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Universidad Nacional de Colombia. Aroca Alexander, Bautista Laura, Higuera Pedro. Manejo de Equipos.

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Práctica 1: Manejo de Equipos Edison Alexander Aroca (eaarocap@unal,edu.co), Laura Camila Bautista ([email protected]), Pedro Alexander Higuera ([email protected])

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Resumen—Es muy importante en electrónica el conocimiento y manejo de equipos básicos de mediciones como los multímetro así como la interpretación y manejo de señales a través del osciloscopio. En el presente trabajo se exponen un conjunto de señales medidas en el laboratorio, así como el montaje de algunos circuitos que permiten mostrar las impedancia de entrada y de salida del generador, osciloscopio y de los circuitos y que permiten realizar comparaciones en cuanto los valores de las señales y de impedancias para diferentes valores de frecuencias y tipos de señales.

II.

INSTRUMENTACIÓN

Para esta práctica de laboratorio se utilizaron los siguientes instrumentos: 1. Osciloscopio de 2 Canales. 2. Generador de señales con resistencia de salida de 50 Ω. 3. Multímetros Digitales (uno de ellos True RMS). 4. Sondas. 5. Varias Resistencias y potenciómetros

Palabras Clave: Multímetro, Osciloscopio, Generador de señales, Valor RMS, Valor medio Abstract-It is important in electronic knowledge management and basic equipment such as multimeter measurements and the interpretation and management of signals on the oscilloscope. In this paper a set of signals measured in the laboratory as well as mounting some circuitry to display the input impedance and output of the generator, oscilloscope and circuits that allow comparisons in terms of the values are set and impedance signals for different values of frequencies and types of signal. Keywords: multimeter, oscilloscope, signal generator, RMS value, Average value.

III.

MARCO TEÓRICO

Corriente Continua Es el flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos putos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo A.

B. Corriente Alterna Es la corriente que varía la magnitud y el sentido cíclicamente Valor eficaz El valor eficaz de una tensión alterna es aquel valor que aplicado sobre una resistencia tiene la misma eficacia térmica que una continua. Es decir, produce la misma disipación de calor que una tensión continua del mismo valor. En una onda sinusoidal, es valor es Vmáx/(2)^(1/2), es una onda triangular es Vmáx/2 y en una onda cuadrada es Vmáx. C.

I.INTRODUCCIÓN En el estudio de la electrónica analógica es de vital importancia no solo los conceptos teóricos generados alrededor de los circuitos electrónicos sino también los conceptos prácticos en los que están incluidos el uso de diferentes instrumentos y equipos que permitan analizar diversas señales realizando mediciones y comparaciones entre ellas de acuerdo al instrumento utilizado. El objetivo del siguiente laboratorio es abordar el manejo del osciloscopio, así como la generación de diferentes señales con el objeto de hacer mediciones con dos tipos de multímetros y así poder realizar comparaciones de los valores prácticos y de los teóricos previamente calculados

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D. Valor Medio En una señal sinusoidal el valor medio de una onda simétrica con respecto al eje de las abcisas es cero, sin embargo, se considera como valor medio el que se obtendría después de rectificar la onda, en el caso de una sinusoidal Imed: 0,636 Imáx


E.

Osciloscopio

Es un instrumento de visualización electrónica para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las señales en el eje vertical (voltaje), mientras que en el eje horizontal representa el tiempo. En la figura 1 se encuentra una foto de un osciloscopio análogo.

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siguientes señales con el generador y visualizarlas en el osciloscopio y luego hacer las respectivas mediciones con dos multímetros digitales, uno RMS y el otro True RMS para luego comparar sus valores en DC y AC con los resultados teóricos calculados previo al laboratorio. Para poder entender a la perfección el objetivo del laboratorio se hizo la resolución de unas preguntas previo a la práctica: a. Qué es ciclo útil de una señal y como se mide? R/: Es la relación entre el tiempo en que esta activa la señal y el período de la misma, este valor se encuentra entre cero y uno siendo un valor adimensional y se calcula de la siguiente forma:

Figura 1. Osciloscopio Análogo

F. Generador de señales Es un aparato electrónico que produce onas sinusoidales, cuadradas y triangulares. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónico y servo. Trabajan en un rango típico de 0.2 Hz a 2 MHz. En la figura 2 se observa un típico generador de señales

b. Cuál es la diferencia entre un multímetro RMS y uno True RMS? R/: La diferencia es que los multímetro RMS leen todas las señales como si fuesen sinusoidales, mientras que los True RMS sin importar el tipo de señal siempre dará en la lectura el valor eficaz. Señales a generar en el laboratorio:

Figura 2. Generador de señales

IV.

RESULTADOS Y MEDICIONES

Esta práctica de laboratorio se dividió en dos partes: PARTE 1: MEDICIÓN DE SEÑALES

En la práctica se tuvieron que generar las

1. Senoidal simétrica de 5 Vpp a frecuencia de 200 Hz 2. Cuadrada simétrica de 2 Vpp a frecuencia de 100 Hz 3. Triangular de 8 Vpp a frecuencia 200 Hz 4. Senoidal de 5 Vpp, nivel D.C. 1V a frecuencia 500 Hz 5. Cuadrada de 5 Vpp, nivel D.C. 5V a frecuencia de 120 Hz 6. Triangular de 8 Vpp, nivel D.C. 4V, frecuencia de 300 Hz Los resultados obtenidos se pueden apreciar en la Tabla 1.


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TABLA 1. MEDICIONES DE SEÑALES CON OSCILOSCOPIO, Y MULTÍMETROS

De la tabla anterior se puede apreciar que los valores entre los multímetros RMS Y True RMS son similares y presentan un rango de error mínimo a pesar de que cada multímetro toma la señal de una forma diferente, se puede concluir que Al trabajar con el osciloscopio y el multímetro se puede tener la seguridad de contar con datos precisos, sin embargo la forma en la que el osciloscopio enseña la información deja a criterio del experimentador determinar el valor numérico, por lo tanto existe un rango de error respecto a la medida real, mientras que con el multímetro se muestra una medida más precisa, en cuanto a los datos esperados por la teoría es posible que hayan variaciones Después de realizar estas medidas se prosiguió a escoger una de ellas y se empezó a variar la frecuencia en un rango de valores entre 10 Hz hasta 1 MHz en 10 puntos distintos, allí se midieron los valores del osciloscopio y de los multímetros. Para este caso se escogió la señal triangular de 8 Vpp con un nivel DC de 4 Vpp y frecuencia de 300 Hz, los valores tomados se aprecian en la Tabla 2. TABLA 2. MEDICIONES DE SEÑALES CON OSCILOSCOPIO, Y MULTÍMETROS

Después de realizar estas mediciones se prosiguió a generar una señal cuadrada de 10 Vpp con nivel DC 0V y frecuencia 1KHz, cuyo ciclo útil fuera del 50%, después se repitió la edición con la misma señal pero ahora con un ciclo útil del 80%. En la tabla 3 se muestran las mediciones hechas para este experimento. TABLA 3. VALORES MEDIOS DE UNA SEÑAL CON VALORES DE CILO ÚTIL

PARTE 2: MEDICIÓN DE IMPEDANCIAS Para entender el objetivo de la práctica, previamente se repasaron los siguientes conceptos: La impedancia de salida se puede modelar como una fuente ideal de voltaje en serie con una impedancia; la impedancia de entrada es el equivalente thevenin de una red eléctrica Para esta práctica se implementaron algunos circuitos que fueron previamente simulados y montados, luego se hicieron las respectivas mediciones de la siguiente manera: a. Medición de impedancia de salida de un generador de señales Usando el generador de señales con salida de impedancia nominal de 50 Ω y de 600 Ω se generó una señal senoidal de 4 Vpp a 100 Hz y utilizando un potenciómetro de 500 Ω y de 1 K Ω, se varió la resistencia hasta encontrar una medición de señal de 2 Vpp, midiéndose con un óhmetro la


impedancia de salida del generador, los circuitos utilizados se aprecian en las figuras 1 y 2.

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Figura 5.Cicrcuito con potenciómetro de 10k Ω

Al medir con el ohmetro se encontró que la la impedancia de salida del generador era de 3,5 KΩ c. Medición impedancia de entrada de un osciloscopio

Figura 3. Circuito con impedancia de 50

Ω

Figura 4. Circuito con impedancia de 600

Ω

Usando el generador de señales con salida de impedancia nominal de 50 Ω se generó una señal senoidal de 4 Vpp a 100 Hz y utilizando un potenciómetro de 3 M Ω, se varió la resistencia hasta encontrar una medición de señal de 2 Vpp, midiéndose con un óhmetro la impedancia de entrada del osciloscopio, el circuito utilizado se aprecia en la figura 4.

Al medir con el ohmetro se encontró que la la impedancia de salida del generador era de 46,5 Ω b. Medición de impedancia de entrada de un circuito Usando el generador de señales con salida de impedancia nominal de 50 Ω se generó una señal senoidal de 4 Vpp a 100 Hz y utilizando un potenciómetro de 10 K Ω, se varió la resistencia hasta encontrar una medición de señal de 2 Vpp, midiéndose con un óhmetro la impedancia del circuito resistivo, el circuito utilizado se aprecia en la figura 3.

Figura 6. Circuito con potenciómetro de 3 M Ω

Al medir con el ohmetro se encontró que la la impedancia de salida del generador era de 0,94 M Ω RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS SUGERIDAS 1. ¿Cómo es la energía de la señal generada con ciclo útil de 80% comparada con la señal de ciclo útil de 50 %? V.

R/: La energía generada por una señal con un ciclo útil del 80% es mayor comparada con una del 50%, debido a que hay un mayor tiempo de activación de la señal con respecto al período en el que se trabaja 2. ¿Qué concluyen con respecto a la medición del valor RMS, realizada con los multímetros? R/: Que las mediciones hechas con los multímetros arrojan valores muy similares e incluso en algunos casos iguales a pesar de que en teoría manejan un funcionamiento de medición diferente, en general


manejan una variación del error de una con respecto a la otra en un valor muy pequeño. En cambio los valores comparados con el osciloscopio reflejan un grado de error mayor. 3. ¿Por qué cuando midieron la impedancia de salida de los generadores de señales omitieron la impedancia de Entrada del osciloscopio medidor? 4. ¿Por qué la impedancia de entrada del canal de un osciloscopio es tan alta (en el orden de los MΩ)? R/: Para recrear de la mejor manera las señales de entrada en el display, ya que cuando se conectan las sondas, el osciloscopio se vuelve parte del circuito (y puede alterar las tensiones y corrientes que se requieran medir, entonces la impedancia debe ser alta del orden de los MΩ para que en ese caso para que la corriente obtenida en el circuito sea insignificante dependiendo de la aplicación. 5. ¿Por qué cuando midieron la impedancia de entrada del osciloscopio omitieron la impedancia de salida del generador de funciones? VI.

CONCLUSIONES

VII.

REFERENCIAS

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Circuitos Microelectrónicos. Sedra - Smith.

2. Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos. Edit. 10. R.L. Boylestad.

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