LABORATORIO INSTRUMENTOS Y MEDICIONES ELECTRÓNICAS

INFORME DE LA PRÁCTICA 3

OPERACIÓN BÁSICA DE GENERADORES DE AUDIO Y OSCILOSCOPIOS

INTEGRANTES: PROFESOR: ING. MANUEL PÁRRAGA1.JUAN FRANCISCO JURADO PAEZ MONITOR:JUAN CAMILO ROJAS2.JAIRO GONZALEZ PENNA GRUPO:

FECHA DE LA PRÁCTICA:13 MARZO 2013

Introducción:

Este informe tiene como objetivomostrar algunos de los controlesbásicos de un generador de audioy un osciloscopio; definir paracada uno de ellos una funciónparticular. Así mismo, se buscadefinir la importancia delosciloscopio en la visualizaciónde fenómenos eléctricos y suayuda como dispositivo depresentación de gráficos.

De igual forma, se analiza lafuncionalidad del uso simultáneodel generador de audio y delosciloscopio para analizar elcomportamiento de circuitos aaltas y bajas frecuencias.

Equipos empleados:

I. Encendido y familiarizacióncon el osciloscopio

En primer lugar se localizaron enel osciloscopio los controles yse ajustaron en la posiciónrequerida de acuerdo la guía deverificación, observando en elproceso que dichos controles seencuentran agrupados ensubsistemas.

Luego, asegurándonos en todomomento de permitir laventilación del instrumento, seconectó y se encendió elosciloscopio, ajustando elcontrol de intensidad(asegurándonos de no utilizar unexcesivo brillo, pues puededeteriorar el fosforo de lapantalla), posición vertical,horizontal y de enfoque de latraza.

Posteriormente se aplicó, conayuda del generador de audio, unaseñal sinusoidal de valor pico 2Vy frecuencia de 5 kHz, alconector de entrada del canal 1del osciloscopio y se seleccionóuna posición adecuada de loscontroles de voltios/división ytiempo/división con el fin deobservar esta señal con la mayor

Nombreequipo Equipo Modelo

No.Inventar

ioOscilosco

pio LEADER LBO –522 049

Generadorde Audio LEADER LAG –

120A 006

Multímetro Digital FLUKE 8010 A 046

Caja deResistenc

ias

VECTOR-VID

WR –418 010

resolución posible yasegurándonos de ver dos períodosde la señal.

PI-1 Esta señal tiene un valor devoltaje pico a pico de 4 voltios.Lo observado fue lo siguiente:

V/div: 0,5 V Tiempo/div: 50µs

Procedemos a mover lentamentecada uno de los controlesespecificados en la guía yregistrar los efectos observadossobre la señal.

PI-2 Así mismo, se comparan estasobservaciones con la informaciónespecificada en un manual en lasiguiente tabla:CONTROL EFECTO

OBSERVADOSOBRE LASEÑAL

DESCRIPCION DELMANUAL

Intensidad o

Leproporcion

Permitamodificar laintensidad

brillo a masbrillo ala señalgeneradaen lapantalla.

luminosa dela señalmostrada enpantalla

Focus Proporciona nitideza laimagen.

Permiteenfocar odesenfocar laseñalmostrada enpantalla

PosicionVertical

Genera undesplazamiento de laseñal anivelvertical

Permite moverla forma deonda haciaarriba ohacia abajoparacolocarlaexactamentedonde laquiera enpantalla

Volt/DivyVernier

Cambia laescala alo largode Y y elvernierdescalibrala escalagenerandounadistorsión.|

Factor deescala. Poseeun control deganancia finaparaconvertir aescala unaseñal a uncierto númerodedivisiones.Útil paratomar lasmedidas detiempo desubida

Posicionhorizontal

Genera undesplazamiento de laseñal anivelhorizontal.

Permite moverla forma deonda deizquierda aderecha paracolocarlaexactamentedonde laquiera enpantalla

Time/DivyVernier

Cambia laescala alo largodel eje X,vernierencargadode

Factor deescala.Permiteseleccionarla velocidada la que sedibuja laforma de onda

descalibrar la señala niveldel mismoeje.

en lapantalla

Triggerlevel(NORM)

Al momentoen que sedescalibradeja detenersincronismo con larampa porlo que nomuestraningunaseñal.

Circuito dedisparo queactúa comoelemento decomparación.Ustedselecciona lapendiente yel nivel detensión de unlado delelemento.Cuando laseñal dedisparoiguala estosvalores segenera eldisparo. Enmodo deoperaciónnormal elosciloscopiosolamentebarre si laseñal deentradaalcanza elpunto dedisparoestablecido.El modo deoperaciónautomáticohace que elosciloscopiobarra inclusoen ausenciade disparo.

Triggerlevel(AUTO)

En el modoAUTO, segenera uncambio denivelcambiandola señal aobservar

Posteriormente y sin desconectarla señal de entrada se ajustó elcontrol de posición horizontalpara que la traza iniciara en elcentro de la pantalla y sevisualizó lo siguiente:

Se observó que el control denivel no viene con una referenciapara su ajuste, luego a partir demovimientos lentos y con base alo observado se dedujo unprocedimiento para inferir en quevalor de voltaje se encuentradicho control.

PI-3 Este procedimiento consisteen que a partir de una pendientefija (positiva o negativa) sebusca obtener una señal establepara ello se ajusta una escala devoltaje conveniente, la tierra enuna referencia deseada y a partirde esta referencia se mueve elcontrol de nivel desde un extremoa otro y se verifica, dependiendode la escala seleccionada, quevalores de voltaje toma para cadaposición de ajuste. Larestricción que se tiene en elcontrol de nivel y por lo tantoen el método es que si se quiereempezar la gráfica desde el puntomáximo de la señal elosciloscopio no mostrará laimagen (modo MANUAL), o mostraráuna imagen con varias señales(modo AUTO). Esto se debe a queen este punto, el osciloscopio noes capaz de reconocer si lapendiente es positiva o negativa.

Seleccionando el acople GND paraambos canales del osciloscopio yseparando las trazas, de talmanera que coincidieran con lasegunda y la sexta división de laretícula, se seleccionó, en amboscanales, acople AC y se introdujola misma señal a cada canal delosciloscopio y con la amplitudnecesaria para ocupar 3divisiones verticales en cadauno, visualizando los dos canalesal mismo tiempo.

PI-4 Las gráficas obtenidas,utilizando el modo ALT y el modoCHOP para visualizar ambasseñales son:

MODO ALT

V/div: 1 V Tiempo/div: 0,2 s

MODO CHOP

V/div: 1 V Tiempo/div: 2 us

El modo de operación ALT(alterna) dibuja cada canal demanera alternada, es decir, elosciloscopio completa un barridode la señal del primer canal ydespués continúa con un barridode la señal del segundo canalpara después retornar a laprimera señal y asísucesivamente. Este modo deoperación es útil para señales demediana y alta velocidad. Porotro lado, el modo CHOP(troceado) hace que elosciloscopio dibuje pequeñaspartes de cada señal cambiandoconstantemente de una a otra(como se observa en la anteriorgráfica). Este modo de operaciónes útil en señales lentas, cuyavisualización se realiza paraseñales de baja frecuencia.

Luego, se seleccionó el canal 1,se tomó la punta de pruebaconectada a la entrada verticalde canal 1 del osciloscopio, sedesconectó del generador y secolocó el selector de acoplevertical en AC. Después seprocedió a tocar con el dedo elextremo de la punta de prueba yse ajustó el control de

iV0

sensibilidad hasta que aparecióuna señal estable.

PI-5 Lo siguiente fue loobservado:

V/div: 1 V Tiempo/div: 5ms

Periodo: 17 msAmplitud: 4,8 Vp-p

Frecuencia: 58,8 Hz

PI-6 Esta señal esaproximadamente una señalsinusoidal y proviene de losruidos que hay en la línea, yaque, como se puede observar, lafrecuencia de esta señal es deaproximadamente 60 Hz que es lafrecuencia de la señal de líneaen Colombia. Esta señal apareceen nuestro cuerpo debido a quenosotros nos comportamos comoantenas de esta señal.

PI-7 Ahora al cambiar el selectorde acople del canal vertical a laposición DC, no se observó ningúncambio. Esto se debe a que laseñal de la línea tiene un valorpromedio de voltaje de 0 V. porlo tanto la señal se ve igual enacople AC y DC debido a que estano tiene componentes DC.

II. Características básicas delgenerador de audio

Con ayuda del DVM, se ajustó unaseñal sinusoidal de 2,8 Vrms yfrecuencia de 4 kHz. Ya esconocido que la resistenciainterna nominal de un generadorde audio es de 600 Ω. Luego sepretende verificar este hechodeterminando dicha resistenciainterna en diferentes casos condiferentes valores de resistenciade carga. Para algunos de estoscasos se hará referencia a unresistor llamado shunt cuyaresistencia es de 600 Ω y quesegún el teorema de máximatransferencia de potencia deberíaarrojar el valor más cercano alvalor verdadero de la resistenciainterna del generador.

a) Sin colocar resistencia Shunt:

El proceso para esta verificaciónconsiste en plantear el siguientecircuito, donde Rf es laresistencia interna, Rg es laresistencia de carga y Vo elvoltaje medido con el DVM sobrela resistencia de carga:

Sobre este circuito se plantea elsiguiente divisor de voltaje:

V0=V1( Rg

Rg+Rf )De la anterior expresión seconoce:V1 (el voltaje de entrada); Rg y semide el voltaje Vo, luego la únicaincógnita es la resistenciainterna del generador Rf, la cualse halla con la siguienteexpresión:

Rf=Rg(V1−V0

V0)

Para este caso, se utilizó unvalor de resistencia de 600 Ω conayuda de la caja de resistenciasy se obtuvo lo siguiente:

V1=4v V0=2v Rg=600Ω

Rf=600Ω(4−22V )=600Ω

Rf=600Ω

b) Con un shunt de 600 Ω conectado:

V0=V1( Rg∨¿RSRg∨¿RS+Rf )

Los valores obtenidos son: V1=4v V0=1,3v Rg=600Ω Rs=600Ω

Rf=623,07Ω

PII-1 Existe una ligeradiferencia entre los valoreshallados en cada uno de loscasos. Según el teorema de máximatransferencia de potencia elresultado más exacto sería el delsegundo caso, luego el valor realde la resistencia interna delgenerador debe ser de un valorcercano a los 623,07Ω, debido aposibles condiciones de deterioroo envejecimiento del instrumento.

Ahora se repite el procesoanterior pero para una ondacuadrada con amplitud 2,5 Vp-p.

a) Sin el shunt de 600 Ω:

Para este caso igualmente seutilizó un valor de resistenciade 600Ω con ayuda de la caja deresistencias, y se obtuvo losiguiente:

V1=1,2V V0=0,6V Rg=600Ω

Rf=600Ω(1,2V−0,6V0,6V )=600Ω

b) Con el shunt de 600 Ω conectado:

Los valores obtenidos son:

Rf=(1,2V∗600−0,6∗6000,6 )=600Ω

Rf=700,15Ω

A continuación se tiene elsiguiente circuito:

PII-2 Si se alimenta elcircuito anterior con laseñal cuadrada del puntoinmediatamente anterior, elvalor numérico de lasimpedancias de cadacomponente seria:

Impedancia Condensador:

Z=

1ωC

=1

2π∗f∗C=

14KHz∗π∗10μF

=7,9Ω

,

Impedancia inductancia

Z=ωL=2π∗f∗L=4KHz∗π∗10µH=0,1Ω.

De acuerdo con esto no escorrecto hablar deresistencia de salida ya quela oposición del generadordepende de la frecuencia queentregue al igual que lasimpedancias.

PII-3 Un método alternativopara medir la impedancia desalida de un generador deaudio podría ser conectaruna resistencia conocida algenerador, medir el voltajeque entrega el generador yla corriente que pasa tantopor el generador como por laresistencia. Con estos datosse tendría.

RTotal=VI

=(Rconocida+Rinterna)

Por lo tanto:

Rinterna=VI

−Rconocida

Por último, se conectó laseñal de salida sinusoidaldel generador (confrecuencia de 1 kHz yamplitud, 2 Vp-p) alosciloscopio. Se varía lafrecuencia y la amplitud deesta señal, en todo el rangode frecuencias delgenerador, ajustando la basede tiempo y el control devoltios por división paraobservar adecuadamente las

formas de onda en toda lapantalla.

PII-4 A partir de ésteproceso se observa que conel aumento de la frecuenciay sin modificar el controlde amplitud manualmente, laamplitud de la señaldisminuye (se atenúa) parafrecuencia muy altas(superiores a 100 kHz). Estose debe a que elosciloscopio internamenteposee una resistencia y uncondensador que se comportancomo un filtro pasabajos.Por tal motivo, se explicala funcionalidad de laspuntas del osciloscopio ensu ajuste de X10, ya que, apesar de que atenúan laseñal, a partir de un acoplede impedancias, anulan elefecto del filtro y lareducción de amplitud de laseñal y aumentan el ancho debanda del instrumento.

PII-5 Por último, se cambióla forma de onda de la señalde salida a cuadrada, contasa de repetición de 1 kppsy 2 Vpp de amplitud y serepitió el mismo procesoanteriormente realizado. Eneste caso sucedió lo mismo,pues para altas frecuenciasla amplitud de la señal

cuadrada disminuye. Además,se observó una curva decarga de un condensadorentre el cambio del valorpico inferior al superior yde descarga en el sentidocontrario, por lo cual laseñal mostrada a altasfrecuencias es muy similar adiente de sierra.

III. Conclusiones

1) Se conoció la función delos controles delgenerador de audio y delosciloscopio y secomprobó la funcionalidadde estos, además deobservar las diferentesformas de onda de lasseñales entregadas por elgenerador.

2) Se comprobó elfuncionamiento y lasdiferencias de algunoscontroles, en especiallos controles dependiente de nivel, losacoples AC y DC y losmodos de visualizaciónCHOP y ALT.

3) Al conectar las puntas deprueba del osciloscopiocualquier persona, sevisualizó una señalsinusoidal en la pantalla

del osciloscopio. Esto esdebido a que el cuerpohumano se comporta comouna antena, comportándosecasi que idealmente a laseñal de la línea de 60Hz.