practica de laboratorio circuito i (equipos de medicion)

8/17/2019 Practica de Laboratorio Circuito I (Equipos de medicion)

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOINSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ

INGENIERÍA ELÉCTRICA

Materia: Circuitos elctricos I

!r"ctica #e la$oratorio%&' Reco(oci)ie(to #e los e*ui+os #e )e#ici,(

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!RACTICA &'& Mult9)etro

COM!ETENCIAS A DESARROLLAR:

Saber utilizar los equipos de laboratorio

*Conocer como se calibra el osciloscopio


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!RO!ÓSITO: Conocer los equipos de laboratorio tales como el osciloscopio y el

generadores de funciones, y sobre todo el manejo adecuado de esos equipos y

la forma correcta de hacer mediciones.

O/2ETI0O: saber utilizar el osciloscopio dentro de esto está la calibración, latoma de datos, el análisis de datos que nos proporciona, las funciones que tiene el

osciloscopio y la forma apropiada en que se conecta.

Saber utilizar el aparato de generador de funciones, conocer para que sirve y las

diferentes aplicaciones que tiene.

5I!ÓTESIS:

ntre mayor es la frecuencia menor es el periodo.

MARCO TEÓRICO:

Osciloscopio

!"u# es un osciloscopio$

%n osciloscopio es un instrumento de medición

electrónico para la representación gráfica de

se&ales el#ctricas que pueden variar en el tiempo.

s muy usado en electrónica de se&al,

frecuentemente junto a un analizador de espectro.

'resenta los valores de las se&ales el#ctricas en

forma de coordenadas en una pantalla, en la que

normalmente el eje ( )horizontal representa

tiempos y el eje + )vertical representa tensiones. a

imagen as- obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada,

llamada eje / o Cilindro de 0ehnelt que controla la luminosidad del haz,

permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

!"u# podemos hacer con el osciloscopio$

1eterminar directamente el periodo y el voltaje de una se&al. 1eterminar indirectamente la frecuencia de una se&al.


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1eterminar que parte de la se&al es 1C y cual 2C. ocalizar aver-as en un circuito. 3edir la fase entre dos se&ales. 1eterminar que parte de la se&al es ruido y como varia este en el tiempo.

Clasificación del osciloscopio

os osciloscopios, clasificados seg4n su funcionamiento interno, pueden ser tanto

analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado id#ntico en cualquiera de

los dos casos, en teor-a.

Oscilosco+io a(al,-ico

a tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de untubo de rayos catódicos )utilizando unamplificador con alta impedancia deentrada y ganancia ajustable mientrasque a las placas de desviaciónhorizontal se aplica una tensión endiente de sierra )denominada as-porque, de forma repetida, crecesuavemente y luego cae de formabrusca. sta tensión es producidamediante un circuito oscilador

apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores,lo que permite adaptarse a la frecuencia de la se&al a medir. sto es lo que sedenomina base de tiempos.

imitaciones del osciloscopio analógico

l osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de sufuncionamiento56 as se&ales deben ser periódicas. 'ara ver una traza estable, la se&al debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha se&al la que refresca la traza en lapantalla. 'ara solucionar este problema se utilizan se&ales de sincronismo con lase&al de entrada para disparar el barrido horizontal )trigger level o se utilizanosciloscopios con base de tiempo disparada.6 as se&ales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del per-odode la se&al, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla.sto se soluciona colocando un potencial post7acelerador en el tubo de rayoscatódicos.6 as se&ales lentas no forman una traza. as se&ales de frecuencias bajasproducen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. sto sesolventa con tubos de alta persistencia. 8ambi#n e9ist-an cámaras 'olaroidespecialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios.3anteniendo la e9posición durante un periodo se obtiene una foto de la traza. :traforma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra


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del barrido horizontal. sto permiteque tarde más tiempo en barrer toda lapantalla, y por ende puedenvisualizarse se&ales de bajafrecuencia pero se verá un punto

desplazándose a trav#s de la pantalladebido a que la persistencia fosfóricano es elevada.6 Sólo se pueden ver transitorios si#stos son repetitivos; pero puedeutilizarse un osciloscopio con base de

tiempo disparada. ste tipo de osciloscopio tiene un modo de funcionamientodenominado disparo 4nico. Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostraráeste y sólo este, dejando de barrer una vez que la se&al ya fue impresa en lapantalla.

Oscilosco+ios #i-itales

os osciloscopios digitales poseen además de las secciones e9plicadasanteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar yvisualizar la se&al.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopiodigital a un circuito, la sección vertical ajusta laamplitud de la se&al de la misma forma que lo

hacia el osciloscopio analógico.

l conversor analógico7digital del sistema deadquisición de datos muestrea la se&al aintervalos de tiempo determinados y convierte lase&al de voltaje continua en una serie de valoresdigitales llamados muestras . n la sección

horizontal una se&al de reloj determina cuando el conversor 2


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muestra. a velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mideen muestras por segundo.

os valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos dese&al. l n4mero de los puntos de se&al utilizados para reconstruir la se&al enpantalla se denomina registro. a sección de disparo determina el comienzo y elfinal de los puntos de se&al en el registro. a sección de visualización recibe estospuntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar enpantalla la se&al.

1ependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesosadicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de unpredisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.

=undamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a unoanalógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando 23'.,elmando 8>3?2S asi como los mandos que intervienen en el disparo.

8ipos de ondas5

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes5

• :ndas senoidales

• :ndas cuadradas y rectangulares

• :ndas triangulares y en diente de sierra.

• 'ulsos y flancos ó escalones.

O(#as se(oi#ales

Son las ondas fundamentales y eso por varias razones5 'oseen unas propiedadesmatemáticas muy interesantes )por ejemplo con combinaciones de se&alessenoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier formade onda, la se&al que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casatienen esta forma, las se&ales de test producidas por los circuitos osciladores de


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un generador de se&al son tambi#n senoidales, la mayoria de las fuentes depotencia en 2C )corriente alterna producen se&ales senoidales.

a se&al senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y seproducen en fenomenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo.

O(#as cua#ra#as B recta(-ulares

as ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro detensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadasusualmente para probar amplificadores )esto es debido a que este tipo de se&ales

contienen en si mismas todas las frecuencias. a televisión, la radio y losordenadores utilizan mucho este tipo de se&ales, fundamentalmente como relojesy temporizadores.

as ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales losintervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmenteimportantes para analizar circuitos digitales.

O(#as tria(-ulares B e( #ie(te #e sierra:

Se producen en circuitos dise&ados para controlar voltajes linealmente, comopueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico ó elbarrido tanto horizontal como vertical de una televisión. as transiciones entre elnivel m-nimo y má9imo de la se&al cambian a un ritmo constante. stastransiciones se denominan rampas.

a onda en diente de sierra es un caso especial de se&al triangular con una rampadescendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente.


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!ulsos B 8la(cos , escalo(es

Se&ales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, sedenominan se&ales transitorias. %n flanco ó escalón indica un cambio repentino enel voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. l pulso

indicar-a, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en undeterminado tiempo se ha desconectado. @eneralmente el pulso representa un bitde información atravesando un circuito de un ordenador digital ó tambi#n unpeque&o defecto en un circuito )por ejemplo un falso contacto momentáneo. scom4n encontrar se&ales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos ( y decomunicaciones.

'eriodo y =recuencia5

Si una se&al se repite en el tiempo, posee una frecuencia )f. a frecuencia semide en Aertz )Az y es igual al numero de veces que la se&al se repite en unsegundo, es decir, BAz equivale a B ciclo por segundo. %na se&al repetitivatambi#n posee otro parámetro5 el periodo, defini#ndose como el tiempo que tardala se&al en completar un ciclo. 'eriodo y frecuencia son rec-procos el uno del otro5

oltaje5

oltaje es la diferencia de potencial el#ctrico entre dos puntos de un circuito.Dormalmente uno de esos puntos suele ser masa )@D1, Ev, pero no siempre, por ejemplo se puede medir el voltaje pico a pico de una se&al ) pp como ladiferencia entre el valor má9imo y m-nimo de esta. a palabra amplitud significageneralmente la diferencia entre el valor má9imo de una se&al y masa.


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>ntensidad

Se trata de un potenciómetro que ajusta el brillo de la se&al en la pantalla. ste

mando actua sobre la rejilla más cercana al cátodo del

CF8 )@B, controlando el n4mero de electrones

emitidos por este.

n un osciloscopio analógico si se aumenta la

velocidad de barrido es necesario aumentar el nivel de

intensidad. 'or otra parte, si se desconecta el barrido horizontal es necesario

reducir la intensidad del haz al m-nimo )para evitar que el bombardeo concentrado

de electrones sobre la parte interior de la pantalla deteriore la capa fluorescente

que la recubre.

nfoque

Se trata de un potenciómetro que ajusta la nitidez delhaz sobre la pantalla. ste mando actua sobre lasrejillas intermedias del CF8 )@G y @H controlando lafinura del haz de electrones. Se retocará dicho mandopara una visualización lo más precisa posible. ososciloscopios digitales no necesitan este control.

Fotación del haz

Fesistencia ajustable actuando sobre una bobina y quenos permite alinear el haz con el eje horizontal de lapantalla. Campos magn#ticos intensos cercanos alosciloscopio pueden afectar a la orientación del haz.aposición del osciloscopio con respecto al campomagn#tico terrestre tambi#n puede afectar. ososciloscopios digitales no necesitan de este control. Se

ajustará dicha resistencia, con el mando de acoplamiento de la se&al de entradaen posición @D1, hasta conseguir que el haz est# perfectamente horizontal.

'osición

ste control consta de un potenciómetro que permite mover horizontalmente laforma de onda hasta el punto e9acto que se desee.Cuando se está trabajando conuna sola se&al el punto normalmente elegido suele ser el centro de la pantalla.)'ara observar mejor el punto de disparo se suele mover la traza un poco hacia laderecha.


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'osición

ste control consta de un

potenciómetro que permitemover verticalmente la formade onda hasta el puntoe9acto que se desee.Cuando

se está trabajando con una sola se&al el puntonormalmente elegido suele ser el centro de lapantalla.

Conmutador

Se trata de un conmutador con un grann4mero de posiciones, cada una de lascuales, representa el factor de escalaempleado por el sistema vertical. 'or ejemplo si el mando esta en la posición Gvoltios


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l acoplamiento 1C deja pasar la se&al tal como vienedel circuito e9terior )es la se&al real.l acoplamiento

2C bloquea mediante un condensador la componentecontinua que posea la se&al e9terior.l acoplamiento@D1 desconecta la se&al de entrada del sistema

vertical y lo conecta a masa, permitiendonos situar elpunto de referencia en cualquier parte de la pantalla)generalmente el centro de la pantalla cuando se trabaja con una sola se&al.

Conmutador

Se trata de un conmutador con un grann4mero de posiciones, cada una de lascuales, representa el factor de escalaempleado por el sistema de barridohorizontal. 'or ejemplo si el mando esta

en la posición B msg


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ste control consta de un peque&o conmutador en forma de botón que permiteamplificar la se&al en horizontal por un factor constante )normalmente 9M ó 9BE.Se utiliza para visualizar se&ales de muy alta frecuencia )cuando el conmutador 8>3?2S no permite hacerlo. Aay que tenerle en cuenta a la hora de realizar medidas cuantitativas )habrá que dividir la medida realizada en pantalla por el

factor indicado.

Cali$raci,(

Como calibrar el osciloscopio5

B.7Se conecta la punta ?DC al osciloscopio en algun canal

G7 Se conecta la punta ?DC en la punta de prueba del osciloscopio )probe adjust,

en su magnitud al B(

N7 Se coloca en la zona F8>C2 del osciloscopio) la de los canales CAB,CAGy

se ajustan todos los calibradores al ma9imo ) todos haciala dercha

H7 Suponiendo que tenemos la punta de prueba en el CAB, colocar losinterruptores en 5CAB,D:F3,CA:'

M7Colocar la perilla de :8S del canal CAB en E.B volts@@F cone l S:' hacia arriba

BE7 2justar el apro9 a una posicion de las BGpm

BB7 el 3:1 en 2%8:

BG7 2 =%D8 S:%FC en CAB ) para el canal B en este caso

BN7 Fealizar calculos para la comprobacion de la especificacion del fabricante

BH7 'ara la obtener la amplitud multiplicamos el valor de :8S por la de el

numero de cuadros verticales pico7pico en la se&al.... en este caso debemos de

tener M cuadros p7p de esta manera 2J)R cuadros vert()volts


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fase en la se&al por el valor enl a perilla de sec:

2lgunos parámetros que definen la calidad de un osciloscopio son5

• 2ncho de banda5 Fango de frecuencias que se pueden medir con

precisión

• Sensibilidad vertical5 Dormalmente del orden de Mmndica la precisión con que se convierten

las se&ales de entrada.• ongitud de registro )digitales5 'untos memorizados para la

reconstrucción de la forma de onda.

a pantalla

=ijate en la siguiente figura que representa la pantalla de un osciloscopio. 1eberásnotar que e9isten unas marcas en la pantalla que la dividen tanto en vertical comoen horizontal, forman lo que se denomina ret-cula ó rejilla. a separación entre dos

l-neas consecutivas de la rejilla constituye lo que se denomina una división.Dormalmente la rejilla posee BE divisiones horizontales por I verticales del mismotama&o )cercano al cm, lo que forma una pantalla más ancha que alta. n lal-neas centrales, tanto en horizontal como en vertical, cada división ó cuadroposee unas marcas que la dividen en M partes iguales )utilizadas como veremosmás tarde para afinar las medidas


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2lgunos osciloscopios poseen marcas horizontales de ET, BET, QET y BEET parafacilitar la medida de tiempos de subida y bajada en los flancos )se mide entre elBET y el QET de la amplitud de pico a pico. 2lgunos osciloscopios tambi#nvisualizan en su pantalla cuantos voltios representa cada división vertical ycuantos segundos representa cada división horizontal.

Me#i#a #e 7oltaes

@eneralmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente e9presar ladiferencia de potencial el#ctrico, e9presado en voltios, entre dos puntos de uncircuito. 'ero normalmente uno de los puntos esta conectado a masa )E voltios yentonces simplificamos hablando del voltaje en el punto 2 ) cuando en realidad esla diferencia de potencial entre el punto 2 y @D1. os voltajes pueden tambi#nmedirse de pico a pico )entre el valor má9imo y m-nimo de la se&al. s muyimportante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamosmidiendo.

l osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. :trosmedidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo )por ejemplo, la dela intensidad ó la potencia. os cálculos para se&ales C2 pueden ser complicados, pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes esempezar por el voltaje.


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n la figura anterior se ha se&alado el valor de pico p , el valor de pico a pico pp , normalmente el doble de p y el valor eficaz ef ó F3S )root7mean7square, es decir la raiz de la media de los valores instantáneos elevados alcuadrado utilizada para calcular la potencia de la se&al C2.

Fealizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se tratade contar el n4mero de divisiones verticales que ocupa la se&al en la pantalla. 2justando la se&al con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. )recordar queuna subdivisión equivale generalmente a B


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Ge(era#or #e 8u(cio(es:

s un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y

triangulares, además de crear se&ales 88. stas se&ales nos servirán para

probar cómo reacciona un circuito ante un tipo de se&al determinado.

%na de las caracter-sticas principales de un generador de funciones es saber el

rango de frecuencias que es capaz de suministrar de una manera estable.

os controles básicos de cualquier generador de funciones son5

• U ?otón encendido


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• U ?otón de rango de voltaje de salida 7V 'resiona este botón para

controlar el rango de amplitud de o a G p7p en circuito abierto o de E a B

p7p con una carga de ME0, vuelve a pulsar el botón para controlar el

rango de amplitud de E a GE p7p en circuito abierto o de E a BE p7p con

una carga de ME0.• U ?otón de inversión 7V si se presiona este botón, la se&al del conector en

la salida principal se invierte.

• U :ffset en 1C 7V ste control establece el nivel de 1C y su polaridad de

la se&al del conector en la salida principal. Cuando el control esta

presionado, la se&al se centra a E en 1C.

• U ?otón de barrido )S0' 7V 'resiona el botón para hacer un barrido

interno. ste botón activa los controles de rango de barrido y de ancho del

barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de funciones

puede aceptar se&ales desde el conector de barrido e9terno localizado en

la parte trasera del generador de funciones.

• U Fango de barrido 7V ste control ajusta el rango del generador del

barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de paso.

• U 2ncho del barrido 7V ste control ajusta la amplitud del barrido.

• U Conector de la salida principal 7V Se utiliza un conector ?DC.

• U Conector de la salida 88 7V Se utiliza un conector ?DC.

MATERIAL: CANTIDADES:

Cable para el osciloscopio conector)?DC B

Cable para el generador de funciones B

DESARROLLO EX!ERIMENTAL:

=amiliarizarse con los equipos.

Calibrar el osciloscopio

'oner el generador de funciones en onda senoidal

'oner el generador de funciones a BEE hertz

3edir el periodo y comprobar si la frecuencia que se calcula optenido de los

datos del osciloscopio concuerda con el generador de funciones Aacer los mismos pasos para cuando el generador de funciones esta en

G,EEE hertz y BE,EEE hertz.


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E0IDENCIAS:

=:F3%2S

8J periodo fJfrecuencia

T tie)+oFlo(-itu#F .&T

Cuando el generador de frecuencia )funciones esta a BEE hertz, los datos

arrojados por el osciloscopio es5

tiempoJG9BE7Nsegundo


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tiempoJ B9BE7Nsegundo

8J)B9BE7Nsegundo

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