Objetivo Aprendizaje del uso de osciloscopios, multímetros y generadores de funciones, aplicado al estudio de señales eléctricas en un circuito RC.

Transcripción

1 Laboratorio de Técnicas Experimentales II - 2º Física Laboratorio L1 - "Osciloscopio" Práctica L1-1 - Estudio de señales eléctricas en un circuito R Objetivo Aprendizaje del uso de osciloscopios, multímetros y generadores de funciones, aplicado al estudio de señales eléctricas en un circuito R. Material Osciloscopio, generador de funciones, multímetro digital, caja de resistencias, caja de condensadores, cables. 1. ircuito R. Introducción: V R R V c Figura 1: Esquema de circuito R utilizado en los experimentos. V out Introducción: onsideremos el circuito mostrado en la figura 1. Se aplica una señal, que puede variar en el tiempo, y deseamos conocer cómo son V R y V en función de R, y. La ecuación que describe el comportamiento del circuito es: V V V V V V. R R dq dv Usando las relaciones VR I R, I, Q V podemos escribir VR R V V, dt dt dv obteniendo la siguiente ecuación diferencial R V V, cuyas soluciones estacionarias en el dt caso de que la señal de entrada varíe de forma periódica en el tiempo, V ( t) V0 s ( t ), son de la forma con expresiones similares para V R e I. V ( 0 t) V s ( t ),

2 Experimento: Parte 1. Una vez leídos los manuales de los diferentes strumentos, utilizar el material necesario para montar un circuito equivalente al mostrado en la figura 1. Utilizar el generador de funciones para sumistrar la señal de entrada. Realizar las conexiones necesarias para observar en el osciloscopio tanto la señal de entrada (anal 1) como las señales que se tienen en la resistencia o en el condensador (V R o V ) (anal 2). La señal del canal 2 se corresponderá con la diferencia de potencial entre los extremos del elemento elegido (R o ). Seleccionar como señal de entrada una onda susoidal de amplitud 5 voltios y frecuencia 1 khz. Para R y utilizar los valores siguientes: R=10 k, =100 nf. El osciloscopio se debe configurar de forma que se vean en la pantalla dos periodos completos de las señales estudiadas. P1. Tomar una imagen de lo mostrado en la pantalla del osciloscopio (una cuando se tiene V R en el canal 2, y otra cuando se tiene V ). La imagen debe cluir el frontal del osciloscopio, de forma que se puedan ver las posiciones de los disttos mandos y botones. Tomar también una imagen del montaje completo del experimento. P2. Verificar los valores de los diferentes parámetros de la señal de entrada mediante el uso del osciloscopio y del multímetro. Indicar los valores obtenidos con cada strumento, su significado y la relación existente entre ellos. (El multímetro se debe usar en modo A+D para la medida de voltaje) Una vez se tiene la señal de entrada caracterizada, estudiar y caracterizar todos los parámetros necesarios de las señales V R y, tanto con el osciloscopio como con el multímetro. V P3. Al igual que en el apartado anterior, se deben dicar los valores obtenidos con cada strumento, su significado y la relación existente entre ellos. P4. Escribir las expresiones que describen a V R y V parámetros en función de R, y., e dicar los valores de los diferentes P5. Qué significa RMS? ómo se relacionan las señales RMS del multímetro con las medidas con el osciloscopio? P6. Existe desfase entre V y acuerdo con el modelo aplicado al circuito. P7. Qué relación existe entre las amplitudes de V y con lo esperado de acuerdo con el modelo aplicado al circuito.? Explicar su origen y comparar su valor con lo esperado de? Explicar su origen, y comparar su valor Parte 2. Manteniendo el circuito de la figura 1, y los valores de los diferentes parámetros anteriormente usados, añadir a la señal una componente D (usando el generador de funciones del modo correspondiente), de forma que V t) V V s( ). Utilizar el osciloscopio y el multímetro para comprobar el valor ( D, 0 t D aplicado, y fijarlo en 2V. P8. Tomar imágenes del osciloscopio como en el caso anterior. P9. Al igual que en la parte 1, estudiar y caracterizar todos los parámetros necesarios de las señales V R y Parte 3. V, tanto con el osciloscopio como con el multímetro. Se estudiará cómo se ven afectadas las señales V R y V al variar el valor de hasta hacerlo =0. Utilizar los valores siguientes: R=10 k, =100 nf, señal D=0, frecuencia= 1kHz.

3 P10. Se caracterizarán las señales V R y 100 nf hasta 0 nf. P11. ómo y por qué varía el desfase ( ) entre V y entre las amplitudes de V y? V, como en la parte 1, para disttos valores de, desde? ómo y por qué varía la relación P12. Representar las gráficas correspondientes ( vs, y V V 0 / 0 vs ). omparar e terpretar el resultado de acuerdo con la teoría. uál es el valor de V R? Estamos en algún caso cerca de ese límite? Recordar : V 0 0 / en el límite 1 rad / s, / 2 s 1 Hz

4 Alumno: Grupo: Tutor: Fecha: Informe previo : Práctica L1-1 - Estudio de señales eléctricas en un circuito R Se ha seleccionado en un generador de funciones una señal susoidal de 4 voltios de amplitud y frecuencia igual a 500 Hz. Dibujar dos periodos completos de esta señal. Indicar en el gráfico las escalas vertical (voltaje/división) y horizontal (tiempo/división), así como el nivel V = 0. Si escribimos V V sen ( ), cuánto valen V 0 y? 0 t V 0 = La señal anterior se aplica a la entrada,, del circuito siguiente. Las resistencias tienen los valores R 1 = 1 k y R 2 = 3 k R 1 uál es el valor máximo del voltaje medido en la resistencia R 1? R2 V out uál es la amplitud de la señal de salida V out? uál es la expresión para la corriente que circula por el circuito? uál es el valor máximo de la corriente?

5 Alumno: Grupo: Tutor: Fecha: Informe de Laboratorio Práctica L1-1 - Estudio de señales eléctricas en un circuito R 1. Señales eléctricas en circuitos R R=10 k ; =100 nf. Amplitud y frecuencia de la señal de entrada: Amplitud y frecuencia de la señal en el condensador: Amplitud y frecuencia de la señal en la resistencia: Dibujo de un periodo completo de la señal de entrada y el periodo correspondiente de las señales en la resistencia y en el condensador. ociente de amplitudes experimental: Desfase experimental:

6 2. Señales eléctricas en circuitos R R=10 k ; =50 nf. Amplitud y frecuencia de la señal de entrada: Amplitud y frecuencia de la señal en el condensador: Dibujo de un periodo completo de la señal de entrada y el periodo correspondiente de la señal en el condensador. ociente de amplitudes experimental: Desfase experimental: R=10 k ; =10 nf. Amplitud y frecuencia de la señal de entrada: Amplitud y frecuencia de la señal en el condensador: Dibujo de un periodo completo de la señal de entrada y el periodo correspondiente de la señal en el condensador. ociente de amplitudes experimental: Desfase experimental: