PRÁCTICA 1. OSCILOSCOPIO VIRTUAL

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1 PRÁCTICA 1. OSCILOSCOPIO VIRTUAL 1.1. 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. Programa Osciloscopio Virtual. Procedimiento experimental realizado en la sala de ordenadores Conéctese a los terminales de la sala de Ordenadores en Rabanales. y pulse sobre java En la conexión del terminal ejecute el programa OSCILOSCOPIO VIRTUAL que se encuentra en la barra de programas. Inicio/Programas/matemáticas-simulación/laboratorios virtuales/osciloscopio virtual Escoja el osciloscopio analógico (primer icono en la barra de acceso) para realizar la simulación. Pulsando el tercer icono de la barra acceso, localizada en la parte superior de la pantalla, 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. 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.

2 - Escoja el modo DC o AC. - 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 2. 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 Figura 2 Compruebe de esta forma el valor exacto de la frecuencia de la señal que está proporcionando el generador de funciones. 3. Observe qué ocurre si pulsa el modo GD del canal.

3 4. 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. 5. 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. 6. Seleccione una señal cuadrada (triangular) en el generador de funciones: visualizará así una curva cuadrada (triangular) en el osciloscopio. Encienda el generador de funciones de la derecha conectado al CANAL B (los dos generadores están ahora encendidos): - Seleccione como tipo de señal la señal sinusoidal. - Ajuste la frecuencia de la señal a un valor múltiplo entero (doble, triple,...) del elegido para el generador de la izquierda. - Elija como amplitud de la señal un valor igual al del caso anterior. - Como desfase de la señal vuelva a elegir el valor 0, de momento. - 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 + SINC AC CANAL B - 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. - 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.

4 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 - Siendo t el tiempo de retraso entre una señal y otra. Figura 4 (a) (b) (c) Figura (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.

5 1.2. 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 Objetivo virtual 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 representación compleja de funciones armónicas en física 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, 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 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. Método Operativo 1º Estudio de los mas mediante el osciloscopio virtual Escoja el osciloscopio analógico (primer icono en la barra de acceso) para realizar la simulación. 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 sinusoidal.

6 Elija la frecuencia de la señal que va a genera: Por ejemplo, seleccione 100 Hz 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. 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): Realice las siguientes medidas y comprobaciones: Amplitud de la señal. Compruebe de esta forma el valor exacto de la amplitud de la señal que está proporcionando el generador de funciones. Frecuencia de la señal. Compruebe el valor exacto de la frecuencia de la señal que está proporcionando el generador de funciones. A partir de los valores de amplitud, frecuencia y desfase medidos en el Osciloscopio, determine la ecuación del movimiento armónico simple que lo genera (Senoidal). Expresar dicha ecuación en forma fasorial y compleja Repetir este proceso para una nueva frecuencia y amplitud 2.- Superposición de dos movimientos armónicos simples en la misma dirección (Figura 5) 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. - 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?. Calcule mediante fasores el resultado teórico de la suma y compárelo con el valor obtenido en la pantalla del osciloscopio. Repita el proceso para los otros dos valores de la señal del canal B.

7 2.2. De parecida frecuencia, pero no igual 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.

8 Figura 6 (b). Superposición de dos m.a.s. de direcciones perpendiculares. Figuras de Lissajaus