UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

CENTRO REGIONAL DE AZUERO

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

FÍSICA III

Laboratorio # 2

“MODELO DE ONDAS DE SONIDO, SUPERPOSICIÓN DE ONDAS Y UTILIZACIÓN DEL

OSCILOSCOPIO.”

Facilitador:

Héctor Vergara

Integrantes

Delgado, Humberto

Martínez, Vicente

Ordóñez, Yahir

Vargas, Catalino

Realizado el 2 de septiembre

Entregado el 9 de septiembre

Segundo Semestre 2010

En este informe nos introducimos cada vez más en el estudio de ondas, observando y

a la vez demostrando la existencia de otros tipos de ondas como las ondas cuadradas

y las ondas dientes de sierra; las cuales cuentan con un sinfín de aplicaciones en

nuestra vida diaria.

Cada onda presenta ciertas características que son fáciles de determinar a simple

vista, entre las cuales podemos mencionar, la repetición periódica al transcurrir el

tiempo, y la forma que toman.

En este capítulo nos hemos valido de un conocimiento matemático más avanzando,

de modo que para representar el comportamiento de una onda en su forma

matemática utilizamos una serie de Fourier. Como todos sabemos, en realidad

las ondas armónicas continuas que hemos estudiado no existen realmente, ya que

todos los movimientos ondulatorios están limitados tanto espacial como

temporalmente. Utilizando el análisis de Fourier en conjunto con la transformada de

Fourier se pueden describir formas de ondas más complejas como las que producen

los instrumentos musicales.

Al igual que en experiencias anteriores, al introducirnos en el estudio de las ondas,

hicimos uso de la poderosa herramienta MULTISIM, que de una u otra forma facilitó

la experiencia, en cuanto al estudio de diferentes tipos de ondas existentes,

observadas a través del uso del osciloscopio, que de acuerdo a la información

obtenida de éste, determinamos la frecuencia, periodo y otros parámetros en su

estudio.

Onda Cuadrada

Se conoce por onda cuadrada a la onda de corriente alterna (CA) que alterna su valor entre dos

valores extremos sin pasar por los valores intermedios (al contrario de lo que sucede con la onda

senoidal y la onda dientes de sierra).

La onda cuadrada es frecuentemente usada para la generación de pulsos eléctricos que son

usados como señales que permiten ser manipuladas fácilmente, también se utiliza para pruebas

y calibración de circuitos de tiempo; un circuito electrónico que genera ondas cuadradas se

conoce como generador de pulsos, este tipo de circuitos es la base de la electrónica digital.

El contenido espectral de una onda cuadrada se compone exclusivamente de armónicos impares

(f, 3f, 5f, etc.), extendiéndose a frecuencias más elevadas cuanto más abruptos sean sus

extremos. Esto tiene dos consecuencias:

La capacidad y autoinductancia parásitas filtran la señal, eliminando las componentes de

mayor frecuencia, con lo que la onda cuadrada se degrada, tomando un aspecto cada vez

más redondeado.

Por otro lado, señales muy abruptas producen radiación de alta frecuencia, dando

problemas de compatibilidad electromagnética y acoplas (diafonía) entre pistas. Por ello

ciertas familias lógicas como Quit-mos controlan la pendiente de los extremos de la señal,

evitando que sean demasiado abruptos.

Onda Dientes de Sierra

Su nombre proviene de la semejanza de su gráfica a los dientes de una sierra (o serrucho). Lo

convencional de este tipo de onda es que se eleve ascendentemente y caiga bruscamente. No

obstante, también existen ondas que descienden lentamente y luego suben rápidamente. Este

último tipo es llamado onda dientes de sierra invertida. Como en las señales de audio, ambas

suenan idénticamente. Uno de los usos más comunes de la onda dientes de sierra, es para hacer

un control de barrido externo para un osciloscopio. Es también usada para calibrar los circuitos

simétricos de algunos equipos.

Osciladores

Se sabe que la corriente directa (CD) se produce con baterías, pero, ¿cómo se produce corriente

alterna (CA)? Un medio para hacerlo es utilizando osciladores, un oscilador es un circuito que

produce una forma de onda de CA como salida cuando se le alimenta con una entrada de CD.

La única fuente externa que necesita un oscilador es el suministro de potencia de CD.

Irónicamente, el suministro de potencia de CD suele obtenerse convirtiendo la CA provista por la

compañía suministradora de energía eléctrica en CD. Luego de librar la molestia de la

conversión, cabría preguntar ¿por qué se debe usar el oscilador para convertir la corriente

directa nuevamente en corriente alterna?, el problema

es que la CA provista por la compañía suministradora opera a una frecuencia preestablecida de

60 Hz en Estados Unidos (50 Hz en otras naciones), mientras que muchas aplicaciones como

circuitos electrónicos, sistemas de comunicación y dispositivos de microondas requieren

frecuencias internamente generadas que van de O a 10 GHz o más. Los osciladores sirven para

generar esas frecuencias.

Para que los osciladores de onda senoidal sostengan sus oscilaciones, deben satisfacer los

criterios de Barkhausen:

1. La ganancia total del oscilador debe ser unitaria o mayor. Por lo tanto, las pérdidas deben

compensarse con un dispositivo de amplificación.

2. El desplazamiento de fase total (de la entrada a la salida y de nuevo a la

entrada) debe ser de cero.

Hay tres tipos comunes de osciladores de onda senoidal: el de desplazamiento

de fase, el T gemelo y el puente de Wien.

Comprender el mecanismo de un fenómeno experimental observado.

Analizar y construir utilizando multisim circuitos de corriente directa.

Verificar los distintos tipos de pulsos los cuales tiene propiedades análogas a

las ondas mecánicas.

Adquirir destrezas en la utilización de programas de simulación, así como de

instrumentos como el osciloscopio.

Determinar la frecuencia de trabajo de distintos circuitos determinando los

parámetros con la utilización del osciloscopio.

Modelo de Suma de Ondas

o Utilizando el programa de computadora Multisim, construye el circuito de la siguiente figura.

o Utilice las escalas a su discreción que le permitan determinar las amplitudes del pulso así

como su periodo.

o Observa la forma de pulsos generados en el osciloscopio e indica su amplitud.

A1 = 5 V

o Determine la frecuencia a partir de las medidas determinadas en el osciloscopio virtual.

T = 20.737 ms f = 48.20 Hz

o Investiga sobre la expresión matemática para la frecuencia del circuito.

C10.01µF

C21µF

R3

11.8kΩ

Key=A50%

R4

11.8kΩ

Key=A50%

U2

LM555CM

GND

1

DIS7

OUT 3RST4

VCC

8

THR6

CON5

TRI2

XSC2

A B C D

G

T

VCC

5V

D31N4148

D4

1N4148

R110kΩ

R2

10kΩ

R3100kΩ

Q12N1132A

U1

LM555CM

GND

1

DIS

7

OUT

3RST

4

VCC

8

THR

6

CON

5

TRI

2

U2A

LM358AD

3

2

4

8

1

C10.022µF

VCC

12VXSC1

A B C D

G

T

VCC

12V

o Modifica los valores de los potenciómetros a 66 kΩ y vuelve a realizar el procedimiento

anterior, modificando los parámetros en el osciloscopio, indica tus observaciones y explica si

existió algún cambio o no.

R: Si hubo cambio, ya que al aumentar la resistencia se produjo una disminución en la

corriente y por ende un aumento en el periodo.

T = 111,051 ms f = 9.00 Hz

Modelo de Onda Diente de Sierra

o Utilizando el programa de computadora Multisim, construye el circuito de la siguiente figura.

o Utilice las escalas a su discreción que le permitan determinar las amplitudes del pulso así

como su periodo.

o Observa la forma de pulsos generados en el osciloscopio en indica su amplitud.

A1 = 7.293 v

o Determine la frecuencia a partir de las medidas determinadas en el osciloscopio virtual.

f = 333,33 Hz T = 3.00 ms

o Investiga sobre la expresión matemática para la frecuencia del circuito.

o Modifica los valores de las resistencias de 10 kΩ a 50 kΩ y vuelve a realizar el procedimiento

anterior, modificando los parámetros en el osciloscopio, indica tus observaciones y explica si

existió algún cambio o no.

R: Si se dio un cambio notable, ya que al aumentar la resistencia, se dio una disminución del

periodo; esto como ya sabemos provoca un aumento de la frecuencia.

A = 8.006 V f = 381.8 Hz T = 2.619 ms

Dibujo del circuito 1:

Simulación del circuito 1:

Dibujo del circuito 1 (modificado):

Simulación del circuito 1 (modificado):

Dibujo del circuito 2:

Simulación circuito 2:

Dibujo del circuito 2 (modificado):

Simulación del circuito 2 (modificado):

Para el Profesor:

Desarrollar de forma dinámica los temas a tratar de modo que motive al alumno a

interesarse por las tareas a realizar.

Evitar la dilatación de temas en los laboratorios para así contar con tiempo

suficiente para efectuar la experiencia y quedar claro en lo que se este realizando.

Evaluar el desarrollo de los laboratorios en el momento en que se están realizando

para así poder esclarecer dudas.

Para el estudiante:

Prestar atención a la explicación de cada laboratorio de modo que se pueda

adquirir un conocimiento práctico que le ayude a desenvolverse mejor en la parte

teórica de la materia.

Realizar buenos informes tratando siempre de cumplir con las indicaciones

establecidas por el profesor.

Desenvolverse rápido en las horas de laboratorio para evitar que queden

inconclusos los mismos.

A continuación se presentan nuestras conclusiones:

Este informe resultó de gran interés, ya que conocimos formas diferentes de

ondas las cuales resultaron ser de gran aplicación en diferentes campos

laborales.

Mediante la investigación del marco teórico, establecimos conceptos básicos e

importantes, que nos ayudaron a aclarar dudas y que posiblemente nos

facilitaran el desenvolvimiento en la parte teórica de la materia.

Gracias al desarrollo de esta experiencia hemos adquirido nuevos

conocimientos acerca de la interpretación de datos en el osciloscopio, así como

en el manejo del programa Multisim.

De acuerdo con los datos adquiridos en la investigación del tema, nos pareció

de gran interés, como la amplitud de las ondas se ven afectadas por un aumento

de la resistencia, ya que de manera directa se influye en el flujo de corriente y

por ende en el periodo de oscilación de la misma.

Los diversos conceptos que hemos adquirido acerca de las ondas y sus

comportamientos, nos han parecido de gran importancia, ya que nos servirán

para estudios posteriores de temas como funciones periódicas, series de

Fourier e interpretación de gráficas, entre otros.

http://es.wikipedia.org/wiki/Usuario:Nicoluna/Onda_de_diente_de_sierra

http://www.hardcore-modding.com/ftopict35921.html&sid=cf3dec125696c9f0c7e874426cbc8094

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_cuadrada

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Square_wave

Alexander, Charles y Sadiku, Matthew. Fundamentos de Circuitos Eléctricos, Tercera Edición.

McGraw-Hill, 2006.