Generador de Funciones y Osciloscopio
Generador de Funciones y Osciloscopio
Generador de Funciones y Osciloscopio
Estudiar el uso del generador de funciones y del osciloscopio a través del manejo de sus controles y de la
realización de mediciones básicas.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
Generador de Funciones.
El generador de funciones a ser utilizado produce voltajes, o señales, que varían periódicamente con el tiempo.
En general, una señal generada por este equipo, puede considerarse como las suma de dos componentes: una
componente variable y una componente continua o nivel DC. Los diversos selectores, controles y terminales del
generador de funciones se describirán en relación con la Figura 1
Osciloscopio.
El osciloscopio a ser empleado es de dos canales; es decir, puede desplegar dos señales simultáneamente dos
señales en su pantalla. En el modo básico de operación, se trazan representaciones gráficas de voltaje (eje
vertical) en función del tiempo (eje horizontal). De la misma manera, puede trazarse la suma instantánea de las
señales de ambos canales. En el modo X-Y, se obtiene una figura de Lissajous, en la que la variable Y (eje
vertical) queda determinada por la señal del canal 1y la variable X (eje horizontal) por la señal del canal 2; en
este modo, ambos ejes representan voltajes. Los diversos selectores, controles y terminales del osciloscopio se
describirán en relación con la Figura 2; algunos de ellos están repetidos y en cada caso, el primero corresponde
al canal 1 y el segundo, al canal 2.
Las magnitudes a medir deben abarcar el mayor espacio posible en la pantalla del osciloscopio y los trazos
deben ubicarse convenientemente, por ejemplo para poder usar las graduaciones en subdivisión de los ejes
centrales de la pantalla. Este apartado será ejemplificado para una única señal de entrada senoidal. Las figuras
muestran diferentes despliegues de la señal que corresponden a los factores de escala vertical y horizontal
indicados en las mismas.
Medición de voltajes.
El voltaje entre dos niveles está dado por el número de divisiones verticales entre esos niveles, multiplicado por
el factor de escala vertical. Para medir voltajes con respecto a la referencia, ésta debe ser ubicada en una línea
horizontal conveniente de la pantalla, que será la línea de referencia; luego, la señal de entrada debe ser
acoplada directamente y las mediciones deben realizarse respecto a dicha línea. Voltajes ubicados por encima de
dicha línea, serán positivos de otra manera, serán negativos.
Vmáx
Vpp
Línea de Referencia
FIGURA 1.
Según la Figura 3, el voltaje pico a pico de la señal (diferencia entre los voltajes máximo y mínimo) designado
Vpp, es igual a:
De acuerdo también con la Figura 3, el voltaje máximo respecto a la referencia, Vmáx, es igual a:
FIGURA 2
Medición de Tiempos.
El tiempo entre dos eventos está dado por el número de divisiones horizontales entre esos eventos, multiplicado
por el factor de escala vertical.
Según la Figura 4, el periodo de la señal es:
v 7 V sen 1.904 x10 6 rad/s 3.30 x10 6 s 0
v 7 V sen6.289 s
Asumiendo un tiempo de referencia (tiempo cero) pueden medirse voltajes en función del tiempo.
Por ejemplo, puede medirse el voltaje de la señal para un tiempo de 0.4 [ms], tomando como tiempo cero un
tiempo en el cual la señal de entrada se encuentra en su nivel DC (VDC = 0.6 [V]) en el tramo de subida, Para ello,
inicialmente se ha seleccionado pendiente de disparo positiva y con ayuda de la línea vertical central se ha
ajustado el nivel de disparo para que el trazo de la señal se inicie en 0.6[V]. Luego, el trazo se ha movido cuatro
divisiones a la izquierda (trazo continuo) de esa manera:
En el generador de funciones seleccionar la forma de onda senoidal, colocar los controles de amplitud y
nivel DC en una posición central y seleccionar una frecuencia aproximada de 1[Khz].
En el osciloscopio colocar todos los controles giratorios en una posición central, con excepción de los
controles VARIABLE y VAR/SWEEP que deben estar en una posición CAL. Liberar todos los botones
de presión, excepto PUSH AUTO y PULLx10 que deben estar presionados. Seleccionar acoplamiento
directo para las señales de entrada y acoplamiento AC para la señal de disparo. Seleccionar la señal del
canal 1 como señal de disparo.
Conectar inicialmente los equipos como se muestra en la Figura 6. El conector negro del cable que se
conecta al conector de entrada del osciloscopio, se constituye en el terminal de referencia, GND o tierra.
Con el generador de funciones generando une señal arbitraria y trabajando en el modo de trazo único
(canal 1) del osciloscopio, medir el voltaje pico a pico, el voltaje máximo y el periodo de la señal,
Calcular el nivel DC de la señal.
Medir el periodo de la señal para cinco longitudes de honda diferentes, y realizar la lectura de la
frecuencia en el generador de funciones. Determinar el factor de escala horizontal, y el error porcentual
de la frecuencia.
Obtener del generador de funciones una ser'lal senoidal que tenga una amplitud, Vm de 0.60[V], nivel
DC de -0.28[V] y frecuencia de 2.7[Khz]. Todas las caracteristicas de la sepal deben ser
verificadas con el osciloscopio. Dibujar el despliegue de la seal obtenido en la pantalla del
osciloscopio, incluyendo la linea de referencia y anotando los factores de escala.
En forma similar al punto anterior, obtener del generador de funciones una onda cuadrada que oscile
entre -1.4[V] y +3.8[V] (respecto de la referencia) con una frecuencia de 1.2[KHzJ.
T RATA M I EN TO D E D ATO S.
Calcular la amplitud, el nivel DC y la frecuencia de la señal del punto 6. Del laboratorio expresar la señal en la
forma: v Vm sen t VDC
Determinar el factor de corrección del osciloscopio en la medida de los periodos, y calcular el error porcentual
de la frecuencia medida en el oscicloscopio respecto del generador de funciones.
T ( s ) V(v)
50 7.8
100 11.4
150 13.2
200 13.0
Asumiendo que la apreciación en la pantalla del osciloscopio es de 0.1 divisiones, determinar los errores de
lectura, absolutos y porcentuales, del voltaje pico a pico y del periodo de la señal del punto 6 del Laboratorio.
ln Vpp ln A B
ln Vpp ln A ln B
Vpp A B
Vpp A B
A
Vpp Vpp
A
0.1
Vpp 20.5
4.1
Vpp 0.50 V
Del mismo modo la medida del periodo se puede escribir como:
T = A [div] x B [s/div]
ln T ln A B
ln T ln A ln B
T A B
T A B
A
T T
A
0.1 4
T 6.67 10
6.7
T 9.95 10-6 s
Obtencion de señales Prefijadas.-
Dibujar el despliegue obtenido en el punto 8. Del LABORATORIO, mostrando la ubicación de la referencia e indicando
factores de escala.
Dibujar el despliegue obtenido en el punto 9. Del LABORATORIO, mostrando la ubicación del referencia e indicando
factores de escala.
C UESTI O N ARI O .
2. ¿ Porque es conveniente que las magnitudes a medir ocupen el máximo espacio posible en la pantalla
del osciloscopio ?.
R. Porque en la mayoría de los casos el trazo de la señal que genera el generador de funciones, en el
osciloscopio, es un trazo inestable, que aparentemente se muestra con vibración de la honda,
produciendo errores por paralaje, y por apreciación de la lectura. Si las magnitudes a medir se presentan
en el máximo espacio posible se reducirá el error de apreciación y se eliminará el error de paralaje.
3. En general cuando funciona el modo de barrido horizontal automático del osciloscopio, no se tiene un
trazo estable; entonces ¿ Cual la utilidad de este modo ?.
R. En este modo la señal que genera el generador de funciones, es interpretada y sincronizada por el
osciloscopio, para luego ser acoplada y presentada en la pantalla, de esta manera la señal que se muestra
en pantalla si bien no es muy estable, será la que mejor se adecué a la señal generada por el generador,
esto no sucede en el modo automático la señal no es interpretada, y se asume una honda promedio,
cuando en realidad puede no existir señal de disparo, o cuando está no alcanza el nivel de disparo.
4. ¿ Cuál es la diferencia entre las opciones CH1 del selector SOURCE y del segundo de los botones
VERTICAL MODE ?.
R. En el selector SOURCE, se determina el origen de la señal de disparo, que puede ser cualquiera de los
canales, en VERTICAL MODE, se determina, la señal del canal que se trazará. Si se desea trabajar en
modo de trazo de las dos señales de los dos canales, en VERTICAL MODE, se debe elegir: DUAL en el
primer botón, y CH2 en el segundo botón, y es independiente de la opción de si en el selector SOURCE,,
se encuentre en el Canal 1 o en el Canal 2. En general, SOURCE, solo define el origen de la señal, que
inclusive puede ser una señal externa de disparo.
C O N CLU CI O N ES.
El conocimiento de los distintos modos de operación, como de los distintos controladores, con los cuales cuentan
el generador de funciones y el osciloscopio, es muy importante, porque de aquí en adelante cuando se necesite
emplear alguno de estos instrumentos, se hará con el perfecto conocimiento de las funciones, por otra parte de
los grados de precisión, y de los respectivos ajustes que se deben realizar a los valores medidos por estos
instrumentos. El generador de funciones, presenta algunas limitaciones en cuanto a la generación de la señal,
que no es una señal continua, debido a que la señal que se emite no tiene una frecuencia totalmente constante,
de aquí se justifica las diferencias encontradas entre la frecuencia que generaba el generador de funciones con la
calculada de la medición del periodo en el osciloscopio.
El osciloscopio presenta limitaciones, en general en la sincronización y el acoplamiento de las señales que
genera el generador de funciones, de esta manera las medidas realizadas si bien son precisas, no alcanzan un
grado elevado de exactitud, pese a estas limitaciones, el osciloscopio es un instrumento necesario en cualquier
laboratorio de electricidad. De ahí la importancia de su conocimiento.