2016509 Informe Laboratorio N° 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Gustavo Chica Pedraza
Taller de Ingeniería
Electrónica
La onda de salida
Lozada. Juan, Mozuca. Paula, Rosas. Jhonatan.
I. Abstract — In the following pages of this
document the analysis results were found in practice
management wave generator and oscilloscope.
Speaking, of course, the wave types that can be
generated and how it is representing waves on the
oscilloscope.
Furthermore, we are shown to continue various
parameters for measurement of electrical signals that
were taken into account realized this practice, such as
the peak value, RMS value, average value and peak to
peak value. Is above shows the corresponding
calculation is made to theoretical value of these signals
and how they were compared with those obtained
during the procedure.
II. Keywords — Average value, Oscilloscope, Peak to
peak value, RMS value, Signal generator.
— En este documento se
encontraran los análisis de los resultados de la
práctica en el manejo del generador de ondas y
el osciloscopio. Hablando, por supuesto, de los
tipos de onda que pueden generarse y como
estas ondas se reproducen en el osciloscopio.
V.
D
urante la ejecución de la práctica la cual
consiste en que el estudiante aprenda a
manejar dos instrumentos electrónicos básicos: el
generador de funciones y el osciloscopio,
analizando cada una de las señales que se pueden
obtener e identificando cada uno de los
componentes de la onda, como la amplitud o
voltaje pico, el voltaje pico a pico, la frecuencia y
los demás conceptos relacionados.
Con cada onda propuesta se obtiene el voltaje que
circula mediante las fórmulas explicadas y
analizadas durante la clase y mediante la medición
directa con el multímetro. De esta manera se
identifica nuevos conceptos y diferencias entre
voltaje pico a pico y el voltaje RMS.
III. Resumen
Además, se mostraran distintos parámetros para
la medición de señales eléctricas que se tuvieron en
cuenta para realizar esta práctica, como lo son el
valor pico, el valor RMS, el valor promedio y el valor
pico a pico. Se muestra como se aplicaron los cálculos
necesarios para conocer los correspondientes valores
teóricos de estas señales y posteriormente serán
comparadas con las obtenidas durante el
procedimiento.
IV. Palabras clave — Generador de señales,
Ondas, Osciloscopio, Valor pico a pico, Valor
promedio, Valor RMS.
Introducción
VI. Marco teórico
1.
Osciloscopio
Un osciloscopio es un instrumento de medición
para la electrónica. Representa una gráfica de
amplitud en el eje vertical y tiempo en el eje
horizontal. El osciloscopio presenta los valores de
las señales eléctricas en forma de coordenadas en
una pantalla, en la que normalmente el eje X
(horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical)
representa tensiones. La imagen así obtenida se
denomina oscilograma. En osciloscopios análogos
o de fosforo digital se suele incluir otra entrada o
control, llamado "eje Z" que controla la
luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar
algunos segmentos de la traza dependiendo de su
frecuencia de repetición o velocidad de transición
en tiempo.
En un osciloscopio existen, básicamente, tres tipos
de controles que son utilizados como reguladores
1
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que ajustan la señal de entrada y permiten,
consecuentemente, medir en la pantalla y de esta
manera se pueden ver la forma de la señal medida
por el osciloscopio.
2. Selector de rango. Selecciona el rango o margen
de frecuencias de trabajo de la señal de salida. Su
valor va determinado en décadas, es decir, de 1 a
10 Hz, de 10 a 100, etc.
El primer control regula el eje X (horizontal) y
aprecia fracciones de tiempo (segundos,
milisegundos, microsegundos, etc., según la
resolución del aparato).
3. Control de frecuencia. Regula la frecuencia de
salida dentro del margen seleccionado mediante el
selector de rango.
El segundo regula el eje Y (vertical) controlando el
voltaje de entrada (en Volts, milivolts, microvolts,
etc., dependiendo de la resolución del aparato).
El tercer control es el ajuste del disparo (o trigger
en inglés), este control permite sincronizar la
señales que se repiten de manera periódica usando
como referencia una característica de la señal, se
usan diversos tipos de disparo, siendo el más
común el disparo por flanco de subida o bajada de
la señal, para lo cual se define el voltaje de disparo
y si el flanco es de subida o de bajada.
Estas regulaciones determinan el valor de la escala
cuadricular que divide la pantalla, permitiendo
saber cuánto representa cada cuadrado de esta para,
en consecuencia, conocer el valor de la señal a
medir, tanto en tensión como en frecuencia o
periodo. [1]
2.
Generador de funciones
El generador de funciones es un equipo capaz de
generar señales variables en el dominio del tiempo
para ser aplicadas posteriormente sobre el circuito
bajo prueba. Todos los generadores de funciones
cuentan con las siguientes funciones y controles
básicos:
4. Control de amplitud. Mando que regula la
amplitud de la señal de salida.
5. DC offset. Regula la tensión continua de salida
que se superpone a la señal variable en el tiempo de
salida.
6. Atenuador de 20dB. Ofrece la posibilidad de
atenuar la señal de salida 20 dB (100 veces) sobre
la amplitud seleccionada con el control número 4.
7. Salida 600ohm. Conector de salida que entrega
la señal elegida con una impedancia de 600 ohmios.
8. Salida TTL. Entrega una consecución de pulsos
TTL (0 - 5V) con la misma frecuencia que la señal
de salida. [2]
3.
Valor RMS
Un valor en RMS de una corriente es el valor, que
produce la misma disipación de calor que una
corriente continua de la misma magnitud.
En otras palabras: El valor RMS es el valor del
voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo
efecto de disipación de calor que su equivalente de
voltaje o corriente directa. [3]
4.
Valor promedio
Es el promedio aritmético de todos los valores
instantáneos que tiene una onda durante un
semiciclo. [4]
5.
[2]
1. Selector de funciones. Controla la forma de onda
de la señal de salida. Como comentábamos puede
ser triangular, cuadrada o senoidal.
Valor pico a pico
En las ondas producidas por algún elemento
electrónico hay un voltaje máximo y un voltaje
mínimo. La diferencia entre estos dos voltajes es el
llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble
del Voltaje Pico (Vp). El valor pico no produce la
misma potencia que el mismo valor cd, debido a
que el voltaje de C.A. varía constantemente de
2
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amplitud, mientras que el voltaje de C.D mantiene
un nivel constante. [5]
6.
Tipos de ondas
6.1. Onda Sinusoidal
[8]
Una onda sinusoidal es aquella que usualmente se
ve en los dispositivos electrónicos, por ejemplo un
osciloscopio, esta señal o función es empleada para
modelar el comportamiento de varios fenómenos
físicos entre ellos la electricidad. Y está dada por la
ecuación:
Fórmula (1)
Donde
• Vpico
es la amplitud máxima en voltios
alcanzada por la función (V)
• ω es la velocidad angular 2π f rad/s
• θ es el ángulo de fase en grados o en radianes
• B
es la tensión promedio de la señal o
componente de tensión directa (V) [6]
6.3. Ondas cuadradas
Las ondas cuadradas son básicamente ondas que
pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos
regulares, en un tiempo muy reducido. Son
utilizadas usualmente para probar amplificadores
(esto es debido a que este tipo de señales contienen
en sí mismas todas las frecuencias). La televisión,
la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo
de señales, fundamentalmente como relojes y
temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de las
cuadradas en no tener iguales los intervalos en los
que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son
particularmente importantes para analizar circuitos
digitales. [8]
[8]
[8]
6.2. Onda triangular
6.4. Pulsos y Flancos o escalones
Se trata de un tipo de señal repetida que muestra
unas velocidades constantemente de subida y
bajada. Generalmente el tiempo que dura para subir
y para bajar es igual. Estas ondas poseen un
contenido armónico bajo; es por ello que es muy
similar a las ondas senoidales. La onda triangular
se pueden conseguir ya sea física como
matemáticamente, integrando una onda cuadrada
en el tiempo. Los movimientos de subida y bajada
de esta onda cuadrada se trasforman en pendientes
de los blancos de bajada y subida de la onda
triangular. [7]
Un flanco o escalón indica un cambio repentino en
el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un
interruptor de alimentación. El pulso indicaría, en
este mismo ejemplo, que se ha conectado el
interruptor y en un determinado tiempo se ha
desconectado. Generalmente el pulso representa un
bit de información atravesando un circuito de un
ordenador digital o también un pequeño defecto en
un circuito (por ejemplo un falso contacto
momentáneo). Solo se presentan una sola vez, se
denominan señales transitorias [8]
[8]
3
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5.02 𝑉
𝑽𝑹𝑴𝑺 =







Conectamos el generador de señales por medio
de un cable coaxial, que se conecta a otro por
un par de bananas caimán, el cual estaba
conectado al osciloscopio.
Se ajustó el generador a la frecuencia y otros
valores de la onda, para que esta mostrará en la
pantalla del osciloscopio los valores pedidos.
Se midieron los valores de voltaje de pico (VP)
y el de pico a pico (VPP) luego se calculó el
valor RMS. Se repitió el mismo procedimiento
para 5 señales con amplitudes diferentes
Luego, para una amplitud fija, cambiamos los
valores de la frecuencia por 50, 100, 200, 1000
y 10000 Hz, y se compararon con la obtenida en
el osciloscopio.
Medimos el valor AC y el valor DC con el
multímetro en la conexión de ambos cables e
interpretamos los datos obtenidos de la segunda
parte de la práctica.
Se analizó lo que ocurrió con cada señal
teniendo en cuenta el tipo de señal y los datos
obtenidos (Vp, Vpp, Intensidad).
Se aplicó el uso del OFFSET para las partes de
la práctica en la que requeríamos aumentar los
distintos valores de voltaje de AC a DC,
aplicando indirectamente el aumento de la onda
sobre el nivel 0V.
7.49 𝑉
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
√2
9.01 𝑉
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
√2
9.51 𝑉
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
√2
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
𝑽𝑹𝑴𝑺
𝑪𝒖𝒂𝒅𝒓𝒂𝒅𝒐
𝑇=
𝑉𝑃
√2
=
𝑉𝑃
√3
1
𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
IX. Cálculos realizados
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
6.93 𝑉
√2
= 4.900 𝑉
= 5.296 𝑉 + 0.004 𝑉
= 6. 771 𝑉 − 0.001 𝑉
= 6.724 𝑉 − 0.004 𝑉
12.13 𝑉
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
√2
= 8.577 𝑉 + 0.003 𝑉
𝑇1 =
1
= 0.02
50 𝐻𝑧
𝑇2 =
1
= 0.01
100 𝐻𝑧
𝑇3 =
1
= 0.005
200 𝐻𝑧
𝑇4 =
1
= 0.001
1000 𝐻𝑧
𝑇5 =
1
= 0.0001
10000 𝐻𝑧
𝑇1 =
1
= 0.0203
49.27 𝐻𝑧
𝑇2 =
1
= 0.01001
99.90 𝐻𝑧
𝑇3 =
1
= 0.00506
197.62 𝐻𝑧
𝑇4 =
1
= 0.001002
997.87 𝐻𝑧
𝑇5 =
1
= 0.0001
9997.01 𝐻𝑧
VIII. Fórmulas
𝑽𝑹𝑴𝑺 = 𝑉𝑃 × 0.707
= 3.549 𝑉 + 0.001 𝑉
√2
VII. Metodología
𝑽𝑹𝑴𝑺 =
𝑽𝑫𝑪 =
3𝑉
√3
1.5 𝑉
√3
= 1,732 𝑉 − 0.002 𝑉
= 0.866 𝑉 + 0.004 𝑉
4
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X. Tablas
Valor F
Foscis
Periodo
(T)
T Experimental
50
100
200
1000
10000
49.27
99.90
197.62
997.87
9999.01
0.02
0.01
0.005
0.001
0.0001
0.0203 – 0.00003
0.01001 – 0.00001
0.00506 – 0.00006
0.000102 – 2* 10-6
0.0001 – 2* 10-8
Tabla 1. Variación de frecuencias hallando Periodo.
XI. Análisis de resultados
Los resultados que la practica arrojaron son muy
similares a los calculados, aunque se encontraron
variaciones en las mediciones, se puede concluir
que las medidas que se realizaron son muy precisas.
Al realizar los cambios en la frecuencia, se
determinó que no existía relación entre la
frecuencia y la amplitud, ya que estas permanecían
inmutables al cambiarle valores a la otra.
Voltaje pico = 6.93 V
Voltaje pico - pico = 10 V
Tensión = 28,79 mA
Hay que tener en cuenta que el voltaje pico a pico en esta
oportunidad varía ya que se tiene un voltaje DC de +2 V
lo que hace que en la gráfica de las señales se suba 2 V y
por debajo de la línea de 0 V queden nada más 3 V
aproximadamente.
V RMS= 4.900 V
Variación amplitud 1:
2 + 3 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
Acerca de los valores RMS para distintos tipos de
onda, que tenían la misma frecuencia y amplitud,
fue necesario utilizar distintos operadores
constantes dependiendo el tipo de onda, para
obtener el valor pico de cada una. El valor RMS
difería bastante para cada tipo de onda, ya que este
depende totalmente de la forma que esta tenga.
V RMS= 3.549 V + 0.001 V
XII. Respuestas a las preguntas sugeridas
Variación amplitud 2:
2 + 5.5 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
Literal 4.1
2 + 5 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
Señal utilizada
V RMS= 5.296 V + 0.004 V
5
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Variación amplitud 3:
2 + 7 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
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¿Cambia el periodo si cambiamos la amplitud?
No cambia el periodo si variamos la amplitud de la
onda ya que la amplitud es una variable totalmente
independiente al periodo, en caso con relación a la
frecuencia el periodo es una variable dependiente
mediante la relación:
T=
1
𝐹
V RMS= 6.771 V – 0.001 V
Por lo que si variamos la frecuencia de la onda en
el generador de señales indirectamente variamos el
periodo de la señal trabajada.
Variación amplitud 4:
Literal 4.2
2 + 7.5 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
5 sin[2𝜋 × 400𝑡]
Señal utilizada
`
V RMS= 6.724 V = 0.004 V
Variación amplitud 5:
2 + 10 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
V RMS= 8.577 V + 0.003 V
Voltaje AC: 3.411 V
Voltaje DC: 0.230 V
Los valores obtenidos corresponden a la señal
utilizada luego el de AC se tiene luego de dividir 5
en raíz de 2 hallando RMS y este valor se encuentra
dentro del rango apropiado. Respecto al DC se
tiene en cuenta que el Offset se encuentra apagado
y la marcación que se produce se da gracias a que
la las puntas del multímetro marcan indirectamente
una medida la cual debe ser aproximada a 0 V.
1.2 + 5 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
Señal utilizada
Amplitud fija:
2 + 5 sin[2𝜋 × ∝ 𝑡]
∝ = 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
La tabla con la variación de las frecuencias se
encuentra en la sección X del documento.
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simples
(MAS)
según
dos
direcciones
perpendiculares. Si denominamos a estas
direcciones X e Y podemos describir sus
trayectorias individuales como:
Osciloscopio DC
Voltaje AC: 3.400 V
Voltaje DC: 1.693 V
𝑿 = 𝑿𝟎 𝐜𝐨𝐬(𝟐𝝅𝒇𝒙 𝒕) ; 𝒀 = 𝒀𝟎 (𝟐𝝅𝒇𝒚 𝒕 + 𝛅)
Osciloscopio AC
Fórmula (1)
Voltaje AC: 3.399 V
Voltaje DC: 1.694 V
La diferencia que el osciloscopio este en AC o DC
es la representación en su gráfica, donde se
evidencia la variación de la representación de la
gráfica al elevar o disminuir la gráfica sobre el eje
X de 0V.
Literal 4.3
Onda triangular
Donde X0 e Y0 son las amplitudes de los MAS, fx y
fy son las frecuencias los MAS y δ es el desfase
entre ambas MAS. Eliminando la variable tiempo
en las expresiones anteriores se obtiene una
ecuación de la trayectoria del tipo:
𝑓(𝑋, 𝑌, 𝑍) = 𝑐𝑡𝑒
Que corresponde a las figuras de Lissajous. En la
figura 1 se muestran las figuras de correspondientes
a relaciones de frecuencias fx:fy sencillas (en
distintas filas), para algunos desfases (en distintas
columnas). [9]
1,5 + 3 sin[2𝜋 × 1000𝑡]
Señal utilizada
Voltaje AC: 1.765 V
Voltaje DC: 0.833 V
V RMS= 1.732 V – 0.002 V
V DC= 0.866 V + 0.004 V
Onda cuadrada
3 + 3 sin[2𝜋 × 600𝑡]
Señal utilizada
Imagen 1 Figuras de Lissajous [9]
Voltaje AC: 3.045 V
Voltaje DC: 2.931 V
XIV. Conclusiones
Ya que es una onda cuadrada el voltaje pico es el
mismo voltaje RMS.
XIII. Consulta

¿Cómo
Lissajous?
funcionan
las
figuras
de
Las figuras de Lissajous son el resultado de la
composición de dos movimientos armónicos
1. La práctica le permitió a los estudiantes
asociar mucho mejor el concepto de
señal eléctrica, así como los parámetros
necesarios para la medición adecuada
de estas.
2. El acercamiento al osciloscopio y el
generador de señales, dejo como
resultado, que los estudiantes se
capacitaran en el correcto uso de estos
equipos.
7
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3. Los estudiantes adquirieron la
capacidad de identificar distintos
parámetros de una señal eléctrica
mostrada en un osciloscopio, así como a
diferenciar los distintos tipos de ondas
que pueden obtenerse del generador de
señales
XV. Publicaciones
Este informe se encuentra publicado en la página
web: http://tatanrosas.jimdo.com/unal
XVI. Referencias
[1] Final
S.A.S,
2004,
http://www.finaltest.com.mx/Osciloscopios/23.htm
[2] SDP,SDA,http://www.electronicam.es/generador_
funciones.html
[3] Electrónica
Unicrom,
SDP,
http://www.unicrom.com/Tut_rms_promedio.asp
[4] SDA,SDP,http://electrotecniausac.yolasite.com/re
sources/Generadores%20I.pdf
[5] Universidad
de
Antioquia,
SAP,
http://docencia.udea.edu.co/ingenieria/labcircuitos
I/Documentos/Informacion%20basica%20VRMS
%20pico%20y%20medio%20para.pdf
[6] Universidad Distrital Francisco José de Caldas,
SAP,http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/gr
upos/gispud/ac/cap_2/21_senal_sinusoidal.html
[7] SDP,
SDA,
http://www.arqhys.com/contenidos/ondastriangulares.html
[8] SDP,
SDA,
http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/cu
rso0304/cce/practicas/manuales/osciloscopio/terminos.
htm
[9] SDA,SDP, http://www.ucm.es/data/cont/docs/762013-07-11-05_Lissajous_figures.pdf
8