laboatorio de circuitos electricos electricos I fiee uni

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
INFORME FINAL Nº4
“EL OSCILOSCOPIO COMO VOLTÍMETRO Y
FRECUENCÍMETRO”
EE-131-N
PROFESOR: JIMENEZ ORMEÑO, LUIS FERNANDO.
RAMOS CARRION JORGE.
ALUMNO: GARCIA MALLMA DEIVY JHONN
CÓDIGO: 20112009D

2. CUESTIONARIO
1) Hacer un resumen de la función y principales usos del osciloscopio en electricidad y
electrónica.
 FUNCIONES:
 Determinardirectamente el periodoyel voltaje de unaseñal.
 Determinarindirectamente lafrecuenciade unaseñal.
 Determinarque parte de laseñal esDC y cual AC.
 Localizaraverías enun circuito.
 Medirla fase entre dosseñales.
 Determinarque parte de laseñal esruidoy como variaeste enel tiempo.
 USOS:
 Debidoa sufuncionamiento,el osciloscopioesutilizadoparamedirondaseléctricas,
enempresasde energíaeléctrica,plantasnucleares,ycentraleshidroeléctricasentre
otras.
 En navegación:Sistemasde radar;sistemasde sonar;señalizadores;sistemasde
orientación;sistemasde simulación.
 En física: Duraciónde eventoscortos(pulsosde nanosegundosamilisegundos);
caracterizaciónde materiales;monitoreode eventosnucleares;experimentosde
espectroscopia.
 En electrónica,se usadirectamenteenlamediade laenergíaeléctricaysu pasoen
componentes electrónicos(mediciónde amplitud,frecuencia,fase ydistorsiónde
señaleseléctricas.Trazadorde curvas.).
 En las empresasradio difusorasytelevisivasesusadoparamedirlasondas de las
señalesemitidas.
 En medicina,suusoesmás preciso,comoelectrocardiogramasy
electroencefalogramasentre otros.
 Tambiénesutilizadoenlos talleresmecánicosparadeterminar el nivel de
vibracionesque sufre uncoche.
2) Dibujar las señales observadas encada circuito y explicarla relacióncon las mediciones
hechas con el multímetro.Explicar la definición de valor medioy eficaz.
 RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA:

3. CIRCUITO UTILIZADO
VOLTAJE DE ENTRADA
VOLTAJE DE SALIDA
A continuación se muestralosdatosnuméricos(𝑉𝑎𝑐 y 𝑉𝑐𝑐) obtenidasexperimentalmente porel
multímetroy con el osciloscopio:

4. ENTRADA 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝑎𝑐 frecuencia
Con osciloscopio
(Amplitud)
5.1 𝑣 5.1 𝑣 200.4 𝐻𝑧
Con multímetro 0.251 𝑣 3.62 𝑣 200.5 𝐻𝑧
SALIDA 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝑎𝑐 frecuencia
Con osciloscopio
(Amplitud)
4.72 𝑣 4.72 𝑣 200.4 𝐻𝑧
Con multímetro 1.446 𝑣 1.789 𝑣 200.5 𝐻𝑧
Los valoresdel multímetrose obtuvieronconlamediciónenACyDC. En el osciloscopiosolo
era posible mediramplitud de laonda. 𝑉𝑐𝑐 esel voltaje medio y 𝑉𝑎𝑐 esel voltaje efectivo.
 RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA:
CIRCUITO UTILIZADO
VOLTAJE DE ENTRADA

5. VOLTAJE DE SALIDA
A continuación se muestralosdatosnuméricos(𝑉𝑎𝑐 y 𝑉𝑐𝑐) obtenidasexperimentalmente porel
multímetroy con el osciloscopio:
ENTRADA 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝑎𝑐 frecuencia
Con osciloscopio
(Amplitud)
5 𝑣 5 𝑣 200 𝐻𝑧
Con multímetro 0.032 𝑣 3.539 𝑣 192.6𝐻𝑧
SALIDA 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝑎𝑐 frecuencia
Con osciloscopio
(Amplitud)
3.6 𝑣 3.6 𝑣 400 𝐻𝑧
Con multímetro 2.31 𝑣 1.41 𝑣 408.2 𝐻𝑧
Los valoresdel multímetrose obtuvieronconlamediciónenACyDC. En el osciloscopiosolo
era posible mediramplitudde laonda. 𝑉𝑐𝑐 esel voltaje medio y 𝑉𝑎𝑐 esel voltaje efectivo.
 VALOR MEDIO
Promediointegral enunperíodo “ 𝑇”. Geométricamente el áreaque comprendelafunción
durante un períododebe serigual al área de un rectángulocuyaalturaes el valormedioyla
base el período:
∫ 𝑣(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0 = 𝑉𝑚.T
𝑉𝑚 =
1
𝑇
∫ 𝑣(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0
En toda ondasimétricarespectoal eje de tiempos,lasáreaspositivasynegativassoniguales,
estoimplicaque el valormedioseránulo.
Rectificador de media onda
𝒗 𝒐 (𝐜𝐝) =
𝟏
𝟐𝝅
∫ 𝒗 𝒐 𝒅(𝒘𝒕)
𝝅
𝟎 =
𝟏
𝟐𝝅
∫ 𝑽 𝒎 𝒔𝒆𝒏( 𝒘𝒕) 𝒅(𝒘𝒕)
𝝅
𝟎 =
𝑽 𝒎
𝝅
= 𝟎. 𝟑𝟏𝟖𝑽 𝒎

6. Rectificador de onda completa
𝒗 𝒐 (𝐜𝐝) =
𝟐
𝟐𝝅
∫ 𝒗 𝒐 𝒅( 𝒘𝒕)
𝝅
𝟎 =
𝟐
𝟐𝝅
∫ 𝑽 𝒎 𝒔𝒆𝒏( 𝒘𝒕) 𝒅(𝒘𝒕)
𝝅
𝟎 =
𝟐𝑽 𝒎
𝝅
= 0.636𝑽 𝒎
 VALOR EFICAS
Se define el valoreficazcomoel valorcuadráticomedioolaraíz cuadrada del valor mediodel
cuadrado de la funciónenunperíodo.Segúnestadefiniciónpodremosescribir:
𝑉𝑒𝑓
2
.T = ∫ 𝑣2(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0
𝑉𝑒𝑓 = √
1
𝑇
∫ 𝑣2(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0
Rectificador de media onda
𝑣 𝑜(rms) = √[
1
2𝜋
∫ 𝑣 𝑜
2 𝑑(𝑤𝑡)
𝜋
0
] = √[
1
2𝜋
∫ 𝑉𝑚
2 𝑠𝑒𝑛2(𝑤𝑡)𝑑(𝑤𝑡)
𝜋
0
] =
𝑉 𝑚
2
= 0.5𝑉𝑚
Rectificador de onda completa
𝑣 𝑜(rms) = √[
2
2𝜋
∫ 𝑣 𝑜
2 𝑑(𝑤𝑡)
𝜋
0
] = √[
2
2𝜋
∫ 𝑉𝑚
2 𝑠𝑒𝑛2(𝑤𝑡)𝑑(𝑤𝑡)
𝜋
0
] =
𝑉 𝑚
√2
= 0.707𝑉𝑚
3) Cuál es la influenciade la frecuenciapara las medicionesde losvaloreseficacesy
promedioen el multímetro.
 Simulandouncircuitocomose muestraenla figura,podemosobservarque a
frecuenciaspequeñas(de 𝑚𝐻𝑧amenos),el multímetro noindicael voltaje eficaz,
perosi subimoslafrecuencia (de 𝐻𝑧 amas),el voltaje eficazse estabilizay
prácticamente se mantiene constante.
 Con respectoal valormedio,afrecuenciaspequeñas(𝑚𝐻𝑧a 𝜇𝐻𝑧) el valormedidono
esestable yel error de mediciónesconsiderable.Peroal aumentarlafrecuencia,los
valoresse estabilizanyprácticamente permanecenconstantes.

7. 4) Investigar sobre las limitacionesenfrecuenciadel osciloscopio,así como susdemás
características de operación(𝒁𝒊𝒏 ,𝑩. 𝑾., 𝑽 𝒑𝒑 𝒎𝒂𝒙, etc.).
 VOLTAJE PICO A PICO (VPP):
 En electricidadyelectrónica,se denominavalorde pico(VP) de unatensiónperiódica
a la amplitudoal valormáximode lamisma.Para voltaje alternotambiénse tieneel
valorde picoa pico (VPP),que esladiferenciaentre supicomáximopositivoysupico
negativo.
 ANCHO DE BANDA (BW):
 Especificael rangode frecuenciasenlasque el osciloscopiopuedemedircon
precisión.Porconvenioel anchode bandase calculadesde 0Hz (continua) hastala
frecuenciaala cual una señal de tiposenoidal se visualizaaun70.7% del valor
aplicadoa la entrada(loque corresponde aunaatenuaciónde 3dB).
 TIEMPO DE SUBIDA:
 Es otro de los parámetrosque nosdará, juntocon el anterior,lamáximafrecuenciade
utilizacióndel osciloscopio.Esunparámetromuy importante si se deseamedircon
fiabilidadpulsosyflancos(recordar que este tipode señalesposeentransicionesentre
nivelesde tensiónmuyrápidas).Unosciloscopionopuede visualizarpulsoscon
tiemposde subidamásrápidosque el suyopropio.
 IMPEDANCIA 𝒁𝒊𝒏 :
 Al conectar el OSCILOSCOPIOal circuito,este agrega unaciertaimpedancia“ZIN”al
circuito.
 Quedapara nosotrosdeterminarsi esaimpedanciaafectael funcionamientodel
circuitoo no lohace.
 SENSIBILIDAD VERTICAL:
 Indicala facilidaddel osciloscopioparaamplificarseñalesdébiles.Se suele
proporcionarenmV por divisiónvertical,normalmente esdel ordende 5mV/div
(llegandohasta2mV/div).
 VELOCIDAD:
 Para osciloscopiosanalógicosestaespecificaciónindicalavelocidadmáximadel
barridohorizontal,loque nospermitiráobservarsucesosmásrápidos.Suele serdel
ordende nanosegundospordivisiónhorizontal.
 RESOLUCIÓN VERTICAL:
 Se mide enbitsy esun parámetroque nos da la resolucióndel conversorA/Ddel
osciloscopiodigital.Nosindicaconque precisiónse conviertenlasseñalesde entrada
envaloresdigitalesalmacenadosenlamemoria.Técnicasde cálculopuedenaumentar
la resoluciónefectivadel osciloscopio.
 EXACTITUD DE LA BASE DE LOS TIEMPOS:

8.  Indicala precisiónenlabase de tiemposdel sistemahorizontaldel osciloscopiopara
visualizarel tiempo.Tambiénse suele darenporcentaje de errormáximo.
 LIMITACIONES DEL OSCILOSCOPIO
 Errores de ancho de banda y tiempo de subida (influencia de la frecuencia): Si la
frecuenciade lasseñalesquese aplicanal osciloscopioesmayorque lascapacidadesde
respuestaalafrecuenciade losamplificadoresdelinstrumento,lasimágenesmostradas
no serán réplicas fieles de ésas señales de entrada. Los límites de frecuencia en un
osciloscopio están determinados por el tiempo de crecimiento ( 𝑇𝑝) y ancho de banda
(BW); la relación entre estas dos cantidades está dada por:
𝑇𝑝 ≥
350
(𝐵𝑊)𝑀ℎ𝑧
5) Viendola forma de la onda del osciloscopioen el caso del ROC, para diferentes
frecuencias.¿Cómodisminuiríaal mínimoeste error? ¿Este error será más pronunciado a
altas o bajas frecuencias?
La formade onda enel rectificadorde ondacompleta(ROC) esafectadaporlascaracterísticas
del diodoque utilizamos paralaexperiencia.El errorproducidose debe alascapacitancias
internasdel diodo:capacidadde transiciónycapacidadde difusión.
La capacidadde transiciónesmuypequeña(ordende lospicofaradios),razónporla cual su
impedanciaesaltaporlo que la corriente que circulaenunapolarizacióninversaespequeña.
Recordemosque:
𝑍 =
1
𝑤𝐶𝑗
La capacidadde difusiónesalta,porloque se consideracomocircuitocerradola polarización
directa.De la ecuaciónmostradaanteriormente,notamosque la impedanciade lacapacitancia
internadel diodonosolodependede lascaracterísticasde este,sinotambiénde w,ypor ende
de la frecuencia(recordandoque: 𝑤 = 2𝜋𝑓).Remplazandoenlaformulamostrada
anteriormente tendríamos:
𝑍 =
1
2𝜋𝑓𝐶𝑗
De estonotamosque,parafrecuenciasbajaslaimpedanciavaaumentar.Porloque para
alimentacionesde tensionespequeñasladiferenciaserianotoria(valoresinstantáneos
cercanosa 0 𝑣 de la onda senoidal).
6) La amplitud de entrada es diferente ala amplitud de salida ¿A qué se debe?¿En qué caso
esta diferenciaesmayor? ¿Por qué?
Esto se debe a que se usan diodosrealescuyocomportamiento corriente–voltaje noeslineal,
sinomás bientiene uncomportamientoaproximadamente exponencial.Debidoala
complejidadde trabajarconfuncionesexponenciales, el comportamientode losdiodosse
puede aproximarporel “ModeloLineal porsegmentos”.Coneste método,el diodoreal se
reemplazaporunaresistenciapequeña,unvoltajede codoo activación (𝑣 𝑘 ≈ 0.7 𝑣) yun
diodoideal.

9. En una ROC si 𝑉𝑚 esla amplitudde laseñal de entrada, 𝑉𝑚 − 2𝑣 𝑘 serála amplitudde laseñal
de salida.Porlo tanto,la amplitudde salidasiempre esmenorque laamplitudde entrada.
7) Investigar sobre formas de medirfrecuenciacon el ORC. Como las figurasLissajouse,base
de tiempocalibrado,la rueda dentada,etc.
 Medidade tiempoy frecuencia:
Para realizarmedidasde tiempose utilizalaescalahorizontal delosciloscopio.Estoincluyela
medidade periodos,anchurade impulsosytiempode subidaybajadade impulsos.La
frecuenciaesunamedidaindirectayse realizacalculandolainversadel periodo.Al igual que
ocurría con losvoltajes,lamedidade tiempos serámásprecisasi el tiempo objetode medida
ocupa lamayor parte de lapantalla,para elloactuaremossobre el conmutadorde labase de
tiempos.Si centramoslaseñal utilizandoel mandode posicionamientovertical podemos
utilizarlassubdivisionespararealizarunamedidamásprecisa.
 Medidade tiemposde subida y bajada enlos flancos:

10. En muchas aplicacionesesimportante conocerlosdetallesde unpulso,enparticularlos
tiemposde subidaobajadade estos. Las medidasestándarenunpulsosonsu anchura y los
tiemposde subidaybajada.El tiempode subidade unpulsoeslatransicióndel nivel bajoal
nivel altode voltaje.Porconvenio,se mide el tiempoentre el momentoque el pulsoalcanzael
10% de la tensióntotal hastaque llegaal 90%. Esto eliminalasirregularidadesenlasbordes
del impulso.Estoexplicalasmarcasque se observanenalgunososciloscopios(algunasveces
simplementeunaslíneaspunteadas).Lamedidaenlospulsosrequiere unfinoajusteenlos
mandosde disparo.Para convertirse enunexpertoenlacapturade pulsosesimportante
conocerel uso de losmandosde disparoque poseanuestroosciloscopio.Unavezcapturadoel
pulso,el procesode medidaesel siguiente:se ajustaactuandosobre el conmutadordel
amplificadorvertical yel yel mando variable asociadohastaque laamplitudpicoapico del
pulsocoincidaconlas líneaspunteadas(olasseñaladascomo0% y 100%). Se mide el intervalo
de tiempoque existe entreque el impulsocortaa lalínea señaladacomo10% y el 90%,
ajustandoel conmutadorde labase de tiemposparaque dichotiempoocupe el máximode la
pantalladel osciloscopio.
 Medidadel desfase entre señales:
La secciónhorizontal del osciloscopioposee uncontrol etiquetadocomoX-Y,que nosva a
introducirenunade lastécnicasde medidade desfase (laúnicaque podemosutilizarcuando
solodisponemosde uncanal vertical ennuestroosciloscopio).
El periodode unaseñal se corresponde conunafase de 360º. El desfase indicael ángulode
atraso o adelantoque posee unaseñal conrespectoaotra (tomadacomo referencia) si
poseenambasel mismoperiodo.Yaque el osciloscopiosolopuede medirdirectamente los
tiempos,lamedidadel desfase seráindirecta.
Uno de losmétodosparamedirel desfase esutilizarel modoX-Y.Estoimplicaintroduciruna
señal porel canal vertical (generalmente el I) ylaotra por el canal horizontal (el II).(Este
métodosolofuncionade formacorrectasi ambasseñalessonsenoidales).Laformade onda
resultante enpantallase denominafigurade Lissajous(debidoal físicofrancésdenominado
JulesAntoine Lissajous).Se puedededucirlafase entre lasdosseñales,asícomosu relaciónde
frecuenciasobservandolasiguiente figura:

11. 8) Observaciones,conclusionesyrecomendacionesde la experienciarealizada.
 Observaciones:
En este experimentose puede verlasdiversasaplicacionesdel osciloscopio;enlamediciónde
losvaloreseficaces,valoresmediosylamediciónde lafrecuenciade unamaneraindirecta.
Durante el experimentose observalascaracterísticasde laondade salidaenROMY ROC,y al
medirvaloreseficaces,valoresmedioylafrecuenciade laondaobservamos que el
osciloscopionospermite:
 Determinardirectamente el periodoyel voltaje de unaseñal.
 Determinarindirectamente lafrecuenciade unaseñal.
 Conclusiones:

12.  El osciloscopionopermiteobservarlascaracterísticasde lasseñalesalternas.
 Podemosverificarlascaracterísticasde losdiodosy losrectificadores.
 Se verificaronlascaracterísticasdel rectificadorde mediaonda(separalosciclos
positivos),el osciloscopionospermitióobservarestascaracterísticas.
 Se verificaronlascaracterísticasdel rectificadorde ondacompleta.(Eslaque másse
usa enla actualidad).
 Se aprendióa calibrarel osciloscopio,se concluyeque lacalibraciónesimportante,
puesal no hacerlalosvaloresque obtendríamosseríandistintos.
 Recomendaciones:
 Colocaren posicióncalibradael mandovariable de voltios/división(potenciómetro
central).
 Ajustarel osciloscopioparavisualizarel canal I
 Antesde tomar notade losdatosverificarque el multímetroyel osciloscopiose
encuentrenenlaescalacorrecta
 Calibrarcorrectamente el osciloscopioytambiénel multímetroantesde realizarlas
mediciones,el multímetrodebe estarenlaescalacorrectapara medirvalores
menoresaesta escalaya que podríamosquemarel fusible.
 Se recomiendaverificarel estadode loscablesydel multímetro.
9) Mencionar3 aplicacionesprácticasde laexperienciarealizadacompletamentesustentadas.
 Monitor Fisiológico
Muchos de las reaccionesymovimientosque se producenenlosorganismosanimalesy
humanosproducenoson producidosporinflujoseléctricos, porestoexiste uninstrumento
llamadoosciloscopioque midenoreaccionanante estoscambioseléctricos delcuerpo.Este
aparato, el osciloscopioesmuyutilizadoenlabiología,yenla medicinadentrode loscampos
investigativosyclínico.
Los monitoresfisiológicossonuntipode osciloscopiosque respondenadiferentescambios en
el organismoseanestos eléctricosono.Este tipode aparatos sonmuy utilizadoscomo
electrocardiógrafos,electroencefalógrafosomonitoresdel pulso.Enel casode serutilizados
como electrocardiógrafooelectroencefalógrafo,estosinstrumentostransformanlosimpulsos
eléctricosenamplificacionesde lasmismasparaluegoseraplicadasenuna placade deflexión.

13.  Vectoscopio
Instrumentode medidautilizadoentelevisiónparavery medirlacomponente de colorde la
señal de video.El monitorvectoscopio esenrealidadunosciloscopioespecializadoenla
representaciónde laparte de crominanciade laseñal de video.
 Visualizaciónde señales:
Conectandounaseñal a laentrada “Y” y aplicandoenplacasX un diente de sierraadecuado
por mediode labase de tiemposyde loscircuitosde sincronismo,se tieneenpantalla,una
reproducciónde lavariaciónrespectode laseñal problema.El estudiode estosregistros
proporcionaunavaliosainformación:permite el estudiode comportamientode dispositivos,
detectarfallosencircuitoscuandolaformade laonda difiere de laesperada(distorsión),etc.