Medidas Electrónicas Trabajos Prácticos

Medidas Electrónicas
Trabajos Prácticos
§
Trabajo Práctico Nº 1
§
Trabajo Práctico Nº 2
§
Trabajo Práctico Nº 3
§
Trabajo Práctico Nº 4
§
Trabajo Práctico Nº 5
§
Trabajo Práctico Nº 6
UNIVERSIDAD NACIONAL Gral. SAN MARTÍN
TEM - MEDIDAS ELECTRÓNICAS
Ing. G. LA MURA - Ing. M.A. CARUSO - Ing. A. Kohen
Trabajo Práctico N° 1:
Medición de Tensión
Parte A:
Medición de Tensión Continua
1. Voltímetro analógico de CC
1.1 Voltímetro analógico (pasivo)
a) Sensibilidad: normalmente es menor que la de los voltímetros activos.
b) Impedancia de entrada: Ze se especifica generalmente en Ω/Volt.
Ejemplo: 20 KΩ/Volt
Para un alcance de 1 Volt
Para un alcance de 100 Volt
Ze = 20 KΩ.
Ze = 2 MΩ.
Es decir la Ze no es constante en todas las escalas.
1.2 Voltímetro analógico electrónico (activo)
a) Sensibilidad: La única limitación para pequeñas amplitudes es la relación señal
ruido.
b) Impedancia de entrada Ze: Normalmente es mayor a 1 MΩ y constante para todas
las escalas.
1.3 Especificaciones típicas para voltímetro analógico de CC
a) Fundamentales:
b) Complementarias:
ü Sensibilidad
ü Tipo de escalas (lineal/logarítmica)
ü Exactitud
ü Resolución
ü Impedancia de entrada
ü Estabilidad
ü Ruido
ü Confiabilidad
1.4 Medición: Representamos un esquema típico de medición y su circuito equivalente
Thevenin.
Dipolo
Activo
A
Rt
Vi
B
Rv
A
V
Vi
Rv
B
Donde el error sistemático de método debido a la inserción del instrumento será:
(1)
∆Vi Vi − V Vi
em =
=
= −1
V
V
V
Del circuito tendremos
(2)
Rv
Vi = V
Rt + Rv
Si reemplazamos (2) en (1) nos queda
(3)
− Rt Rv
1
em =
−1 =
1 + Rt Rv
1 + Rt Rv
Generalmente se cumple Rv » Rt la expresión (3) queda
(4)
em = − Rt Rv
Esta expresión permite calcular el error sistemático con una aproximación del 1%
siempre que Rv > 100.Rt
También si se conoce em puede calcularse el valor de V con la siguiente expresión:
(5)
Vi
V=
1 + em
2. Desarrollo experimental:
Influencia de la resistencia de entrada de los
voltímetros de CC
E
2.1 Esquema de medición
Ve
E: Fuente de alimentación regulada
R1 y R2: Resistores calibrados
Ve: Voltímetro activo
Vi: Voltímetro analógico
R1
R2
S
Vi
Atención: Verificar antes de energizar el circuito, que las polaridades de los
voltímetros sean correctas y que los alcances
2.2 Procedimientos
a) Con R1 = 0 (S cerrada) y R2 = 1 MΩ Ajustar la fuente E a Ve = 10 V, adecuar las
escalas de los voltímetros, leer las magnitudes medidas y volcarlas al cuadro
correspondiente.
b) Con R1 = 1 MΩ y R2 = 1 MΩ repetir el paso anterior, ajustando la tensión de la
fuente E a Ve = 20 V.
c) Con R1 = 0 (S cerrada) y R2 = 47 KΩ repetir paso 2.2a).
d) Con R1 = 47 KΩ y R2 = 47 KΩ repetir paso 2.2b).
e) Repetir los pasos 2.2a) al 2.2d) con voltímetros electrónicos
3. Resultados a obtener
3.1 Completar el cuadro de mediciones.
3.2 Calcular en base a los valores de resistencias utilizadas los errores sistemáticos
del método.
3.3 Comparar los errores obtenidos con las mediciones de los voltímetros.
3.4 Analizar todos los errores que intervienen en la medición en forma individual y
total (apreciación, método, instrumental...).
3.5 Comentar las conclusiones extraídas de la experiencia y explicar posibles
discrepancias.
Datos del equipamiento utilizado.
Anotar todos los datos que define el fabricante de cada instrumento (marca, modelo, Nº de serie, clase,
sensibilidad, etc.).
0Ω
R1
R2
1 MΩ
Ve
Entrada
V
V
Esperada
V
Ve
Entrada
V
V
Esperada
V
Vi
Indicada
V
Ve
Entrada
V
V
Esperada
V
Vpe
Alcance
V
Vi
Indicada
V
Ve
Entrada
V
V
Esperada
V
0Ω
R1
R2
47 KΩ
1 MΩ
Vpe
Alcance
V
Trabajo Práctico N° 1
Vpe
Alcance
V
Vi
Indicada
V
Vpe
Alcance
V
Vi
Indicada
V
47 KΩ
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Parte B:
Medición de Tensión Alterna
1. Teoría de la medición
Para este caso hay que tener presente que el instrumento presenta una impedancia de
entrada compleja (RC), mientras que en el caso anterior la consideramos resistiva pura.
Planteando el circuito equivalente de Thevenin, del esquema de la medición,
tendremos:
Zt
V
A
Zv
Vi
~
B
Generalmente podemos considerar a la impedancia del generador resistiva pura Zt = Rt
con lo que el circuito equivalente quedará de la siguiente forma.
Rt
V
Vi
Zv
=
=
V Rt + Z v
Cv
Rv
~
Vi
1
R
1+ t
Zv
V
1
Rv
, de ésta podemos calcular
, reemplazando i =
V 
1 + jωRvCv
Rt 
1 +  + jωRt C v
 Rv 
V
1
−1
el error de método
em = i − 1 =
V

Rt 
1 +  + jωRt C v
 Rv 
Puede observarse que para el caso límite en que la frecuencia es cero la expresión es
igual al la calculada anteriormente para corriente continua.
Siendo, Z v =
1,00E+00
Rt
1,00E-01
1,00E-02
10 Ω
1,00E-03
100 Ω
1,00E-04
|T|
V
V
1
T = i = i =
V
V

R 
1 + t  + jωRt C v
 Rv 
1 ΚΩ
1,00E-05
10 ΚΩ
1,00E-06
100 ΚΩ
1,00E-07
1 ΜΩ
1,00E-08
2
1,00E+12
1,00E+11
1,00E+10
1,00E+09
1,00E+08
1,00E+07
1,00E+06
1,00E+05
1,00E+04
1,00E+03
1,00E+02
1,00E-09
1,00E+01

R 
1 + t  + (ωRt C v )2
 Rv 
1,00E+00
T =
1
Frecuencia (Hz)
Si hacemos la gráfica del módulo de la transferencia para un voltímetro cuya impedancia
de entrada está formada por 1 MΩ // 25 pF, y tomando como parámetro la resistencia
equivalente de la fuente, será:
Trabajo Práctico N° 1
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2. Desarrollo Experimental: Influencia de la impedancia de entrada de los voltímetros
de CA
2.1 Esquema de Medición
E Generador de señales senoidales
R1
R1 y R2: Resistores calibrados
E
Ve
Ve: Voltímetro electrónico
Vi: Voltímetro electrónico
R2
Vi
2.2 Procedimientos
ATENCIÓN: Antes de energizar el circuito, verificar que los alcances (escalas) sean
compatibles con las magnitudes a medir, y en el caso de utilizar cable coaxil de conectar
los blindajes a un punto común.
2.3 Elección de instrumental
Mediante la lectura de los manuales operativos seleccionar aquellos instrumentos que
brinden la información necesaria.
2.4 Medición
a) Con R1 = R2 = 10 KΩ y f = 1 KHz. Ajustar la fuente E a Ve = 3 V. Leer y registrar la
indicación de Vi.
b) Repetir el punto anterior para frecuencias de 10 KHz, 100 KHz, 1 MHz, 10 MHz.
Donde la respuesta comience a caer, tomar más cantidad de puntos para dibujar
correctamente la curva.
c) Con R1 = 0 y R2 = 10 KΩ repetir la medición a frecuencias de 1 KHz, 10 KHz,
100 KHz, 1 MHz, 10 MHz. Leer y registrar la indicación de Vi.
d) Repetir las mediciones 2.4a) 2.4b) y 2.4c) utilizando un voltímetro analógico.
e) Con R1 = R2 = 1 MΩ repetir las mediciones 2.4a) 2.4b).
f) Con R1 = 0 y R2 = 1 MΩ repetir 2.4c).
g) Repetir las mediciones anteriores colocando los dos voltímetros en paralelo (el
electrónico y el digital)
h) En la medición R1 = R2 = 1 MΩ a f = 10 MHz, apagar el voltímetro analógico y leer Vi.
i) Luego, desconectar el BNC del panel frontal del voltímetro y leer Vi.
j) Retirar las puntas del coaxil del circuito y repetir la lectura de Vi.
3. Resultados a obtener
3.1 Representar en gráfico logarítmico la función de transferencia |T| y el error de
método en función de la frecuencia, para cada Rt.
3.2 Despreciando la relación Rt / Rv de la ecuación del error de método, se podrá obtener
una expresión aproximada y simplificada para el cálculo de este error. Gráficar, con
esta expresión, los puntos teóricos y comente discrepancias con respecto al punto
3.1.
3.3 Repita los puntos anteriores con las mediciones efectuadas con el voltímetro
analógico.
3.4 Explicar las razones de las diferencias de los gráficos obtenidos.
3.5 Determinar para cada Rt la frecuencia de corte del sistema con ambos instrumentos.
3.6 Explicar las razones de los resultados obtenidos en los puntos 2.4h), 2.4i) y 2.4j).
3.7 Comentar las conclusiones extraídas de la experiencia y explicar posibles
discrepancias.
Trabajo Práctico N° 1
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Trabajo Práctico N° 2:
Medición de Tensión y Corriente
Parte A:
Modificación del Alcance en Instrumentos
1. Introducción:
El objetivo del trabajo practico es implementar el cálculo de dispositivos auxiliares para
ampliar el alcance de instrumentos de Imán Permanente y Bobina Móvil (IPBM).
Estos instrumentos, ya sean usados como voltímetro o amperímetro, pueden
representarse como su resistencia interna, por las siguientes consideraciones:
a) Para llegar la aguja a la posición de lectura, se realiza un trabajo mecánico.
b) La energía para esto, es provista por el circuito eléctrico al que se conecta el
instrumento.
c) Este consumo de energía puede ser considerado disipativo, representado la carga
por la resistencia interna del galvanómetro.
Debido a esto, conectar un instrumento entre dos puntos de un circuito, tiene el efecto
equivalente a conectar una resistencia entre esos mismos puntos, es decir que se
modifica el circuito original, variando los potenciales y las corrientes de las ramas.
La magnitud de esta perturbación dependerá de la relación entre las resistencias del
circuito y del instrumento.
2. CONSUMO ESPECÍFICO:
Con el objeto de poder especificar los efectos anteriormente descriptos, se define el
consumo específico de un instrumento como; la potencia necesaria para deflexionar la
aguja del instrumento a plena escala.
(1)
Pp
CE =
Alcance
2.1. Amperímetros.
En este caso será:
Pp = I p2 ⋅ Ra
donde : Ip =
Ra =
(2)
corriente necesaria para que la aguja del instrumento deflecte a plena
escala o alcance.
resistencia interna del amperímetro.
CE =
I p2 ⋅ Ra
(3)
= I p ⋅ Ra = V p
Ip
Es decir, que el consumo específico para éste caso, es equivalente a la caída de tensión
que se produce sobre el instrumento a plena escala.
Trabajo Práctico N° 2
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2.2. Voltímetros.
La potencia a plena escala será:
Pp =
V p2
Rv
donde: Vp = alcance o tensión a plena escala.
(4)
V p2
V
Rv
p
CE =
=
= Ip
Vp
Rv
Es decir, que el consumo específico, aquí, es la corriente necesaria para que el
instrumento deflecte a plena escala.
3. Ampliación del alcance de medida en Corriente Continua.
3.1. Amperímetros.
Cuando se desea medir una corriente mayor que la máxima del instrumento, debe
derivarse una parte por un resistor en paralelo, que se denomina “shunt”.
Analizando el circuito, tenemos que:
Ig
I
Rg
Rd
Rd
R g + Rd
Definimos a “m” como poder multiplicador,
Ig = I ⋅
donde : Ip =
Igp =
m=
Ip
I gp
=1+
Rg
(5)
Rd
corriente a plena escala que se desea medir.
corriente a plena escala del instrumento.
Resumiendo:
m=
Ip
I gp
Rg
m =1+
Rd
Rg
Rd =
m−1
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Trabajo Práctico N° 2
(6)
(7)
(8)
3.1.1. Disposiciones circuitales.
De acuerdo con lo visto si se quieren obtener alcances múltiples, puede pensarse en el
siguiente circuito:
Igp;Rg
Rd1
Rd2
Rdn
Aunque tal vez parezca adecuado, tiene el inconveniente de la resistencia, que introduce
el contacto de la llave, que, aunque pequeña, es importante frente al valor que puede
tener la Rd [shunt].
Otra posibilidad es usar resistores de cuatro terminales o la siguiente disposición,
conocida como derivador Ayrtron :
Igp;Rg
Rd3
Rd2
Rd1
2
3
1
En la posición 1:
m1 = 1 +
Rd 1 + Rd 2 + Rd 3
En la posición 2:
m2 = 1 +
En la posición 3:
m3 = 1 +
(9)
Rg
R g + Rd 1
(10)
Rd 2 + Rd 3
R g + Rd 1 + Rd 2
(11)
Rd 3
Es decir, que al correr la llave hacia la izquierda, se amplía el alcance del instrumento.
3.2. Voltímetros.
El esquema de un voltímetro será:
Rg
Vgp = Igp.Rg
Igp
Trabajo Práctico N° 2
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donde :
resistencia interna del instrumento.
corriente a plena escala del instrumento.
Rg =
Igp =
Para medir tensiones mayores, agregamos resistores en serie, de manera que se limite la
corriente a través del instrumento, para que no exceda el máximo permitido para plena
escala.
Definimos como en el caso anterior a “m”[poder multiplicador] como, la relación entre la
tensión a plena escala deseada y la tensión de plena escala del instrumento.
(12)
Vp
V
m =
=
Vg
Vgp
Rm
Vmp
Vp
Rg
Vgp
Igp
donde : Rm = resistor multiplicador.
Del análisis del circuito tenemos:
Rm + Rg
Rm + Rg
V = Vg
∴ m =
Rg
Rg
(13)
(14)
Rm = Rg( m − 1)
La resistencia del voltímetro, será:
(15)
Rv = Rm + Rg = Rg( m − 1) + Rg = m ⋅ Rg
Es decir, que al multiplicar por “m” el alcance del instrumento se multiplica por “m”
también su resistencia interna.
El consumo específico será:
(16)
Vp
m ⋅ Vgp
CE =
=
= I gp
Rv
m ⋅ Rg
3.2.1. Disposiciones circuitales.
Una disposición posible puede ser la siguiente:
Rm4
Igp;Rg
B
Rm3
C (2500 V)
D (1000 V)
Rm2
Rm1
A
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Trabajo Práctico N° 2
Cuando estamos midiendo en el rango más alto, entre A y C, tenemos 2500 V a plena
escala, en el instrumento cae muy poca tensión [menos de 1 V] y podemos considerar
que toda la tensión aplicada entre A y B sobre Rm4. Como entre B y D no circula corriente,
el punto B está al mismo potencial que D, es decir, que entre C y D hay 2500 V.
Por ser C y D dos puntos muy próximos y consecutivos de una llave, debe tener una
aislación compatible.
La solución que se adopta usualmente es que los puntos de tensión más alta, se toman
sobre bornes aislados y separados de la llave.
Igp;Rg
Rm1
Rm2
Rm3
Rm4
1000 V
2500 V
Para tensiones superiores a 5000 V no se usan resistores multiplicadores autocontenidos,
sino, multiplicadores exteriores en puntas especialmente aisladas.
La sensibilidad de un instrumento, indica la bondad del mismo en cuanto a como perturba
el circuito bajo medida.
Un dato sería la corriente que toma para deflectar a plena escala. Otra forma, es expresar
la sensibilidad como la inversa de la corriente a plena escala.
(17)
1
S=
I gp
(18)
V pe
Rv  Ω 
I gp =
∴S =
R
V  V 
v
pe
La sensibilidad se expresa en ohm por V, obsérvese que la información que se suministra
es equivalente a la de dar el consumo específico y es lo mismo decir:
20.000 Ω/V ó 50 µA a plena escala.
1.000 Ω/V ó 1 mA a plena escala.
además:
Rv = S ⋅ V pe
(19)
Conocida la sensibilidad [dato que da el fabricante] y que es común a todos los rangos, es
posible calcular la resistencia que presenta el instrumento en cada rango.
Esta resistencia es constante, aunque varíe la indicación y se calcula con el valor a plena
escala, aunque la medición se efectúe a media escala o en otro punto cualquiera.
4. Problemas
4.1 - Se dispone de un galvanómetro de 50 µA a fondo de escala con una resistencia
interna de 50 Ω. Calcular y dibujar el circuito de un amperímetro con rangos de 1 mA, 100
mA y 1 A utilizando el instrumento anteriormente descripto. Calcular el consumo
específico en cada rango.
4.2 - Con el mismo instrumento del problema anterior diseñar un voltímetro con los
siguientes rangos: 1 V, 10 V y 100 V. Calcular consumos específicos y sensibilidad en
cada rango.
Trabajo Práctico N° 2
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5. Parte Experimental
5.1 - Circuito de CC Voltímetro
Amperímetro
digital
Voltímetro
analógico
En los rangos de 2,5 V y 10 V a plena escala, medir la corriente consumida por el
voltímetro, calcular el consumo específico y comparar los valores medidos con las
especificaciones del manual.
5.2 - Circuito de CC Amperímetro
I
A
0,5 A
V
Medir la tensión sobre el amperímetro, ajustando el generador de corriente constante en
0,5 A. calcular la R interna y el consumo específico a plena escala. Comparar con los
valores especificados en el manual.
Medición de señales periódicas
Parte B:
6.1 - Medición de señales periódicas
Conectar en paralelo el generador de funciones, voltímetro digital y osciloscopio.
Multímetro
Osciloscopio
GENERADOR
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Trabajo Práctico N° 2
Se desea medir el valor tensión eficaz de una señal cuadrada, triangular y sinusoidal.
Para asegurarnos que el multímetro no produzca errores de respuesta en frecuencia, se
elige una frecuencia de 100 Hz.
Comprobar y ajustar la amplitud de las señales mencionadas, con el osciloscopio en un
valor de 4 V pico. Medir en cada caso la indicación del voltímetro.
Justificar en cada caso los resultados obtenidos y comparar con el calculo teórico de los
valores eficaces para cada señal.
6.2 - Medición de señales periódicas con instrumento de verdadero valor eficaz
Repetir los pasos descriptos en el punto 6.1 cambiando el voltímetro por otro que sea
capaz de medir verdadero valor eficaz.
6.3 - Cálculo de factores característicos de las señales periódicas
Calcular para las señales mencionadas el factor de forma, de cresta y de media de
modulo.
6.4 - Cuadro de mediciones
Señal
Osciloscopio
V pico
Cuadrada
4
Triangular
4
Sinusoidal
4
Trabajo Práctico N° 2
Voltímetro Dig.
V
Voltímetro Dig.
V RMS
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TEM - MEDIDAS ELECTRÓNICAS
Ing. G. LA MURA - Ing. M.A. CARUSO - Ing. A. Kohen
Trabajo Práctico N° 3:
Puntas Acondicionadoras de Señales
1 - Detector de valor máximo
1.1 - Introducción teórica
Disponemos del circuito descripto en la figura compuesto de un capacitor y un diodo como
detector, analizando gráficamente el funcionamiento del mismo se puede comprobar que
la tensión de salida será proporcional al valor pico de la señal de entrada cualquiera sea
la forma de onda de la excitación.
C1
Vi(t)
Vo(t)
C2
Rc
Voltímetro
de CC
Con una señal de entrada sinusoidal el circuito se comporta de la manera descripta en el
siguiente gráfico:
Vi(t)
t
VC(t)
t
Vo(t)
t
1.2 - Parte Experimental
Armar el circuito, teniendo presente que el osciloscopio tiene como único objeto
comprobar que las señales entregadas por el generador de funciones, tengan siempre el
mismo valor pico a pico de amplitud.
Generador de
funciones
C1
C2
Voltímetro
de CC
Osciloscopio
Trabajo Práctico N° 3
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1.3 - Resultados a obtener
1.3.1 - Seleccionando función sinusoidal, cuadrada y triangular, con una tensión pico
de 3 V como salida del generador, se medirá en el voltímetro de CC la tensión
sobre el detector para cada caso, tabulando y explicando los resultados
obtenidos.
1.3.2 - Con una señal de excitación sinusoidal de 500 mV pico a pico de amplitud,
compruebe el funcionamiento del circuito y explique el origen del error bajo esta
condición.
1.3.3 - Explique las ventajas y limitaciones del sistema.
2 - Divisor de tensión como atenuador de señales
2.1 - Introducción teórica
Frecuentemente la señal a medir supera el rango máximo de nuestro instrumento, con el
fin de expandir el alcance se utilizan puntas atenuadoras. Estas deberán tener una
respuesta en frecuencia lo más plana posible y con un ancho de banda superior al del
instrumento utilizado, con el propósito de no modificar la señal a medir.
Para simplificar el análisis del circuito, pensaremos en dos divisores de tensión, uno
construido con resistores y el otro con capacitores.
Cp
Rp
Vi
Ro
Vo
Vi
Co
Vi Rp + Ro
=
Vo
Ro
Vo
Vi Cp + Co
=
Vo
Cp
Cuando ambos circuitos atenúen el mismo factor, diremos que están compensados pues
la atenuación no está afectada por la frecuencia de operación.
Cp
Rp
Vi
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Ro
Co
Trabajo Práctico N° 3
Vo
Cuando Rp ⋅ Cp = Ro ⋅ Co se cumple la condición de compensación, y
Vi Rp + Ro Cp + Co
=
=
Vo
Ro
Cp
Con una onda cuadrada como señal de entrada (Vi) y variando alguno de los
componentes del atenuador, podemos observar tres condiciones posibles:
1) Subcompensado
2) Compensado
3) Sobrecompensado
Vo
Subcompensado
Rp.Cp < Ro.Co
t
Vi
Vo
t
Compensado
Rp.Cp = Ro.Co
t
Vo
Sobrecompensado
Rp.Cp > Ro.Co
t
2.2 - Parte Experimental
Utilizando un osciloscopio con punta atenuadora x 10 conectada entre el canal vertical y la
salida de la señal de calibración suministrada por el mismo, como excitación del divisor.
se deberá variar el ajuste de compensación, comprobando las tres condiciones posibles.
2.3 - Resultados a obtener
2.3.1 - Calcular el valor de Rp si Ro es la parte real de la impedancia de entrada del
osciloscopio, para una atenuación de 10 veces.
2.3.2 - Graficar las señales observadas en la pantalla y relacionarlas con la respuesta
en frecuencia para cada caso.
2.3.3 - Además de la capacidad interna de entrada del osciloscopio, como interviene
la capacidad del cable coaxial de la punta atenuadora y que elementos se
deberán variar para lograr la compensación.
Trabajo Práctico N° 3
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Trabajo Práctico N° 4:
Medición de Frecuencia
1 - Frecuencímetro Analógico
Se armará la siguiente disposición circuital:
R
Generador ~
f
V
Voltímetro
Analógico
H
C
Se ajustará la señal de salida del generador hasta observar en el osciloscopio la señal de
la figura:
5V
[ms]
0,25
4 > t > 0,5
Verifique que la posición de los controles correspondientes estén en la posición CAL
cuando se efectúen mediciones de tiempo o amplitud.
Durante el desarrollo de la experiencia observe que la duración del ciclo de actividad se
mantenga constante en 0,25 ms, luego partiendo de una frecuencia aproximada de
250 Hz tomar no menos de cinco mediciones hasta llegar a 2 KHz proporcionalmente
espaciadas y las lecturas correspondientes en el voltímetro analógico. Construir el cuadro
de mediciones correspondiente.
1.1 Con los valores obtenidos en el cuadro trazar la curva tensión frecuencia.
1.2 Con los valores de la curva construir una escala para el instrumento, tarada en
valores de frecuencia.
2 - Frecuencímetro Digital
Se empleara la siguiente disposición:
Generador ~
fs
Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 4
Frecuencímetro
fi
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Se efectuarán mediciones a 1 Hz; 10 Hz; 100 Hz; 1 KHz y 10 KHz y confeccionará el
cuadro correspondiente fi / fs.
2.1 Cuando se efectúen las mediciones con el frecuencímetro, realizar pequeñas
variaciones en el generador de frecuencia y observar las indicaciones del
frecuencímetro.
2.2 Comentar los resultados del punto anterior e indicar en que casos y a partir de que
frecuencias conviene efectuar medición de período y porqué.
3 - Frecuencímetro por Batido de Señales
Se dispondrán los instrumentos de la forma indicada en la figura:
ORC
Generador ~
f1-V1
Generador ~
f2-V2
V
H
R
R
Se ajustará independientemente la amplitud de la salida de los generadores tal que
V1 = V2 a una frecuencia de 100 KHz. Verificar previamente que los controles respectivos
se hallan en la posición CAL.
Se ajustara f1 manteniendo fija f2 hasta lograr la anulación de la modulación en el
osciloscopio (batido Cero)
3.1 Podemos medir variaciones de frecuencia relativa conociendo el tiempo entre dos
nodos (τ), calculamos ∆f = 1 / τ.
Prácticamente mantener fija f2 y aumentar f1, en ∆f1. Repetir la medición siguiendo
incrementando el valor de f1.
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Trabajo Práctico N° 5:
Medición con Osciloscopio
1. Medición de frecuencias por comparación. Lissajous.
Utilizando el ORC como graficador x-y se representa sobre la pantalla la composición de
las señales aplicadas a ambos canales, si estas son senoidales y de relación de
frecuencia racional, se obtiene una figura de Lissajous.
De estas figuras puede determinarse la frecuencia de una de las señales conocida la otra,
la ventaja del método es que no introduce error ya que se transfiere a la medición la
exactitud del parámetro conocido.
La limitación del método se debe a la dificultad del análisis de la figura cuando las
relaciones son elevadas.
Para el caso del TP se medirá la frecuencia de su generador, suponiendo conocida la del
otro, que se toma como patrón.
Como ilustración se muestran a continuación figuras típicas de presentación en la pantalla
del ORC.
Diferencia de fase
0º
45º
90º
135º
180º
1/1
1/2
1/3
2/3
3/4
frecuencia horizontal
frecuencia vertical
Figuras de Lissajous para diversas relaciones de frecuencia y fase
Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 5
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1.1.
Esquema de conexiones.
ORC
Generador ~
fv
1.2.
VH
Generador ~
fh
Ecuaciones a emplear
fh
Puntos de intersección vertical
=
f v Puntos de intersección horizontal
o también
fh
Puntos de Tangencia Vertical
=
f v Puntos de Tangencia Horizontal
1.3.
Aplicación experimental
Obtener sobre la pantalla las siguientes relaciones:
fh 1 1 2 2 3 5 8 
= ; ; ; ; ; ;
f v 1 2 1 3 1 1 1 
2. Medición de frecuencias por comparación. Barrido Circular.
Un caso particular de las figuras de Lissajous es una circunferencia (elipse en general)
que se obtiene aplicando a ambos canales señales desfasadas 90º. El resultado es
conocido como barrido circular (Ver la figura en líneas de puntos; en el trabajo práctico no
aparece en la pantalla del ORC).
2.1.
Actuando la frecuencia superior sobre las placas verticales
Para este caso se considera al generador que produce el barrido circular como patrón y al
otro como incógnita, teniendo en cuenta que la señal modulante (incógnita) debe ser de
frecuencia mayor (Ver la figura en línea llena).
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Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 5
Medición de frecuencias utilizando barrido circular
2.1.1. Esquema de conexiones
ORC
Generador ~
fA
Generador ~
fB
V
H
R
C
2.1.2. Ecuaciones a emplear
fB Nº de picos positivos
=
fA
Nº de vueltas
2.1.3. Aplicación experimental
Con los puntos que van al generador B en cortocircuito se ajusta la señal del generador A,
se ajustan las ganancias de los amplificadores V y H del ORC de forma de obtener una
figura lo más cercana a una circunferencia y de tamaño adecuado. Conectar el generador
fB y ajustar el nivel de salida hasta un valor adecuado a la medición.
Obtener las siguientes relaciones:
fB  5 7 8 12 
= ; ; ;
f A  1 2 1 1 
Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 5
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2.2.
Actuando sobre el eje Z con la señal de frecuencia mayor
Esta característica permite, una vez obtenido el barrido circular, modular la luminosidad
de la imagen aplicando al eje Z del ORC una señal de frecuencia mayor y amplitud
adecuada.
El generador utilizado para el barrido circular se tomara como patrón y el que modula el
brillo como incógnita
2.2.1. Esquema de conexiones
Generador ~
fB
Generador ~
fA
ORC
V
H
Eje z (atrás)
R
C
2.2.2. Ecuaciones a emplear
fB Nº de trazos luminosos
=
fA
Nº de vueltas
Tomando como una vuelta cuando el espacio oscuro es igual al espacio iluminado.
2.2.3. Aplicación experimental
Obtener las siguientes relaciones:
fB  4 9 15 
= ; ;
f A  1 2 1 
3. Medición de Desfasaje entre Señales de igual frecuencia.
Si se aplican señales senoidales de igual frecuencia a los canales V y H del ORC se
obtiene en general una elipse o una recta inclinada para desfasaje nulo (o l80º)
Un caso común es la medida del desfasaje introducido por un cuadripolo. En este caso,
se inyectan al canal vertical la señal de salida del dispositivo bajo prueba y al canal H la
señal de entrada.
Este resultado será correcto siempre que ambos canales V y H introduzcan el mismo
desfasaje en caso contrario la medición estará afectada de un error sistemático de
instrumental.
Esto se soluciona midiendo previamente el desfasaje que introducen ambos canales.
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Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 5
3.1.
Esquema de conexiones
ORC
Generador
f~
3.2.
V
H
Ecuación a emplear
C
A
B
D
sen(α ) =
3.3.
AB
CD
Aplicación experimental
Efectuar las mediciones a las siguientes frecuencias
f = 20; l00; 1.000; 10.000; 100.000; 1.000.000 Hz
4. Análisis de la respuesta en frecuencia de un cuadripolo.
Para esta medición se empleara al ORC como un graficador V-F
Para ello se tomara una señal tipo diente de sierra mediante la cual se modulara en
frecuencia a un generador senoidal, obteniendo de esta forma el funcionamiento de un
generador de barrido. Aplicando ahora la señal de modulación a un canal y la señal
senoidal variable en frecuencia al otro, lograremos el efecto deseado.
Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 5
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4.1.
Esquema de conexiones
ORC
Gen. fbarr
Vm
Gen. fmod
Cuadripolo
Previamente se ajustaran las señales de acuerdo a las figuras siguientes. Controlar
previamente que los controles correspondientes a la medición se encuentren en la
posición CAL
V m (V)
fmod
fbarr = 65 KHz
8
12
6
8
4
4
0
2
0
0,5
1
1,5
2
-4
0
-8
0
5
10
15
20
25
30
-12
tiempo (ms)
4.2.
t i e m p o ( m s)
Cuadripolos a medir
R
R = 10 KΩ
C
C
R
C = .01 µF
5. Resultados a obtener.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Dibujar las figuras correspondientes a las relaciones pedidas al punto 1.3
Dibujar las figuras correspondientes al punto 2.1.3
Dibujar las figuras correspondientes al punto 2.2.3
Construir el cuadro correspondiente a las mediciones del punto 3.3
Comentar las observaciones efectuadas y conclusiones de las mismas.
Comentar las diferencias entre las mediciones y las ventajas comparativas en los
puntos 1.3, 2.1.3, 2.2.3
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Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 5
UNIVERSIDAD NACIONAL Gral. SAN MARTÍN
TEM - MEDIDAS ELECTRÓNICAS
Ing. G. LA MURA - Ing. M.A. CARUSO - Ing. A. Kohen
Trabajo Práctico N° 6:
Mediciones con Osciloscopio
1 Uso del canal vertical y la base de tiempo
1.1 Esquema de conexiones
Se armará la siguiente disposición circuital:
ORC
Generador ~
f
V
H
1.2 Parámetros de Trabajo
Generador:
Señal triangular; f = 1 KHz
Amplitud = 2 V pico a pico.
Osciloscopio:
Canal 1
Acoplamiento = DC
Modo Disparo = Automático
Fuente de Disparo = INT - Canal 1
1.3 Parte Experimental
a). Girar el nivel de disparo hasta obtener la imagen fija en la pantalla, una vez en esa
posición; girarla lentamente a derecha e izquierda. ¿Qué se observa y por qué?
b). Con señal y controles igual al punto anterior, disminuir la amplitud de salida del
generador. ¿ Qué se observa y por qué?
c). Señal y controles igual al punto anterior, excepto modo de disparo = NORMAL
d). Señal y controles igual al punto anterior. Variar la tensión de OFFSET del
generador. ¿Qué se observa?
e). Señal y controles igual a punto anterior, aplicar la señal utilizada por el canal
vertical simultáneamente al conector de disparo EXT y colocar la Fuente de
Disparo para tomar señal de ésta. Variar la tensión de OFFSET del generador.
¿Qué se observa? Explicar por que razón en los casos anteriores se sigue
visualizando la imagen.
Medidas Electrónicas - Trabajo Práctico N° 6
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f). Señal y controles igual al punto a) y el canal vertical acoplado en AC, variar la
tensión de OFFSET del generador. ¿ Qué se observa y por qué?
g). Señal triangular; f = 190 Hz, Amplitud = 2 V pico a pico, nivel 0 Volt, canal vertical
acoplado en AC. Modo de Disparo NORMAL, Fuente LÍNEA.
ü Indicar que se observa.
ü Aumentar lentamente la frecuencia del generador hasta observar la señal
quieta en la pantalla. ¿A qué frecuencia sucede esto y por qué?
h). Señal triangular; f = 1 KHz, Amplitud = 2 V pico a pico, canal vertical acoplado en
DC. Modo de Disparo Automático, Fuente INT - Canal 1. Girar el nivel de disparo
hasta observar la señal en la pantalla. Ajustar la base de tiempo hasta obtener 10
períodos en la pantalla. Baje la intensidad y mueva ligeramente el control de foco.
Observe el trazado de la imagen y justifique la razón del mismo.
2 Uso de la Doble Base de Tiempo
2.1 Esquema de conexiones
ORC
Generador ~
f
V
H
L
2.2 Parte experimental
a). Una vez armado el esquema de la figura colocar el generador a una f = 500 Hz y 4 Volt
pico a pico. Medir la amplitud del transitorio, la frecuencia y duración.
b). Colocar al final del coaxil de medición una carga igual a su impedancia característica,
indicar que se observa y porqué.
NOTA: Indicar el instrumental utilizado y registrar en cada
punto la posición de los controles en el momento de la
medición (ganancia del canal vertical, acoplamientos, etc.).
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