USO DE LA CALCULADORA CLASSPAD 330 COMO OSCILOSCOPIO
Uso de la calculadora ClassPad 330 como osciloscopio
Saludos a la comunidad Steemit en especial a la comunidad del proyecto @steemstem y @stem-espanol. El propósito de este post es implementar el uso de la calculadora e instrumentos que se disponen en el laboratorio de la universidad, para analizar señales digitales producidas por un generador de ondas y fuentes de poder de corriente alterna. De aquí la calculadora puede usarse como osciloscopio, adquiriendo datos en forma instantánea y calculando posteriormente el periodo y las frecuencias de diferentes señales.
INTRODUCCIÓN
El uso de la tecnología en la enseñanza de la física tiene una gama amplia de aplicaciones didácticas para comprobar las leyes de la física. Las más frecuentes son los laboratorios de física que poseen equipamiento o instrumentos para medir en forma directa las propiedades físicas de un fenómeno y otros casos se realizan simulaciones computacionales con programas informáticos como son los formatos applets, apache y plataforma Moodle. Para otros laboratorios más sofisticados usan instrumentación tecnológica que poseen sensores, interfaces, calculadoras y computadores.
He realizado algunos montajes como instalar los instrumentos para estudiar señales digitales y además de eso se pueden diseñar circuitos electrónicos tales como circuitos RC, RCL, circuitos de diodos (puentes rectificadores de onda completa y media onda), que se visualizan y analizan directamente en la calculadora. En este caso voy a mostrar el montaje experimental del generador de señales, el osciloscopio, la calculadora Casio 330 plus y dos circuitos puentes rectificadores.
En los últimos tiempos, las tecnologías aplicadas a la educación científica han experimentado una gran evolución, tanto en el desarrollo de herramientas cada vez más potentes como en la mejora pedagógica de los contenidos del software educativo.
Es importante destacar que estudios han demostrado la gran utilidad didáctica de nuevas tecnologías implementadas en los laboratorios de ciencias y que son medios interactivos de comunicación que permiten al estudiante-profesor extraer información tales como (textos, imágenes, datos y graficas) y además sirve como herramientas que efectúan simulaciones y/o para medir y controlar experimentos de manera más rápida y eficiente .
MÉTODO EXPERIMENTAL.
El trabajo experimental se desarrollo en el laboratorio de enseñanza de Física, utilizando instrumentación tecnología. Esta consistió en conectar un generador de onda, osciloscopios, calculadoras Casio, sensores de voltaje, interfaces, puentes rectificadores de media y onda completa. Los resultados tanto numéricos como gráficos se registran en la pantalla de la calculadora y pueden ser procesados en programas de cálculos o graficadores externos como el Microsoft Excel o el Origin.
Montaje del generador de ondas
Este montaje consta de conectar el generador de señales con el osciloscopio y la calculadora Casio ClassPad 300, con interfase y el sensor de voltaje. Este sensor solo puede recibir una tensión de 10 V y es recomendable no exceder de esa cantidad. El generador se debe ajustar a cualquier frecuencia y amplitud que sea pueda ajustar en un osciloscopio y que sea visible en la pantalla, de esta manera la onda generada se puede visualizar en la pantalla de la calculadora. Ahora bien, lo más importante de esta práctica experimental es la observación directa de la gráfica y la obtención de los datos de manera instantánea. Con la adquisión de datos podemos graficar la curva en otro software graficador, que puede ser en este caso con el Origin. Unas de las ventajas es la adquisión de datos, ya que antes era imposible este proceso.
Montaje de un Rectificador de media onda
El rectificador de media onda, comprende en la conexión de un diodo y una resistencia en serie. Los diodos son semiconductores, que al tener esa conexión en forma de rectificador convierten la corriente alterna de un transformador a corriente continua. Generalmente estos rectificadores de onda, están conectados a resistencias y capacitores y se utilizan para hacer circuitos de fuente de poder para alimentar en voltaje a aparatos de corriente continua (figura 1). Este tipo de circuitos mantienen el voltaje de oscilación, debido al filtro de la capacitancia conectada en el circuito.
Este rectificador corta el rizado inferior y solo muestra los picos de arriba en la gráfica, manteniendo una amplitud de voltaje en estos picos. Para este y los siguientes montajes se utilizo diodos modelo 1N4007 y una resistencia de 100 ohm.
Rectificador de Onda Completa
El rectificador de onda completa está comprendido de dos diodos en paralelo, incluyendo una resistencia insertada entre los dos diodos. En la figura 2 se muestra el circuito del rectificador, de tal manera que un diodo conduce durante medio ciclo y el otro diodo durante el segundo medio ciclo.
Otros tipos de circuitos rectificadores se conocen como “puente rectificador” de onda completa y no es más que un circuito electrónico conformado por cuatro diodos semiconductores, lo cual es utilizado en la conversión de corriente alterna en continua. Este puente rectificador se observa en la figura 3
Las características principales del circuito son las siguientes: Las corriente de salidas del transformador son senoidales y por consiguiente se puede usar un transformador pequeño, comparado con un transformador industrial. Esto es para que el circuito de onda completa tenga la misma salida de alimentación del transformador.
Figura crédito de https://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador
Las virtudes de este puente rectificador es adecuado para aplicaciones de alta tensión.
EXPERIENCIAS CON LA CALCULADORA
Calculadora como osciloscopio
En la siguiente figura 4 se muestra el montaje experimental del uso de la calculadora con su respectivo sensor como osciloscopio. En la figura se observa la conexión de la calculadora con la interface (data analizer), y en la interface se conecta el sensor de voltaje al circuito o señal que se va a medir. Para este caso se conecto el sensor de voltaje directo a la punta de prueba del generador de señales o ruido,
Rectificador de media onda y puente rectificador de onda completa
Es este caso se presenta un montaje experimental para visualizar el comportamiento de circuito rectificador de media onda y onda completa. Este montaje se muestra en la figura 5 para el circuito de media onda y la figura 6 para el circuito de onda completa.
En la figura se muestra los picos superiores de la onda, filtrando el rizado inferior
En la figura 6, se observa el filtrado del semiciclo inferior, quedando una corriente y una tensión positiva. Si se desea lo contrario, es decir el filtrado del semiciclo superior, simplemente se invierte la dirección de conexión del diodo.
ANÁLISIS DE LA FUENTE CON EL OSCILOSCOPIO Y CALCULADORA
En la figura 7 se representa la respuesta de las señales emitidas por el generador de ondas conectados al osciloscopio y calculadora. De aquí se puede observar la señal comparado con la gráfica.
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Esta señal representa un voltaje de 70.000 mV y una frecuencia de oscilación F= 2.6 Hz
Resultados para el Rectificador de media onda y onda completa
En las figuras 9 y 10 se muestran las gráficas de los resultados obtenidos en los circuitos rectificadores de media onda y onda completa.
CONCLUSIONES
Esta instrumentación tecnológica permite realizar mediciones de magnitudes que generalmente son difíciles de efectuar y visualizar, debido a la complejidad del fenómeno de estudio, tal como es la adquisición de datos de señales de un osciloscopio o de puentes rectificadores de media onda y onda completa.
La experiencia realizada sirve además para realizar simulaciones con el funcionamiento de un sistema de adquisición de datos, cuando se conecta a un conjunto de sensores que sirven como instrumentos de medida de variables físicas en el laboratorio.
REFERENCIAS
Serway, R., Física , Tomo II Mc Graw-Hill, México, (2000).
Pontes Alfonso ( 2006), Jorge Gavilán, Marta Obrero, Andrés Flores. Diseño y aplicación educativa de un programa de simulación para el aprendizaje de técnicas experimentales con sistemas de adquisición de datos. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, vol. 3, núm. 2, , pp. 251-267, Asociación de Profesores Amigos de la Ciencia: EUREKA-España
Millan Jacob y Halkias Christos. (1979). Dispositivos y Circuitos electrónicos. Editorial Pirámide
CASIO, Worldwide Education Website, http://edu.casio.com/
CASIO, Classpad, http://classpad.net/
CASIO International, http://www.casio-intl.com/
User´s Guides of the data analyzer from Casio or Texas Instruments.
Originlab Data analysis and Graphing Software. www.originlab.com
Hi @germanmontero!
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Amigo @germanmontero. Excelente post. El uso de herramientas digitales e instrumentación de avanzada es vital en estos modernos tiempos, en la formación de nuestros estudiantes de Ciencias e Ingeniería. En ese sentido, tu post es un gran aporte. Mis sinceras felicitaciones.
¡Reestimeado!. Un abrazo.
Gracias por tu comentario @tsoldovieri, vendrán mas aporte de la calculadora como osciloscopio, hay varios circuitos que se pueden montar utilizando esta herramienta.
Saludos @germanmontero. Excelente trabajo. Interesante función y aplicación las que nos presentas en tu trabajo. Gracias por tu aporte.
gracias @lorenzor, esta forma de hacer los experimentos se pueden aplicar a tus trabajos.
Hola @germanmontero. Espero estés bien. Conozco tu trabajo y x eso me permito hacer dos comentarios: 1) tu contribución a la enseñanza de la Física Experimental es de aplaudir, más tomando en cuenta las limitaciones que tenemos en nuestras instituciones; 2) sería interesante que hicieras una recopilación de todo lo estás haciendo y plasmarlo en una guía ó libro... En ese sentido te apoyo siempre... un abrazo...
Gracias @jfermin, voy a tomar en cuenta tu sugerencia. Tratare de hacer un libro digital con sus depósitos legales. gracias por el apoyo
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