INFORME FINAL

MEDICIONES DE CORRIENTE ALTERNA CON EL VOLTIMETRO Y OSCILOSCOPIO

I.OBJETIVO

-Utilizar el Voltímetro para medir voltajes de CA.

-Determinar el efecto de carga de un voltímetro en un circuito de CA.

-Usar adecuadamente el generador de señales y el ORC para medir voltajes, frecuencia y ángulo de diferencia de fase en un circuito.

II.MATERIALES Y EQUIPOS

-3 resistencias de 39k, 56k y 120k.

-Condensador 0.1µF

-Transformador de alimentación: 220 V / 6 V AC.

-Generador de audiofrecuencia, Osciloscopio digital y Multímetro

-Conectores.

III.CIRCUITO EXPERIMENTAL

A) MEDICION DE VOLTAJES DE CA.

1. Conecte el circuito de la figura.

Circuito N°1

v (t )=6√2 sen337 t . v

2. Con el VOM medir voltajes en cada componente. Calibre adecuadamente el ORC. Mida voltajes con el ORC y anote en una tabla de datos. Calcule teóricamente la caída de tensión en cada resistencia.

TABLA 1

Resistencia Teórico Multímetro Digital

Osciloscopio Digital

56k 1.56 V 1.59 V 1.58 V39K 1.088 V 1.113 V 1.22 V

120k 3.34V 3.4 V 3.51 V

B) DETERMINACION DE LA FRECUENCIA MEDIANTE LA MEDICION DEL PERIODO

1. Ajuste la señal del generador de señales a 60 Hz y a una tensión de 6 voltios.

2. Conecte la señal de salida del generador a al entrada del eje vertical del osciloscopio. Utilize el osciloscopio para medir el periodo y, calcule la frecuencia correspondiente (f=1/T)

3. Repita este procedimiento para frecuencias de 1 kHz y 5 kHz. Anote sus resultados en una tabla de datos.

TABLA 2

60 Hz 1 kHz 5 kHzPeriodo(T ) 16.7ms 1ms 200 μsFrecuencia( f ) 59.88Hz 1kHz 5kHz

C. MEDICION DE LA FRECUENCIA EN BASE A LAS FIGURAS DE LISSAJOUSS.

1. Conectar el circuito de la figura. El transformador T disminuye la tensión de red de 220 V hasta 12 V.

2. Conmute los controles del osciloscopio, para que trabaje en el modo XY. Ajuste los controles de deflexión horizontal y vertical del osciloscopio hasta obtener una deflexión en el horizontal igual a la obtenida en el vertical.

3. Dibuje la figura que aparece en la pantalla del Osciloscopio. Calcule la frecuencia “desconocida” de la señal aplicada al; eje horizontal (X) del osciloscopio, según los puntos de tangencia con los ejes vertical y horizontal y con la frecuencia de referencia aplicada al vertical:

Fh=( nvnh ) .Fvfh: frecuencia de señal conectada al eje horizontal (X) del osciloscopio.

fv: frecuencia de señal conectada al eje vertical (Y) del osciloscopio.

nh: puntos de tangencia de la figura de Lissajouss con el eje X.

nv: puntos de tangencia de la figura de Lissajouss con el eje Y.

Las figuras que se obtuvieron fueron las siguientes:

Fh=( nvnh

)Fv

Fh=52×60=150Hz

4. Repita las mediciones anteriores para las frecuencias del generador de señales: 120, 180, 240 Hz. Anote sus medidas en una tabla de datos.

Frecuencia Figura de Lissajouss

Fh=( nvnh

)Fv

Fh=21×60=120Hz

Fh=( nvnh

)Fv

Fh=31×60=180Hz

Fh=( nvnh

)Fv

Fh=41×60=240Hz

D) MEDIDA DEL ANGULO DE DIFERENCIA DE FASE

1. Conectar el circuito de la figura :

2. Conecta adecuadamente el ORC. Fije un punto de referencia , identificando cada señal :

Yb es la señal de voltaje aplicado Ya corresponde al voltaje en la resistencia que esta en fase con la señal de corriente del circuito, observe el corrimiento entre estas dos señales. Mida el desplazamiento en el tiempo entre estas dos ondas. Calcule el ángulo de diferencia de fase.

La diferencia entre la primera onda puesto a cero y la segunda onda es de 54 grados sexagesimales.

3. Repita el procedimiento para una frecuencia del generador de señal de 1KHz. Anote sus valores medidos

La diferencia entre la primera onda puesto a cero y la segunda onda es de 36 grados sexagesimales.

IV.CUESTIONARIO FINAL

1. Explique si respecto a los datos de la tabla (1), existen diferencias entre los voltajes medios y calculados.

Se puede llegar a observar pequeñas diferencias al comparar las medidas de los voltajes obtenidos, esto debido a que el multímetro (voltímetro) tiene un efecto de carga y una sensibilidad diferentes a la del osciloscopio. Quien también cuenta con un margen de error pero este es más preciso con la medida sin embargo la medida que nos resulta con el voltímetro también es aceptable.

2. Respecto a los datos de la tabla (2), explique las diferencias existentes entre los cálculos teóricos y valores experimentales.

Al calcular el periodo multiplicando la base de tiempo por la cantidad de cuadraditos calibrados puede que introduzcamos errores al contabilizar los cuadraditos lo cual alterara nuestras mediciones por lo tanto la frecuencia también tendría un error a esta causa. Sin embargo el osciloscopio tiene una función la cual es darnos directamente el periodo con este dato es más seguro obtener una buena medida del periodo por consiguiente de la frecuencia.

3. Al medir voltajes con el Osciloscopio digital, habrá “efecto de carga” en el Circuito N°1. Explique.

El efecto de carga es natural en todos los instrumentos de medición, en el caso de la medición de voltajes debido a la impedancia “muy grande” que ellas presentan y que teóricamente es infinito. El osciloscopio naturalmente no es la excepción.

4. Indique las ventajas y desventajas de usa un osciloscopio como voltímetro de ca.

Ventajas:

- Podemos observar los valores de Vpp, Vp y Vef

- Se pueden apreciar las señales de la onda de c.a.

- Se pueden comparar más de dos señales en CA para así compararlas

- Su margen de error es menor que la del voltímetro.

Desventajas:

- Se corre el riesgo que las puntas de prueba estén fallando y se observe una señal

con ruido.

- Su alto costo.

- Al usar accesorios inadecuados puede generar errores.

5. Considera Ud. exacta la determinación de la frecuencia mediante la medición del periodo, según los datos de la tabla (3).

Con relación a los resultados obtenidos en la tabla (3), nos encontramos con una precisión considerable. Siendo el osciloscopio preciso en este sentido, sin embargo, como todo instrumento, no es exacto del todo.

6.- ¿Cuándo es conveniente usar la frecuencia de la red como referencia para la medición de la frecuencia mediante las figuras de Lissajouss?

Como sabemos para medir la frecuencia de una señal se puede utilizar las figuras de lissajouss, este método consiste en la comparación entre dos frecuencias, una conocida (utilizada como referencia) y otra desconocida. La señal de frecuencia desconocida es aplicada a la entrada vertical del ORC. La salida de la señal conocida del generador de frecuencia es aplicada a la entrada horizontal del ORC y al conmutador de barrido externo. Luego se varía la frecuencia del generador hasta obtener una señal estable (lissajouss) y luego se utiliza la relación:

Fx=( nvnh

)F

Dónde:

Fx: frecuencia de la señal desconocida.

F: frecuencia de la señal conocida.

De esta teoría se puede deducir que la frecuencia de la red (60Hz) solo es recomendable utilizar para medir frecuencias cuando las señales (desconocidas) son de baja frecuencia o también cuando las frecuencias medidas sean múltiplos de la frecuencia de la red.

7. ¿Es posible usar el método de las figuras de Lissajouss cuando la frecuencia de la referencia está conectada a la entrada horizontal? justifique su respuesta.

Si es posible el uso del método de las figuras de Lissajouss cuando la frecuencia de referencia está conectada a la entrada horizontal.

Se puede emplear un osciloscopio directamente para medir la frecuencia de una señal de onda sinusoidal exactamente calibrado como un patrón de comparación. La señal de frecuencia desconocida es aplicada a la entrada vertical del osciloscopio.La salida conocida del generador de frecuencia es aplicada a la entrada horizontal del osciloscopio, y el conmutador de barrido del osciloscopio se pone en la posición de barrido externo. Luego se varía la frecuencia del generador de señal patrón manualmente hasta que aparezca una curva estable en la pantalla, curva que se denomina figura de Lissajouss. Trazando una recta horizontal y otra vertical que sean tangentes a la curva, se podrá determinar el número de puntos de tangencia horizontal y vertical, luego se procede a la utilización de la relación ya conocida para determinar la frecuencia incógnita. 8.- ¿Cuándo se produce la diferencia de fase en un circuito? En un circuito resistivo puro no hay ningún ángulo de desfase. Pero si agregamos al circuito un condensador o una bobina este ángulo varia, con el condensador la corriente adelanta la tensión y en un circuito inductivo puro la tensión adelanta a la corriente.

9.- Según el método experimental utilizado para la medición del ángulo de fase, explique cuál es la finalidad de utilizar el control de sincronismo externo (SINC. EXT) del osciloscopio.

Un modo importante de sincronización es el EXT (externo). Una señal completamente aplicada a la entrada vertical puede aplicarse a los terminales de entrada marcados EXT. Esta señal de entrada externa entonces para disparar el ORC. En muchas aplicaciones una señal tomada de un punto en el circuito que está siendo probado se utiliza como la señal de sincronización externa. Así cualquier medida que se está siendo utilizando el ORC en cualquier otro punto en el mismo circuito estará sincronizada por una señal que tiene la misma tasa de frecuencia. Las escalas de tiempos calibradas también pueden utilizarse para calcular desplazamiento de fases entre las dos señales sinusoidales (o de la misma frecuencia). Si un osciloscopio de trazo dual o haz dual se utiliza para exhibir las dos señales sinusoidales simultáneamente de manera que una señal se emplea como la entrada de sincronización externa, la dos formas de onda aparcera en el tiempo adecuado y el ORC puede utilizarse para medir la cantidad de tiempo entre el comienzo de un ciclo de cada una de las ondas.Cualquier parte de la señal de entrada vertical que se debe observar (INT) o una señal de entrada externa separada (EXT) se conecta como la señal de entrada de disparó.

10.- Explique el método de medición del ángulo de fase mediante las figuras de Lissajouss. ¿Cuál de los dos métodos es a su parecer más conveniente y por qué?

Las escalas de tiempos calibradas también pueden utilizarse para calcular desplazamiento de fases entre las dos señales sinusoidales (o de la misma frecuencia) . si un osciloscopio de trazo dual o haz dual se utiliza para exhibir las dos señales sinusoidales simultáneamente de manera que una señal se emplea como la entrada de sincronización externa, la dos formas de onda aparcera en el tiempo adecuado y el ORC puede utilizarse para medir la cantidad de tiempo entre el comienzo de un ciclo de cada una de las ondas. Esta cantidad de tiempo puede entonces utilizarse para calcular el ángulo de fase entre las dos señales. La figura 1 muestra las dos señales sinusoidales que tienen un

desplazamiento de fase de theta (θ ) grados. Podemos medir distancia en centímetros

sobre la escala del ORC y utilizar esta lectura para obtener θ como sigue. El valor del ángulo de fase está relacionado a los grados en un ciclo completo de la señal sinusoidal. Podemos encontrar una relación simple entre estos valores igualando el número de centímetros o cuadros para un ciclo completo a 360º y el número de centímetros o cuadros para el desplazamiento de fase al ángulo deseado en grados. La relación de fase

donde θ es el ángulo de fase (desplazamiento de fase) en grados. Utilizando la ecuación, podemos calcular el ángulo de fase de:

θ = No. de cajas de desplazamiento de fase x 360ºNo de cajas para un ciclo completo

Uso de las figuras de Lissajouss para calcular el desplazamiento de faseLas figuras de Lissajouss se obtienen ene el osciloscopio aplicando dos entradas sinusoidales para ser comparadas en los canales vertical y horizontal en el osciloscopio el valor del desplazamiento de fase es entonces calculado de los valores medidos tomados de los patrones resultantes de Lissajous.

El patrón resultante en la pantalla del ORC es una línea recta un círculo o una elipse. Para entender la relación entre la figura resultante y las entradas aplicadas debemos investigar una variedad de señales que tienen diferentes ángulos de fase y determinar los patrones de Lissajous resultante.

El procedimiento para medir la diferencia de fase entre dos entras sinusoidales es simplemente aplicar las dos señales a las entradas vertical y horizontal y entonces hacer las dos medidas de la figura resultante. El barrido lineal horizontal usual no es utilizado para nada con este fin. En la figura se muestra la forma de onda resultante para dos entradas que tienen un desplazamiento de fase entre 0 y 90 grados el patrón resultante es una elipse (a 45º si las dos amplitudes son las mismas). El ángulo al cual la elipse es generada no es de importancia para el cálculo del ángulo de fase. Note que la señal de

amplitud vertical en el instante de tiempo uno b = Vm sen θ , y podemos calcular el ángulo θ a partir de:

θ = sen-1 v/ Vm

Los valores de v y Vm pueden obtenerse fácilmente de la elipse midiendo la distancia (amplitud) de la señal del centro a donde ella cruza.

V. CONCLUSIONES

Pudimos ver con facilidad que el uso de un osciloscopio es más recomendable y más fiable que el uso de un voltímetro ya sea por brindarnos mucha más información o datos sobre lo medido a pesar de existir el efecto de carga en ambos.

En este laboratorio se pudo aprender cómo utilizar el osciloscopio cuando se trabaja con corriente alterna, tanto para hallar el voltaje como el periodo.

De igual manera se aprendió a hallar frecuencias desconocidas por medio de frecuencias conocidas.

Aprendimos dos maneras muy usadas de medir desfasajes con bastante precisión.

VI.BIBLIOGRAFIA

-http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php -http://www.forosdeelectronica.com/f11/diferencia-entre-voltaje-osciloscopio- multimetro-50776/-http://www.unicrom.com/Tut_comomedir_en_ac.asp- https://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro