Laboratorio de fisica, osciloscopio

RESUMEN

En el presente informe daremos a conocer, la forma de cómo utilizar un osciloscopio al medir voltajes y en consecuencia cualquier cantidad física que por medio de algún dispositivo se transforme a una diferencia de potencial.

También se analizara el funcionamiento interno del osciloscopio basándonos en las experiencias directas midiendo el voltaje, deduciendo así que un osciloscopio es un instrumento que se caracteriza por tener dos placas internas, que se conectaran a la fuente para analizar el voltaje, entonces un haz de electrones propio de un dispositivo instalado dentro del osciloscopio, se desviaran de acuerdo al potencial aplicado a las placas, entonces de esta manera se podrá ver el resultado en la medida del voltaje, de manera que luego emplearemos su uso adecuado en el siguiente experimento de laboratorio. Estos resultados se verán reflejados en la pantalla del osciloscopio que por lo pronto determinara el voltaje de dicha fuente que se desea medir.

Al realizar toda la experiencia, se reconocerá primero las partes importantes del osciloscopio para su uso y comprensión básicos, como por ejemplo; la posición, la intensidad de la línea en la pantalla del osciloscopio.

Luego de aprendido a utilizar directamente el osciloscopio se pasara a verificar los voltajes, ya que mediremos a base de corriente continua y alterna, la alterna se caracterizara por describir ondas dentro de la pantalla del osciloscopio, entonces notaremos las diferencias claras entre la corriente alterna y la corriente continua. Luego nos centraremos en las descripciones del experimento, ya que al manejar correctamente un osciloscopio nos ayudara directamente a desarrollar y comprender mejor el siguiente trabajo experimental.

FUNDAMENTO TEORICO

Uno de los componentes principales del osciloscopio es el tubo de rayos catódicos (TRC). El TRC consta básicamente de un cañón electrónico, un sistema de placas deflectoras horizontal (X) y vertical (Y) y una pantalla fluorescente, todo colocado en el interior de un tubo en el que se ha hecho un vacío elevado. Ver figura 1.

El cañón de electrones tiene por objeto producir un haz de electrones cuya intensidad puede variarse con continuidad dentro de un determinado intervalo y enfocarlo definidamente sobre la pantalla.

Los electrones se obtienen por calentamiento de un cátodo emisor. Al salir de este los electrones pasan a través de una abertura practicada una rejilla, que puesta a un potencial negativo variable, permite controlar el número de electrones que ya atraviesa, luego, estos son acelerados por el potencial positivo aplicado al ánodo. El potenciómetro que realiza la variación del potencial negativo se denomina control de brillo. El haz de electrones que sale es divergente, por lo que es necesario concentrarlo sobre la pantalla fluorescente, lo que se logra por medio de electrodo que forman un sistema de lentes electrostáticas.

Luego la idea es obtener campos eléctricos que realicen la operación de hacer volver sobre el eje a los electrones desviados, lo que se logra con una conformación adecuada de los electrodos y una adecuada diferencia de potencial entre ellos, obtenida por medio de un potenciómetro que se denomina control de foco. Para medir una señal con el osciloscopio, por ejemplo una tensión periódica tipo V=V (t) esta debe aplicarse a las placar deflectoras verticales (Y), al hacer esto, el haz de electrones emitido por el cañón experimentara desplazamientos verticales proporcionales a la tensión V (t), lo que se verá reflejado en la pantalla, como un punto luminoso que sube y baja a lo largo de un mismo segmento rectilíneo vertical de periodo T, igual al de la señal aplicada.

Figura 1:

[pic 1]

A los efectos de obtener en la pantalla del osciloscopio la gráfica de V(t) versus t (tiempo), será necesariamente desplazar horizontalmente el haz uniformemente de izquierda a derecha, al mismo tiempo que experimenta el desplazamiento vertical debido a la tensión V.

SISTEMA VERTICAL: AMPLIFICADOR VERTICAL (AV):

Se trata de una conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema vertical.

SISTEMA HORIZONTAL: BASE DE TIEMPO (BT):

Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema horizontal.

SISTEMA DE DESVIACION VERTICAL.

Consta básicamente de los siguientes elementos:

1. Sonda (Punta)
2. Selector de entrada.( Este selecciona el canal 1 o 2)
3. Atenuador de entrada
4. Amplificador vertical

El selector de entrada permite introducir al osciloscopio la señal que se desea medir, bien directamente o bien a través de un condensador. Ambas posibilidades se seleccionan con el conmutador (AC-GND-DC). Cuando el acoplamiento esta en (DC) lo que se verá en la pantalla será la señal de tensión  completa. Algunas veces se quiere ver una pequeña señal alterna que se está moviendo sobre una gran tensión de continua, este caso se debe conmutar a una alterna (AC); esto acopla capacitivamente (con una sola constante  de tiempo de aproximadamente 0,1 seg) la entrada, permitiendo solo el paso de la parte alterna de la señal, bloqueando la componente continua. La mayoría de los osciloscopios también tienen una posición de entrada a tierra (GND), la cual permite ver dónde está el cero de tensión (0 Volts) en la pantalla. En la posición GND  la señal no es cortocircuitada a tierra, solamente es desconectada del osciloscopio, cuya entrada es aterrizada.

SISTEMA DE BARRIDO HORIZONTAL.

Si se aplicara al sistema de desviación vertical una señal periódica y se dejara funcionar libremente al circuito generador de la señal del barrida, solo se tendría sobre la pantalla una imagen fija cuando la frecuencia de la señal a medir fuese múltiplo de la frecuencia de la señal de barrido de otro modo, los sucesivos barridos se iniciarían sobre distintos valores de la señal a representar dando lugar a imágenes diferentes en cada barrido e impresionando la retina con varias de ellas( sensación de movimiento).

TIPOS DE ONDAS:

Se clasifican en 4:

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 también senoidales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC(corriente alterna) producen señales senoidales.

 Ondas cuadradas y rectangulares: Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos rectangulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto debido a que este tipo de señales contienen en si mismas todas las frecuencias).

Ondas triangulares y en diente de sierra: Se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico o 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.

Curvas de Lissajous: Las curvas de Lissajous, es la gráfica del sistema de ecuaciones paramétricas correspondientes a la superposición de movimientos armónicos simples en direcciones  perpendiculares: [pic 2]

X= A Sen (wt + α)

Y=B Sen (wt + β)  

δ = α - β

La trayectoria resultante dependerá de la relación de las frecuencias y de la diferencia de fase. Las curvas de Lissajous fueron investigadas por Nathaniel Browdictch en 1815 y después, con mayores detalles, por Jules Antoine Lissajous.

La apariencia de la figura es muy sensible a la relación: wx/wy, esto es, la relación entre frecuencias de los movimientos en X e Y. para un valor de 1, la figura es una elipse, con los casos especiales del circulo (A=B, δ = π/2) y de las rectas (δ = 0) incluidos. Otra de las figuras simples de Lissajous es la parábola (a/b= 2, δ = π/2).  Otros valores de esta relación producen curvas más complicadas, las cuales sólo son cerradas si la relación entre las frecuencias es un número racional.

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