Física 2 Laboratorio 1 FIIS UNI [PDF]

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y SISTEMAS INGENIERÍA DE SISTEMAS

​LABORATORIO DE FÍSICA 2(FB401V) PRIMERA PRÁCTICA DE LABORATORIO PROFESOR: ​ING​.​MOSQUERA MOLINA, MIGUEL ANGEL ALUMNOS: ·​

​RIQUELME

MONGE, ROLANDO JOSEPH

·​ ·​ ​ V ​ ÁSQUEZ RUBIO, MARCIAL ENRIQUE ·​

​AMAYA

ABANTO, DIEGO ANTONIO

09 DE DICIEMBRE DEL 2020

CONTENIDO

CARÁTULA.. 1

1.

OBJETIVOS.. 3

2.

FUNDAMENTO TEÓRICO.. 3

3.

MATERIALES.. 12

4.

PROCEDIMIENTO.. 12

5.

CÁLCULOS, RESULTADOS Y GRÁFICOS.. 13

6.

CUESTIONARIO.. 22

7.

CONCLUSIONES.. 22

8.

BIBLIOGRAFÍA.. 23

9.

SUGERENCIAS

1.

OBJETIVOS

Lograr que los estudiantes a través de un simulador de osciloscopio, puedan reproducir en forma remota las mediciones que se hacen en el laboratorio en forma presencial; es decir, el osciloscopio permite: ● Medir voltaje constante y voltaje alterno, ● Medir amplitud, periodo y frecuencia de una fuente de corriente alterna de 6v, ● Hacer uso de un generador de ondas, para hacer el estudio cuantitativo y cualitativo, de ondas generadas a través del generador de frecuencias.

2.

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1​ D ​ efinición de osciloscopio Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Figura 1.Osciloscopio

2.2​ T ​ ipos de ondas

1.​

Ondas senoidales ​

Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal son t​ ambién senoidales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales senoidales. La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenómenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo.

Figura 2.Ondas senoidales

2.

Ondas cuadradas y rectangulares ​

Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de señales contienen en sí mismas todas

las frecuencias). La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores. Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales.

Figura 3. Onda cuadrada y rectangular

3.​

Se

Ondas triangulares y en diente de sierra ​

producen en circuitos diseñados para controlar voltajes

linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico ó el barrido tanto horizontal como vertical de una televisión. Las transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas. La onda en diente de sierra es un caso especial de señal triangular con una rampa descendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente.

Figura 4.Onda triangular y diente de sierra

4.​

Pulsos y flancos ó escalones. ​

Señales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan señales ​transitorias. U ​ n flanco ó escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaría, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital o también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

Figura 5.Pulsos y flancos

2.3​ T ​ ipos de osciloscopio

Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.

Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

1.​

Osciloscopio analógico ​

Los osciloscopios analógicos tienen un tubo de rayos catódicos que consta de tres partes fundamentales encerradas en un tubo de vidrio y con un vacío elevado:

Figura 6.Partes de un osciloscopio analógico

❖ C ​ añón de electrones: ​Básicamente consta de tres

dispositivos: a) un filamento F que calienta el cátodo C para que emita electrones, ​b) un ánodo A, conectado a potencial positivo con respecto a C, que acelera los electrones, actuando al mismo tiempo de diafragma, dando lugar al estrecho haz de electrones O O’, y c) el llamado cilindro Whenelt o cilindro rejilla W que está a potencial negativo con respecto a C y cuya misión es regular la intensidad del haz.

Dispositivo de desviación de electrones: ​está

❖ ​

formado por dos pares de placas PH y PV. El primer par PH crea un campo eléctrico E horizontal y el segundo PV otro vertical, lo que permite desviar el haz de electrones en ambos sentidos. (En algunos osciloscopios se usa un procedimiento de desviación magnética). La desviación puede ser prácticamente proporcional a la tensión aplicada a las ​placas deflectoras. Con los dos pares de placas el punto puede desviarse a cualquier punto de la pantalla. ❖

Pantalla: ​El interior de la parte frontal del tubo P ​

está recubierto por una sustancia fluorescente que se ilumina cuando inciden sobre ella los electrones, lo que constituye la pantalla del osciloscopio.

Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo.

Figura 7.Funcionamiento de un osciloscopio analógico

Osciloscopio analógico Hameg El panel frontal consta de dos áreas, pantalla y panel de control:

Figura 8.Osciloscopio analógico Hameg

2.​

Osciloscopio digital ​

Los osciloscopios digitales al igual que los osciloscopios análogos, son instrumentos que permiten visualizar y medir una señal eléctrica, con la diferencia que utilizan la digitalización de la señal de entrada. La digitalización consiste en asignar un código binario a muestras que se toman de la señal de entrada análoga. Estos códigos se ordenan y almacenan secuencialmente de modo que pueda reproducir la señal de entrada en cualquier momento. Para realizar la digitalización se necesita un circuito que obtenga las muestras y un conversor análogo-digital (ADC); para su almacenamiento es necesario una memoria. Después que los datos están almacenados, se pueden hacer diferentes tipos de cálculos realizados por el mismo osciloscopio o asistido por computador. El control de disparo, la deflexión horizontal, la sincronización, etc., se realiza con bloques especializados.

2.4​ U ​ so del osciloscopio

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. Para medir se lo puede comparar con el plano cartesiano.

El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato). Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. (en realidad se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia).

3.

MATERIALES

Simulador de: ● ● ● ● ● ●

4.

Osciloscopio, (figuras 1,2 y3) Fuentes, constante y alterno, Transformador de voltaje 220/6V,60Hz, Generador de funciones, Tierra, Multímetro (amperímetro, voltímetro, ohmímetro, etc.).

PROCEDIMIENTO

5.

CÁLCULOS, RESULTADOS Y GRÁFICOS

Estudio de fuentes de corriente continua: a.- Con el Multímetro y el Osciloscopio:

Para 5V:

Para 8.5V:

Para 14.5V:

Para 20V:

b.- Aplicación de la Ley de Ohm:

Resistencia

330 ±1Ω

Reóstato(%)

30

40

50

60

70

80

90

100

Voltaje(volt)

3.67

4.63

5.69

6.95

8.55

10.77

14.14

20

Corriente(mA)

11.11

14.03

17.24

21.05

25.93

32.65

42.86

60.61

Resistencia(Exp 330.33 erimental) 3033

330.00 7128

330.04 6404

330.16 6271

329.73 329.86 329.9 3899 2175 11339

329.978 551

Error Porcentual

-0.002

-0.014

-0.050

0.0806 0.0417 0.026 8

0.0064

-0.100

Estudio de fuente alterna

Uso del generador de Funciones: a.- Circuito con el simulador de funciones

b.- Ondas Senoidales:

c.- Ondas de sierra

d.-

Ondas cuadradas:

e.-

Amplitud 6V y Frecuencia 60Hz

Amplitud 7V y frecuencia 100Hz:

Amplitud 12V y Frecuencia 120Hz:

Amplitud 15V y Frecuencia 180Hz:

Amplitud 20V y Frecuencia 240Hz

6.

CUESTIONARIO

7.

CONCLUSIONES ●

Con el osciloscopio es posible determinar si una señal es continua o alterna, así mismo podemos determinar el periodo, la frecuencia, voltaje, también se puede medir las fases entre dos señales.

●

La naturaleza de Las diferentes fuentes de corriente, tanto continua como alterna, pueden ser reproducidas gracias al simulador aún así, es necesaria tener una base teórica para no confundir los cálculos durante el uso de las herramientas de medición

8.

BIBLIOGRAFÍA .(2002). El osciloscopio. mayo 17, 2019, de Sitio web: https://www.ugr.es/~juanki/osciloscopio.htm

Etsiiab.(2015). Osciloscopios digitales. mayo 17, 2019, de Sitio web: http://edii.uclm.es/~arodenas/Solar4/Componentes/OSC/OSCILOSCOPIOS_D IGITALES.HTM

.(2017). Definición, uso y tipos de osciloscopios. mayo 17, 2019, de Sitio web:https://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=1484

9.

SUGERENCIAS Al momento de indicar qué componentes usaremos para los experimentos sería bueno que se muestre la ruta de búsqueda para cada uno.