363485507-Final-1-Penafiel.docx

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

EXPERIENCIA N°1 USO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN I.

OBJETIVOS 

II.

Entrenar al alumno en el manejo adecuado del multímetro multímetro y el osciloscopio, así como el conocimiento de sus especificaciones técnicas.

MATERIALES 

Multímetro Fluke y fuente de poder DC



Generador de señales

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

Página 1



 Osciloscopio



Protoboard, resistores y conectores



Cables de conexión diversos Puntas de prueba de osciloscopio, coaxiales, cocodrilo-cocodrilo.


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III.


MARCO TEÓRICO

Osciloscopio analógico Cuando la señal llega al osciloscopio, lo primero que encuentra es un atenuador que realiza dos funciones: 1. Acopla la alta impedancia de las sondas (normalmente de 1M Ω o 10MΩ) a la baja impedancia de los preamplificadores de la entrada vertical. 2. Adaptan el nivel de señales de entrada al nivel de entrada que puedan manejar los preamplificadores. La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante 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 señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos. En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada. De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo.


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Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada. Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud. El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales.

La imagen muestra un esquema señalando las fases fundamentales del funcionamiento del osciloscopio analógico.


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Ventajas del osciloscopio analógico: Es más adecuado para el análisis de señales en tiempo real, ya que se puede ajustar el enfoque y la intensidad de la pantalla para una vista de la pantalla más clara.  Los modelos analógicos también incluyen una función llamada "gradación de intensidad", que resalta automáticamente las anomalías en la señal, lo que facilita el descubrimiento de problemas. 

Osciloscopio digital En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD. En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo. Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales. La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo). La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como memoria, buffers, entre otros. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

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Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes: 

  

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz. Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. También sirve para medir señales de tensión

Ventajas del osciloscopio digital: 

Los modelos digitales son mejores para el almacenamiento de formas de onda para analizar más tarde debido a su mayor capacidad de memoria.  Medición automática de máximos y mínimos de la señal  Medición de flancos y otros intervalos

La imagen muestra un esquema señalando las fases fundamentales en el funcionamiento de un osciloscopio digital


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IV.


PROCEDIMIENTO 1. Implementar el circuito de la figura 1.1 a) Colocando el voltímetro en la escala adecuada, observar y medir la tensión de R2. Luego cambie a una escala mayor y menor respectivamente, medir nuevamente la tensión en R2 y registrar los valores hallados en la tabla 1.1

tabla 1.1

adecuada menor 32 3.2 Vr 2 medido 8.21 Vr 2 teórico 8.196 8.196 Escala

mayor 1000 8 8.196

b) Medir la intensidad de corriente del circuito, miliamperímetro seleccionando la escala adecuada. o o


Iteórica= Imedida=

instale

el

8.196 mA 8.21 mA Página 7



2. Implementar el circuito de la figura 1.2

a) Repetir los pasos a y b anteriores, complete la tabla 1.2 e indique el valor de intensidad de corriente medida

Escala Vr 2 medido Vr 2 teórico

tabla 1.2 adecuada menor 32 3.2 9.64 9.681 9.681 o o

Iteórica= Imedida=

mayor 1000 10 9.681

9.68 uA 9.64 uA

b) interpretar los resultados obtenidos En esta experiencia notaremos lo importante que es saber escoger las escalas adecuadas para obtener un dato más exacto. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

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3. Implementar la figura 1.3

a) Colocar el control de disparo del osciloscopio en INT, obtener una señal sin distorsión y medir sus características (V p,Vpp,Vrms, f, T).

Vp(V) 7.69V

Vpp(V) 14.38V

tabla 1.3 Vrms(V) f(kHz) 5.03V 9.581kHz

T(us) 104.5us

4. Implementar el esquema de la figura 1.4

a) observar y medir la forma de onda total en el osciloscopio b) Sin alterar el circuito y utilizando la llave de control adecuada, observar y medir la corriente alterna pura.


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V.


c) Proponer un esquema de medición a fin de utilizar el control de fuente de disparo EXT del osciloscopio, explicando previamente el procedimiento a seguir. CUESTIONARIO

1. Presentar las tablas de los datos experimentales obtenidos durante todo el proceso y comparar con los resultados obtenidos teóricamente. Obtenga conclusiones acerca de los resultados.

tabla 1.1 Escala

adecuada menor

mayor

32

3.2

1000

Vr 2 medido

8.21

-

8

Vr 2 teórico

8.196

8.196

8.196

tabla 1.2 Escala

adecuada menor

mayor

32

3.2

1000

Vr 2 medido

9.64

-

10

Vr 2 teórico

9.681

9.681

9.681

tabla 1.3 Vp(V)

Vpp(V)

Vrms(V)

f(kHz)

T(us)

7.69V

14.38V

5.03V

9.581kHz

104.5us

Conclusiones de los datos obtenidos: 

Tanto en la tabla 1.1 y 1.2 vemos que al escoger una escala adecuada tendremos los valores óptimos en comparación a lo teórico, pero tenemos que tener en cuenta que las escalas varían según el modelo o marca del instrumento esta información la encontramos en el manual de cada instrumento.


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


Como podemos observar, la medida hecha en la menor escala no registraba ningún valor. Esto se debe a que el voltaje que se quería medir superaba el máximo voltaje de la escala.

2. Explicar el efecto de carga del multímetro al realizar las mediciones. Relacionar con su sensibilidad y verificar el error porcentual. Un voltímetro es un instrumento destinado a medir la diferencia de potencial (d.d.p.) entre dos puntos de un circuito. Recordemos que el voltímetro se conecta en paralelo. Los voltímetros se suelen construir utilizando un microamperímetro (o galvanómetro) como aparato base al que se añade en serie una resistencia. Esta resistencia, junto a las características del aparato base, define el margen de medida del voltímetro. Los voltímetros usuales disponen de varias escalas, lo que significa que el fabricante ha montado en su interior las resistencias adecuadas para cada una de ellas. Desde el punto de vista de una red eléctrica, el circuito equivalente de un voltímetro es su resistencia interna. Un voltímetro ideal sería aquel cuya conexión a cualquier red eléctrica no produjera modificación alguna de las corrientes y potenciales existentes en la misma. De esta forma la diferencia de potencial medida correspondería efectivamente a la existente antes de la conexión. El voltímetro ideal presentaría una resistencia interna infinita. Sin embargo, los voltímetros reales presentan una resistencia interna finita y ello supone que una cierta corriente se desvíe por el aparato al conectarlo a un circuito dado, modificando las corrientes y potenciales preexistentes en el circuito. Este hecho se conoce como efecto de carga del voltímetro, y justifica la importancia de conocer las características del aparato que en su momento se utilice, y saber deducir de las mismas si su efecto de carga es o no despreciable. Si el efecto de carga es despreciable, entonces podremos hacer uso del voltímetro como si se tratara de un voltímetro ideal, situación deseable desde el punto de vista práctico. Si por el contrario el efecto de carga no es despreciable, entonces todavía se puede hacer uso del voltímetro, pero teniendo presente que la diferencia de potencial medida es distinta de la preexistente antes de conectar el aparato, la cual puede calcularse en algunos casos a partir de la medida. El margen de error porcentual se considera aceptable si se halla por debajo del 10%.


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A continuación procederemos con el cálculo de los errores porcentuales de las medidas en la escala adecuada, debido a que esta escala nos proporciona valores más cercanos al esperado. Recordemos la fórmula del error porcentual: Error % 

Valorteórico



Valormedido

Valor teórico



100

Error porcentual para la tabla 1.1 Error % 

8.196  8.210 8.196



100  0.17%



100  0.42%

Error porcentual para la tabla 1.2 Error % 

9.681  9.640 9.681

3. En referencia al paso 3.b usando los resultados obtenidos con el osciloscopio, calcule el valor eficaz y compárelos con los del multímetro. CANAL 1

FORMA DE ONDA SINUSOIDAL

AMPLITUD FRECUENCIA 5.00

10KHz

Voltaje A.C (Vp) 2.52

 De

la tabla mostrada, obtenemos que el valor medido con el osciloscopio resultó ser un valor de 2.52Vp Entonces el Vrms medido den el osciloscopio resulta: Vrms = Vp √ 2 



Vrms= 3.56V

El valor eficaz medido con el multímetro es igual a: 

Vef = 3.21V


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Como se puede apreciar con estos dos valores, el efecto de carga influye mucho al momento de realizar las mediciones de tensión en el circuito.

4. Hacer un comentario final sobre la experiencia realizada, indicando las dificultades encontradas así como los resultados que a su juicio sean de mayor interés. 



Al visualizar en el osciloscopio la forma de la onda resultante de nuestro circuito, resulta ser un sinusoidal, de donde se puede medir los valores de tensión rms, pico, pico a pico, etc. Las dos maneras de medir la tensión en nuestro circuito nos resulta muy eficiente, claro con algunas ventajas de una sobre otra. Sea por parte del osciloscopio, se pueden obtener la mayoría de datos requeridos. En cambio al realizar mediciones de tensión alterna con un multímetro este solo nos muestra un valor "eficaz", el cual tiene un comportamiento casi continuo.


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

VI.


Para obtener los valores pico y pico a pico de tensión al utilizar un multímetro como instrumento de medición, el valor eficaz tiene que realizar cambios matemáticos para encontrar los valores requeridos.

CONCLUSIONES 









El usar adecuadamente el múltimetro y el osciloscopio nos permite obtener valores de tensión similares a los valores encontrados teoricamente. Tener conocimientos previos de la información técnica acerca de los instrumentos a utilizar, nos permite manipular de forma adecuada cada instrumento sin ocacionarle algún desperfecto. Entender las diferencias entre los conceptos de sensibilidad, exactitud y precisión del múltimetro a trabajar, se pueden realizar mediciones teniendo en cuenta el valor de la resistencia interna de cada instrumento, así como el efecto de carga del mismo. El osciloscopio de igual manera que el múltimetro presenta un efecto de carga, el cual hace presente un margen de error en las mediciones realizadas en el laboratorio. Este efecto de carga o regulación presentado al realizar las mediciones se puede disminuir al elevar la escala de medida de cada instrumento a utilizar. En nuestro caso utilizamos un multimetro de marca Fluke77 serie -II el cual nos brinda un rango máximo de 1000.


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