Laboratorios 1 CIRCUITOS ELÉCTRICOS II

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA y ELECTRICA

LABORATORIO DE TEORÍA DE CIRCUITOS II EXPERIMENTO Nº 1 MEDICIONES DE CORRIENTE ALTERNA CON EL VOLTIMETRO Y OSCILOSCOPIO

Prof: Alfredo Torres León I- OBJETIVO OBJETIVO::

  

Utilizar el Utilizar el Voltímetro Voltímetro para medir medir voltaj voltajes es de CA. Determinar el efecto de carga de un voltímetro en un circuito de CA. Usar adecuadamente el generador de señales y el ORC para medir voltajes, voltajes , frecuencia y ángulo de diferencia de fase en un circuito. circuito .

II- MATERIALES Y EQUIPOS  3 décadas de r esistencias esistencias o Resistencias: 39 K, 56 K, Y 120 K Condensador : 0.1 uF. Transformador r de de alimentación: alimentación: 220 v / 12 v A.C.  Transformado  Equipo: generador de señales de audiofrecuencia, ORC , VOM.  Diversos: extensión, extensión, conectores conectores,, etc. III. CIRCUITO EXPERIM EXPERIMENTAL. ENTAL.

A. MEDICION DE VOLTAJES VOLTAJES DE CA.

1.

Conecte el circuito de la Fig. Fig . V1(t) = 6 x √2sen 377.t (vol) Fig 1

2. Con el VOM medir voltajes de cada componente.. Calibre adecuadamente componente adecuadamente el ORC Mida voltajes con el ORC y anote en una tabla de datos. Calcule teóricamente la caída de tensión en cada

resistencia.. resistencia

Vom (rms) ORC (Vpp) V1 R1 R2 R3

6.34

1.796 0.906 3.609

16.88 4.54 2.56 9.92

B. DETERMINACION DE LA FRECUENCIA MEDIANTE LA MEDICON MEDICON DEL PERIODO. 1. Ajuste la señal del generador de señales a 60 Hz y a una tensión de 6 vo ltios rms. 2. Conecte la señal de sali s alida da del gener ador a ador a la entrada del eje vertical del osciloscopio. Utilice el osciloscopio para medir el periodo y calcule la frecuencia co correspondiente rrespondiente (f =l/T) 3. Repita este procedimiento para frecuencias de 1KHz, 5KHz, 10KHz y 50 KHz. Anote sus resultados en una tabla de datos. dat os.

Frec. Periodo (T) Frecuencia calculada (1/T)

60 Hz

1 KHz

5 KHz

10 KHz

50 KHz

16.86 ms 994.4 µs 199.7 µs 99.8 µs 19.96 µs 59.31 Hz 1 KHz 5 KHz 10 KHz 50.1 KHz

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICO 2

Prof. Alfredo Torres León

C. MEDICION DE LA FRECUENCIA EN BASE A LAS FIGURAS DE LISSAJOUSS. 1. Conectar el circuito de la figura. El transformador T disminuye la tensión de red de 220v hasta 12 v.

2. Conmute los controles del ORC, para que trabaje en el modo XY. Ajuste los controles de deflexión horizontal y vertical del ORC hasta obtener una deflexión en el horizontal igual a la obtenida en el vertical 3. Dibuje la figura que aparece en la p antalla del ORC . Calcule la frecuencia "desconocida" de la señal aplicada al eje horizontal (X) del ORC, según los puntos de tangencia con los ejes vertical y horizontal y con la frecuencia de referencia aplicada al verti cal : fh=(nv/nh).fv Donde: fh: frec. de señal conectada al eje horizontal (X) del ORC fv: frec . de señal conectada al eje vertical (Y) del ORC. nh: puntos de tangencia de la figura de Lissajouss con el eje X. nv: puntos de tangencia de la figura de Lissajouss con el eje Y. 4. Repita las mediciones anteriores para las frecuencias del generador de señales: 120, 180, 240 Hz. Anote sus medidas en una tabla de datos. Frecuencias f1 120 Hz 180 Hz 240 Hz nh 1 1 1 nv 2 3 4 fh 60 Hz 120 Hz 180 Hz 240 Hz

2



D. MEDIDA DEL ANGULO DE DIFERENCIA DE FASE. 1. Conectar el circuito de la figur a: 2. Conecte adecuadamente el ORC. Fije un punto de r eferencia, identificando cada señal: Yb es la señal de voltaje aplicado Ya corresponde al voltaje en la resistencia que está en fase con la señal de corriente del circuito, observe el corrimiento entre estas dos señales. Mida el desplazamiento en el tiempo entre estas dos ondas. Calcule el ángulo de diferencia de fase. Divisiones periodo

Divisiones de diferencia

Angulo de diferencia de fase (ORC)

Angulo de diferencia de fase medido

8

0.6

26.39º

27º

3. Repita el procedimiento para una frecuencia del generador de señal de 1KHz . Anote sus valores medidos. V. CUESTIONARIO FINAL.

1. Explique si respecto a los datos de la tabla (1), existen diferencias entre los voltajes medidos Y calculados. Efectivamente existen diferencias, debido a que el VOM no tiene tanta sensibilidad como el ORC; es decir el efecto de carga del VOM es mayor al del ORC, sin embargo el margen de error es aceptable.

2. Respecto a los datos de la tabla (2), explique las diferencias existentes entre los cálculos teóricos y los valores experimentales. La relación f=1/T determina la frecuencia, en este caso el error de lectura del ORC es mínima, 3



prácticamente no existe.

3. Al medir voltajes con el ORC, habrá "efecto de carga" en los circuitos de las figuras 1 y 2? Explique. Especificaciones técnicas del Osciloscopio utilizado en el laboratorio:

Osciloscopio Digital ATTEN ADS1062 CML – Datos técnicos Entrada

Entradas Impedancia de entrada Voltaje máx. de entrada Atenuador de sonda Atenuador de osciloscopio

AC, DC, GND DC: 1 M? ± 2% || 17 pF ± 3 pF AC: 1,2 M? ± 2% || 17 pF ± 3 pF, ≤100 mV/div 1,0 M? ± 2% || 17 pF ± 3 pF, >100 mV/div ± 400V PK-PK CATI 1×, 10× 1×, 10×, 100×, 1000× Sistema Horizontal

Frecuencia de muestreo en tiempo real Frecuencia de muestreo en tiempo equivalente Modos de medición (pantalla) Timebase Accuracy Ventana de tiempo

1 canal: 500 MSa/s, 2 canales: 250 MSa/s (para modelos ADS1000CL+)

1 canal: 1 GSa/s, 2 canales: 500 MSa/s (para modelos ADS1000CML)

1 canal: 1 GSa/s, 2 canales: 1 GSa/s (para modelos ADS1202CML)

50 GSa/s Normal, ventana, modificación de dimensiones de ventana, exploración, x-y ±100 ppm., medidos sobre el intervalo de 10 ms 18 divisiones. Sistema Vertical

Sensibilidad vertical Rango de decalaje de voltaje en el canal Resolución vertical Número de canales BW Flatness (Uniformidad de banda de frecuencias) Límite inferior de frecuencia (AC -3dB) Ruido: Pk-Pk para grabar 3K SFDR incluídos harmónicos Precisión de DC Gain Precisión de medición DC : All Gain settings ≤100mV/div Precisión de medición DC: All Gain settings>100mV/div Operaciones matemáticas

2mV-10V/div en la entrada BNC (1-2-5 secuencia) 2mV-10V/div en la entrada BNC (para modelos ADS1202CML y ADS1000CL+) 2 mV-200mV: ±1.6V 206 mV-10V: ± 40V en rangos de crecimiento fijo y variable 8 bit 2 DC-10% del establecido BW: ± 1dB 10%-50% del establecido BW: ± 2dB 50%-100% del establecido BW: ± 3dB ≤10 Hz (en la entrada BNC) ≤ 0.6 Div for average of 10Pk-Pk readings in fixed gain settings. ≤= 0.7 Div for average of 10 Pk -Pk readings, Variable gain settings ≥40 dB < ± 3.0%: 5mV/div to 5V/div in Fixed Gain Ranges < ± 4.0%:typical for 2mV/div and Variable Gain Ranges ± [3% x (|indicación|+|decalaje|) +1% |decalaje| +0,2 div.+2 mV]

±[3% x (|indicación|+|decalaje|) +1% |decalaje| +0,2 div. + 100 mV] +,-, *,FFT 4


FFP Limitador de ancho de banda


Modo de ventana: Hanning, Hamming, Blackman, Rectangular 20MHz ± 40% Typical (Note: BW limited below 20MHz ± 40% when using probe X1) Sistema de disparo

Tipos de disparo Modos de disparo Recursos de disparo Conexiones de disparo Diapasón del nivel de disparo Precisión del nivel de disparo (típico) aplicable para la señal de subida y bajada ≥ 20ns Disparo frontal (Edge Trigger ) Disparo intermitente (Pulse Width Trigger) Disparo video (Video Trigger) Disparo con retraso (Slope Trigger) Disparo externo (Alternative Trigger)

frontal, video, ancho de pulso, retraso, externo auto, normal, singular CH.1-2, EXT, EXT/5, AC Line AC, DC, LF rej, HF rej CH1, CH2: ±6divisiones desde el centro de la pantalla EXT: ±1.2V EXT/5: ± 6V Interna: ±(0.2 div×V/div)( ± 4 divisiones desde el centro de la pantal la) EXT: ±(6% of setting + 40 mV) EXT/5: ±(6% of setting + 200 mV) Edge type: Rising, Falling, Rising and Falling Modos de disparo: (>,<,=) Positivo, (>,<,=)Negativo; Rango de disparo: 20ns-10s Soporta señales en formato: PAL/SECAM, NTSC Condiciones de disparo: campo impar (odd field), campo par (even field), todos los campos (all lines), campo número... (line Num) retraso positivo (antes)(>,<,=) y negativo (después) (>,<,=) de la señal Tiemp: 20 ns-10 s CH1 tipos de disparo: frontal, video, ancho de pulso, retraso CH2 tipos de disparo: frontal, video, ancho de pulso, retraso Panel de control

Autoajuste Almacenamiento y reproducción

Ajuste automático del sistema Vertical, Horizontal y del sistema de disparo Soporta 2 grupos de formas de onda, 20 ajustes, 20 formas de onda Función de almacenamiento y reproducción, USB flash driver Sistema de recolección de datos

Tipos de muestreo Modos de muestreo Valor promedio

Tiempo real, tiempo equivalente Muestreo, Medición del pico, Promedio 4, 16, 32, 64, 128, 256 Sistema de medición

Medisiones automáticas

Vpp, Vmax, Vmin, Vamp, Vtop, Vbase, Vavg, Mean, Crms, Vrms, ROVShoot, FOVShoot, RPREShoot, FPREShoot, Rise time, Fall time, Freq, Period, +Wid, -Wid, +Dut, -Dut, Bwid, Phase, FRR, FRF, FFR, FFF,LRR,LRF, LFR, LFF Modo manual, Modo Track (rastreo) y Modo Auto Pantalla

Pantalla Resolución Modo de visualización de ondas Tiempo de visualización de señal en modo de puntos o vectorial Tiempo de visualización de

LCD TFT a color de 7" pulgadas (145 mm) 480 x 234 pixeles punto, vectorial apagado., 1 s, 2 s, 5 s, permanente 2 s, 5 s, 10 s, 20 s, permanente 5


menú Modo de salvapantalla Interpolación de señal Modelo a color Interfaz


1 min., 2min ., 5 min., 10 min.,15 min., 30 min., 1 h., 2 h., 5 h., apagado. Sin(x)/x, lineal normal, invertido USB Host, USB Device, RS232, salida para función "Bien/Mal" Alimentación

Voltaje de entrada Diapasón de frecuencias Consumo de energía

100-240 V AC, CAT II, selección automática de 45 Hz a 440 Hz 50 Wt Características generales

Dimensiones ( L ×A× G), mm Peso

399 × 148,5 × 110,5 2,4 kg

Como se puede observar la impedancia de entrada para escalas menores o igual que 100mV/div en C.A. es de 1.2 MΩ y para escalas mayores es 1.0 MΩ , a pesar de ser una impedancia muy grande si la resistencia equivalente de thevenin del circuito a medir es igual o muy cercana al valor de impedancia de entrada del osciloscopio, este perturbaría considerablemente la medición.

4. Indique las ventajas y desventajas de usar un osciloscopio como voltímetro de c .a. Principal ventaja, se puede observar la forma de onda en la pantalla del ORC, además de ser más preciso y tener menor “efecto de carga”, se pueden medir señales de diferentes frecuencias, una desventaja podría ser el costo del instrumento y dependiendo del trabajo a realizar podría ser más que suficiente un Multímetro.

5. Considera Ud. exacta la determinación de la frecuencia mediante la medición del periodo, según los datos de la tabla (3). En este caso es una aproximación de la frecuencia, no se podría decir que es exacta.

6. Cuando es conveniente emplear la frecuencia de la red como referencia pa r a la medición de la frecuencia mediante las figuras de Lissajouss? Cuando las frecuencias que se desean medir son múltiplos de la frecuencia de la red.

7. Es posible utilizar el método de las figuras de Lissajouss cuando la frecuencia de la referencia está conectada a la entrada horizontal? Justifique su respuesta. Si solo tendríamos que despejar la relación para hallar la frecuencia vertical, es decir:  

 

8. Cuándo se produce la diferencia de fase en un circuito? Cuando se encuentra conectado un condensador o una bobina, es decir cuando tenemos un circuito RL, RC o RLC

9. Según el método experimental utilizado para la medición del ángulo de fase, explique cuál es la finalidad de utilizar el control de sincronismo externo (SYNC.EXT.) del osciloscopio? Es para tener mayor precisión en el disparo de la imagen en pantalla.

10.Explique el método de medición del ángulo de fase mediante las figuras de Lissajo uss. Cuál de los dos métodos es a su parecer es más conveniente y por qué? El método de las figuras de Lissajouss consiste en obtener figuras geométricas que representan el desfasaje en grados según sean figuras conocidas (en el caso de frecuencias iguales), y en una relación de frecuencias verticales y horizontales en el caso de frecuencias diferentes. Este método tiene sus limitaciones debido a que no es tan preciso como el método convencional de calcular el ángulo de desfasaje por la cantidad de divisiones por tiempo. 6



VI. CONCLUSIONES

-

Podemos comprobar con facilidad que el uso de un osciloscopio es más recomendable y más fiable que el uso de un voltímetro ya sea por brindarnos mucha más información o datos sobre lo medido a pesar de existir el efecto de carga en ambos.

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Pero siempre debemos tener cuidado en tener las puntas de prueba adecuadas, pues estás son muy sensibles a los ruidos eléctricos cercanos.

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Utilizar un osciloscopio digital presenta muchas ventajas adicionales, debido a la rapidez con la que se puede realizar las medidas.

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Para concluir, el osciloscopio es un instrumento muy versátil y útil para el uso en laboratorios y en particular para los ingenieros eléctricos y electrónicos.

BIBLIOGRAFIA. 1 .-"Componentes E:lectrónicos y Mediciones" -Wedlock/Roberge. 2 .-"Prácticas de Electricidad" -Paul Zbar. 3 .-"Circuitos de Corriente Alterna" -Kerchner/ Corcoran. 4.-"Know your Oscilloscope" -Paul C. Smith. 5.-"Radio Handhook" -William Orr.

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