Práctica No 0: Parte C El Osciloscopio y el Generador de Señales

Transcripción

1 Universidad Nacional Experimental del Táchira. Departamento de Ingeniería Electrónica. Núcleo de Instrumentación y Control. Bioinstrumentación I Revisada por: Prof. Rafael Volcanes, Prof. Lisbeth Román. Tec. Carlos Alba, Tec. Alba Ramirez. Elab. 16 Sept 2010 OBJETIVO GENERAL Práctica No 0: Parte C El Osciloscopio y el Generador de Señales Reconocer y utilizar adecuadamente el Osciloscopio para observar las formas de onda, y medir amplitudes y frecuencias de las señales provenientes de circuitos con componentes eléctricos y electrónicos y de un Generador de Señales. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Conocer y verificar el funcionamiento de los principales controles del generador de señales. 2. Conocer y verificar el funcionamiento de los principales controles del osciloscopio. 3. Verificar la calibración y funcionamiento correcto de las puntas de prueba. 4. Utilizar el osciloscopio para la medición de voltajes y frecuencia de diferentes tipos de señal. 5. Utilizar el osciloscopio para la medición de la componente continua de una señal alterna. CONCEPTOS TEÓRICOS 1. Osciloscopio. Subsistemas del osciloscopio. Funciones y Controles. Operación. 2. Generador de Funciones o Señales. Especificaciones. Operación. 3. Señales alternas. ACTIVIDADES DE PRE-LABORATORIO 1. Investigue la función de los siguientes controles del generador de señales: a. Tipo de función a generar. b. Control de variación de frecuencia. c. Amplitud. d. Control atenuación. e. Componente DC (off-set).

2 2. Investigue la función de los siguientes controles del osciloscopio: a. Modo de acoplamiento. b. Canales. c. Volt/Div. d. Time/Div (Sec/Div). 3. Identifique y explique el funcionamiento de LAS TECLAS DE CONTROL y MENU del osciloscopio TDS 220/ Describa el modo de acoplamiento de las señales en el osciloscopio (DC, AC, GND). 5. Describa las características de las puntas de prueba del osciloscopio, explicando las diferentes posibilidades de amplificación que ofrecen (X1 y X10). 6. Para una señal alterna de tipo sinusoidal, escriba la ecuación en función del tiempo que la representa; identifique y defina los parámetros: a. Amplitud b. Frecuencia c. Periodo 7. Explique el significado físico del Valor Medio Cuadrático (rms por sus siglas en inglés) de una señal de voltaje o de corriente alterna y deduzca la relación entre el valor rms y el valor pico de las señales alternas f 1 (t), f 2 (t) y f 3 (t) mostradas en la Figura 1: Figura 1 Formas de Onda 8. Qué es la componente DC en una señal alterna? MATERIALES Y EQUIPOS 2 Multímetros analógicos y digitales 1 Osciloscopio 1 Generador de Señales 2 Puntas de prueba 1 Fuente de voltaje 6 Resistencias Varias 1 Condensador Bananas y Caimanes

3 DESARROLLO Parte 1: Reconocimiento del Generador de Señales 1. Examine el generador de señales asignado a su grupo, identifique y registre los datos básicos del dispositivo: Tabla N 1. Nombre del Instrumento Tipo Marca Modelo 2. En la Figura 2, identifique los controles del generador de señales que se mencionan a continuación: a. Encendido b. Control de variación de frecuencia c. Selector de función a generar. d. Componente DC (off-set) e. Control atenuación. f. Amplitud. g. Salida del generador. Figura 2 Panel frontal del Generador de Señales Parte 2: Reconocimiento del osciloscopio 1. Examine el osciloscopio asignado a su grupo, identifique y registre los datos básicos del dispositivo en la Tabla N 2:

4 Nombre del Instrumento Tipo Marca Modelo Tabla N En la Figura 3, identifique los controles del osciloscopio que se mencionan a continuación: a. Encendido b. Menú canal 1 y canal 2. c. Volt/Div canal 1 y canal 2. d. Conector Canal 1 y Canal 2. e. Time/Div (Sec/Div). f. Conector para la calibración de punta de prueba. g. Modo de acoplamiento Figura 3 Panel frontal del Osciloscopio Parte 3: Calibración de una sonda pasiva El empleo correcto del osciloscopio exige que la sonda o punta de prueba presente la misma respuesta a cualquier señal que se mida con ella, es decir, que esté calibrada. Cada equipo genera una señal cuadrada de un valor determinado de Voltaje pico- pico (V pp ) y frecuencia, una vez que la sonda es conectada en el borne PROBE o CAL. Es necesario verificar la apariencia de la forma de onda en pantalla; ya que pueden presentarse tres casos:

5 Figura 4 Formas de Onda de las Puntas de Prueba 1. Seleccione un Canal y conecte la punta de la sonda al conector PROBE COMP 5V y el cable de referencia al conector de PROBE COMP de tierra, encienda el canal y pulse AUTOCONFIGURAR (AUTOSET). 2. Verifique y dibuje la apariencia de la forma de onda en pantalla. 3. En caso de que la sonda no esté compensada, es necesario calibrarla para lo cual se procede con la rotación del tornillo de ajuste del condensador de la red de compensación interna de la sonda, como se indica en la Figura 5. Figura 5 Calibración de las Puntas de Prueba

6 Parte 4: Generación de ondas alternas 1. Obtenga las siguientes ondas alternas con el generador de señales, obsérvelas con el osciloscopio y dibújelas. Indique el modo de acoplamiento del Osciloscopio. Indique el valor del volt/div y time/div: A. Onda sinusoidal de 6 V pp y un periodo de 2 ms. B. Onda triangular de 2 V p y una frecuencia de 40 khz.

7 C. Onda cuadrada TTL (de 0 a 5 V) y un periodo de 250 s 2. Calcule y mida, según sea el caso, los valores que se le piden para completar la Tabla N Con el valor V p, para cada una de las señales, determine el V ef en la Tabla N 3. Tabla N 3. Valores Característicos de Señales Alternas µ ω 4. Tome el V ef calculado como valor nominal, y calcule el error porcentual del voltaje eficaz medido. Complete la tabla N 4. Tabla N 4. Error Porcentual del Voltaje Eficaz!

8 Parte 5: Medición de Voltajes Directos e Indirectos Para el circuito que se muestra en la Figura 6 conecte un voltaje de alimentación sinusoidal de 18 V pp y 50 Hz. Los valores de los componentes se le indicaran en la práctica. Figura 6 Circuito de Resistencias en Serie 1. Utilizando el osciloscopio, medir y anotar en la tabla N 5 los V pp de A a B, de B a C y de C a D. Nota: Por la referencia a tierra del osciloscopio, para realizar estas medidas es necesario colocar flotadores al mismo. Se recomienda colocar un flotador al Generador de Señales. 2. Medir también el valor eficaz de cada tensión con el multímetro. Anotar en la tabla N 5 Tabla N 5. Voltajes de Resistencias en Serie "# $% % & Parte 4: Carga y descarga de un condensador 1. Montar el circuito que se presenta en la Figura 7. Los valores de los componentes se le indicaran en la práctica. Figura 7 Carga y Descarga de un Condensador

9 2. Cerrar el interruptor de forma que el condensador se cargue y pulsar el botón RUN/STOP para almacenar el régimen transitorio en el osciloscopio para poder visualizarlo posteriormente. 3. Observar en el osciloscopio la forma de onda del proceso de carga de condensador, y dibujar la onda de tensión obtenida. Mida los valores característicos de la curva. 4. Esperar el tiempo suficiente para que el condensador se cargue completamente: su tensión deberá permanecer constante. Abrir el interruptor a la posición 2, y pulsar el botón RUN/STOP para almacenar el régimen transitorio en el osciloscopio para poder visualizarlo posteriormente. 5. Ver en el osciloscopio la forma de onda del proceso de descarga de condensador. Dibujar la onda de tensión obtenida. Mida los valores característicos de la curva.

10 6. Cambiar el condensador, por otro de diferente capacitancia y repetir el procedimiento anterior. ACTIVIDADES DE POST-LABORATORIO 1. Por qué es necesario calibrar la punta de prueba de un osciloscopio? 2. Analice los valores de error porcentual calculados en la práctica. 3. Para la parte 5, indique cuales son mediciones directas y cuales son mediciones indirectas. Justifique su respuesta. 4. Escriba las ecuaciones modelan los procesos de carga y descarga de un condensador. Grafique las respuestas teóricas para los valores de los componentes empleados en el laboratorio. 5. Cuál es el efecto de cambiar el valor del capacitor en la parte 6 de la práctica? 6. Indique al menos una conclusión por cada objetivo específico de la práctica que acaba de realizar. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ENDERLE, Jhon D.; Bioinstrumentation (2006), Morgan & Clypool Publishers, University of Connecticut. (Disponible en la UNET virtual) PALLAS, Ramón, Sensores y Acondicionadores de Señal (1.998) 3ra Edición, Marcombo Editores, España. TEKTRONIX; Osciloscopios del tiempo real digital de la serie TDS 200: Manual del Usuario. (Disponible en la UNET virtual) WOLF, Stanley; SMITH, Richard F. M., Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de Laboratorio (1992), Prentice-Hall Hispanoamericana, México.