el modo DC del canal sí deberá observar un desplazamiento vertical de la señal. Mida dicho desplazamiento. 4. Seleccione una señal cuadrada (triangular) en el generador de funciones: visualizará así una curva cuadrada (triangular) en el osciloscopio Estudio de Desfase Encienda el generador de funciones de la derecha conectado al CANAL B (los dos generadores están ahora encendidos): a. Seleccione como tipo de señal la señal sinusoidal. b. Ajuste la frecuencia de la señal a un valor múltiplo entero (doble, triple,...) del elegido para el generador de la izquierda. c. Elija como amplitud de la señal un valor igual al del caso anterior. d. Como desfase de la señal vuelva a elegir el valor 0, de momento. e. El valor del offset de la señal el valor 0. En el osciloscopio: *Seleccione el CANAL B. - Escoja el modo DC o AC. - Ajuste el trigger con: Slop + - Ajuste la base de tiempos para observar adecuadamente la señal en la pantalla. - Ajuste la escala de amplitud para observar adecuadamente la señal en la pantalla.

7 - Mida la amplitud y frecuencia de esta señal en el osciloscopio. *Seleccione el modo DUAL: veremos las señales captadas por los dos canales de manera simultánea en la pantalla. Ambas señales permanecerán fijas en la pantalla ya que sus frecuencias son múltiplo la una de la otra y el disparo está sincronizado con ambas. Determinemos el desfase entre ambas señales: Fase - La fase se puede explicar mucho mejor si consideramos la señal senoidal. La señal senoidal se puede extraer de la circulación de un punto sobre un círculo de 360º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360º. Figura 3 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: T > 360º t > x

8 - Siendo t el tiempo de retraso entre una señal y otra. (a) (b) (c) Figura 4 Figura 4(a) Ahora mismo se encuentran en fase. Para que no lo estén, introducimos a la señal generada por el generador de la derecha por ejemplo, un desfase arbitrario (90º). La Figura (b) muestra un desfase de 180 y la (c) 270. Mediante el osciloscopio, haciendo uso de los botones para mover la imagen hacia derecha/izquierda y arriba/abajo, podemos medir el desfase entre ambas señales.

9 2. DETERMINANCION DE LA SUMA DE SEÑALES SENOIDALES MEDIANTE EL OSCILOSCOPIO VIRTUAL: APLICACIÓN AL ESTUDIO DE M.A.S.; Y DE SUPERPOSICIÓN DE M.A.S. MEDIANTE EL OSCILOSCOPIO VIRTUAL Objetivo Comprobar los resultados de la superposición de dos funciones senoidales de la misma dirección con la misma frecuencia y con diferentes frecuencias (amplitud modulada). Visualizar las figuras de Lissajaus: observando la superposición de dos funciones senoidales de direcciones perpendiculares. Material: * Osciloscopio Virtual * Dos Generadores de Funciones Virtuales Fundamento físico: Consulte el tema de funciones armónicas en física Representación compleja 1) Suma de m.a.s. en la misma dirección y con la misma frecuencia. Se obtiene una señal con la misma frecuencia a los sumandos y cuya amplitud es igual a la suma de ambas. 2) Por otra parte, la superposición de dos señales con la misma dirección y amplitud a y frecuencias 1 y 2 muy parecidas, de ecuaciones: V 1 = a sen ( 1 t) y V 2 = a sen ( 2 t) se rige por la siguiente ecuación del movimiento: V = V 1 + V 2 = a cos (( )/2) t siendo A la amplitud del sistema que está modulada y cuyo valor es: A = 2 a cos (( 1-2 )/2) t

10 esta amplitud modulada nos permite calcular los valores de ambas frecuencias. (Figura 5) Al mismo tiempo, en la curva correspondiente a la envolvente, el vientre (máximo) corresponde a la suma de las amplitudes y el nodo (mínimo) a la diferencia de las mismas, haciéndose cero cuando ambas amplitudes son iguales. Proceso Operativo Escoja el osciloscopio analógico (primer icono en la barra de acceso de la izquierda) para realizar la simulación. 2.1 Superposición de dos movimientos armónicos simples en la misma dirección De la misma frecuencia Encienda el generador de funciones de la derecha conectado al CANAL B Seleccione como tipo de señal la señal sinusoidal. Introduzca los siguientes valores: Canal A: 100 Hz y 5 Voltios Canal B: 100 Hz y a) 5 V y 7 V En el osciloscopio: - Ajuste la base de tiempos para observar adecuadamente la señal en la pantalla.

11 - Ajuste la escala de amplitud para observar adecuadamente la señal en la pantalla. - Mida la amplitud y frecuencia de esta señal en el osciloscopio. (Una por cada señal del canal B) Seleccione el modo DUAL: veremos las señales captadas por los dos canales de manera simultánea en la pantalla. Ambas señales permanecerán fijas en la pantalla ya que sus frecuencias son múltiplo la una de la otra y el disparo está sincronizado con ambas. Seleccione el modo suma del osciloscopio Primero sume la señal del canal A con la primera del canal B. Cómo es la señal que obtiene?. Qué valor tiene la amplitud y la frecuencia de la señal resultante?. Repita el proceso para los otros dos valores de la señal del canal B De similar frecuencia, pero no igual (Figura 5) Dejar igual la frecuencia del generador 1 y varíe ligeramente la frecuencia del canal 2 (ej: 100 y 120), pulse en el osciloscopio el modo suma, modifique el control de escala horizontal, Que se observa en la pantalla del osciloscopio?. A la señal obtenida se le llama de amplitud modulada. Mida el periodo de la amplitud y calcule la frecuencia de la misma Mida el periodo de la señal en si y calcule la frecuencia de la misma A partir de los valores anteriores calcular la frecuencia de cada una de las señales y comprobar si coinciden con los valores introducidos inicialmente

12 2.2. Superposición de dos movimientos armónicos simples en dirección perpendicular Las figuras de Lissajous son el resultado de la composición de dos movimientos armónicos simples (MAS) según dos direcciones perpendiculares. En la figura 6 se muestran dichas figuras que dependen de la relación de frecuencia de las dos señales y de sus desfases iniciales. Figura 6 Superposición de dos m.a.s. de direcciones perpendiculares. Figuras de Lissajaus

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