informe de electronica analoga 1

Universidad Nacional de Colombia. Beltrán, Chaparro, Rodríguez. Manejo de equipos de medición.

Manejo de Equipos para la medición de señales e impedancias Beltrán Suarez Daniel. Chaparro Arce Daniel. Rodríguez Manrique Daniel. [email protected], [email protected], [email protected] Universidad Nacional de Colombia Facultad de ingeniería

Abstract—The following document tracking the development of the first practical laboratory "Analog Electronics" is performed; in which reference to the methods of analysis (theoretical and practical) required for measuring voltage and impedance basic circuits with multiple instruments will.

las medidas correctas en las que se leen las frecuencias. III.

MARCO TEÓRICO

A. Valor RMS: Resumen— En el siguiente documento se realiza el seguimiento al desarrollo de la primera práctica del laboratorio de “Electrónica Análoga”; en el cual se hará referencia a los métodos de análisis (teóricos y prácticos) necesarios para la medición de tensiones e impedancias de circuitos básicos con múltiples instrumentos.

Palabras clave— Osciloscopio, Generador de Señales, Valor RMS, Valor eficaz, tensión, impedancia de entrada y salida.

I.

INTRODUCCIÓN

Reconocer los diferentes tipos de señales que se pueden obtener a partir del generador y poder manipular sus características como su frecuencia, amplitud, voltaje, ciclo de trabajo, entre otras, esto es de gran ayuda para reconocer el comportamiento de las ondas, también es de gran ayuda para poder comparar los datos teóricos con los resultados obtenidos en el laboratorio para entender su funcionamiento real; a su vez es importante identificar la impedancia que todo equipo de laboratorio pueda tener para así saber el margen de error. II.

OBJETIVO

Usando el generador se crearán distintas señales a diferentes frecuencias que serán analizadas con el Osciloscopio y el multímetro RMS y True RMS, De igual manera se buscarán entender y emplear,

También llamado valor eficaz, es el escalar de tensión dado por una corriente de comportamiento alterno y determinada por una resistencia en un ciclo de frecuencia. Dicho valor es comparable al proporcionado por una corriente directa en circunstancias similares. Este valor corresponde a la ecuación:

√ ∫ T

))

Donde T es el periodo de la señal. B. Valor Medio Representa el valor de la media aritmética o promedio de los valores instantáneos de tensión durante la frecuencia de la señal. Está definido por: ∫

)

C. Voltaje pico a pico Se le llama a la suma de los valores absolutos de la tensión mínima y la máxima en la función. D. Voltaje pico 1


Se le llama voltaje pico a la diferencia entre el valor máximo de tensión y el origen, en otras palabras, representa la mitad del valor pico a pico. E. Ciclo de trabajo Es la relación entre el valor promedio del pulso en un ciclo y el valor pico del pulso. Se define en términos de ancho del pulso y el periodo de repetición del pulso. Es un valor comprendido entre 0 y 1.

1 Osciloscopio 1 Generador de señales con resistencia de salida de 50 ohmios. 2 Multímetros Digitales (True RMS y True) 3 Sondas Potenciómetros de distintos valores.

V.

MONTAJE 1. MEDICIÓN DE SEÑALES

F. Multímetro Es el instrumento más usado para medir las características físicas de los circuitos en electrónica, tales como corrientes, tensiones, resistencias, capacitancias, etc. En el mercado existen diversos tipos de multímetros, entre los que se encuentran los RMS y los True RMS. Los multímetros RMS miden el valor medio de las señales y muestran sus componentes continuas. Por otro lado, los multímetros True RMS evalúan el valor medio de la señal respectiva, de igual manera, los multímetros True RMS muestran un campo de medición más grande y precisa que los RMS.

1. Determinar el valor RMS y medio de las siguientes señales: a. Sinusoidal simétrica de 5 Vpp a frecuencia de 200 Hz )

)

G. Impedancia: En circuitos de corriente alterna, las cargas presentan una oposición que no depende exclusivamente de la resistencia de la misma ya que existen factores externos como campos magnéticos que producen que esta oposición cambie. A esto se le llama impedancia. 

Impedancia de entrada

Proporciona la magnitud de potencia de entrada al circuito indicado, se mide al colocar una resistencia R a la entrada del dispositivo. 

Gráfica 1. Función sinusoidal simétrica 5 Vpp a 200 Hz

Impedancia de salida

Representa al equivalente de Thévenin del circuito indicado, facilitando la medición. IV.

√ ∫

)

MATERIALES 2


√

)

∫

√ [∫

∫

∫

[

b. Cuadrada simétrica de 2 Vpp a frecuencia de 100 Hz.

]

]

c. Triangular de 8 Vpp a 200 Hz.

)

)

) ) )

( ( (

⁄

)

⁄

) )

⁄

Gráfica 2. Función cuadrada simétrica de 2 Vpp a 100 Hz

[∫

∫ [

] ]

Gráfica3. Función triangular simétrica de 8 Vpp a 200 Hz

√

√ 3


∫

) √

∫

(

) ∫

∫ (

(

√

) ∫

)

[

]

e. Cuadrada de 5 Vpp a nivel DC 5 V, frecuencia de 120 Hz. d. Sinusoidal a 5 Vpp a nivel DC 1V, frecuencia de 500 Hz. Función:

)

Gráfica 5. Función cuadrada de 5 Vpp a 120 Hz, nivel DC 5V

[∫

∫ [

] ]

Gráfica 4. Función sinusoidal de 5 Vpp a 500 Hz, nivel DC 1V ∫ √ ∫

)

) f. Triangular de 8 Vpp a nivel DC 4V a frecuencia de 300 Hz.

√

)) 4


2. Determinar el valor RMS y medio variando la frecuencia desde 10Hz hasta 1MHz en 10 puntos de la señal triangular de 8 Vpp.

Gráfica 6. Función triangular de 8 Vpp a 300 Hz a nivel DC 4V

√

√

)

∫

Frecuen

V RMS

Hz

Digital

RMS en True

V DC digital

V DC True

10Hz

2,148V

2,237V

-0,098V

-0,072V

50Hz

2,192V

2,286V

-0,095V

-0,095V

100Hz

2,194V

2,288V

-0,094V

-0,095V

500Hz

2,188V

2,285V

-0,095V

-0,096V

1KHz

2,162V

2,267V

-0,096V

-0,096V

10KHz

0,933V

1,277V

-0,098V

-0,096V

50KHz

0,032V

282mV

-0,103V

-0,104V

100KHz

0,002

121,4mV

-0,099V

-0,1V

500KHz

0,002

2,5mV

-0,125V

-0,126V

1MHz

0,002

2,8mV

-0,138V

-0,138V

Tabla 2. Comparación de señales variables

A continuación se presenta la comparación entre los resultados obtenidos analíticamente y los obtenidos en el laboratorio con multímetros true RMS de las señales descritas anteriormente.

Señal

RMS teórico

RMS V.medio práctico teórico

V.medio práctico

a.

1,7678

1,742

0

-0,242

b.

0,707

0,883

0

-0,063

c.

2,309

2,263

0

-0,099

d.

1,7511

1,718

1

1,057

e.

1,7678

2,368

5

4,955

f.

2,209

2,212

4

3,89

Tabla 1. Medición de señales teóricas y prácticas

En los cálculos matemáticos las respuestas del valor RMS y del valor medio son de 2,309 y 0 respectivamente, ya que son independientes a la frecuencia. En la práctica los valores cambian abruptamente a medida que la frecuencia aumenta debido al campo de barrido (acción o trabajo) de los multímetros usados que no pueden medir correctamente los valores necesarios. 3. Determinar el valor RMS y medio variando el ciclo útil de una señal: Generando una señal cuadrada de 10 Vpp con nivel DC 0 V y frecuencia 1KHz, cuyo ciclo útil sea de 50 % y otra del 80 % y midiendo prácticamente el valor medio de la señal. Experimentalmente, los datos obtenidos para la primera señal fueron de 0,051V y -0,055V con multímetros RMS y True RMS respectivamente. De igual manera, los de la segunda señal fueron de 2,876V y 2,899V con RMS y True RMS respectivamente.

5


de 2Vpp, la impedancia de entrada medida por el osciloscopio fue de 0,99MOhm.

Gráfica 7. Función cuadrada de 10Vpp a 1KHz con ciclo útil del 50%

Gráfica 9. Tensión de entrada vs tensión carga.

Gráfica 8. Función cuadrada de 10Vpp a 1KHz con ciclo útil del 80% VI.

MONTAJE 2. MEDICIÓN DE IMPEDANCIAS

1. Después de generar una señal de 4Vpp a 100Hz, se aplicó al circuito recomendado en el laboratorio y variar el potenciómetro buscando encontrar una señal de 2Vpp, se encontró que la impedancia de salida fue de 42,7Ohm. 2. Luego de generar una señal de 4Vpp a 100Hz, esta fue conectada al circuito recomendado en el laboratorio, para así variar el potenciómetro y poder encontrar una señal de 2Vpp, la impedancia de entrada medida por el osciloscopio fue de 3,675Ohm. 3. Luego de generar una señal de 4Vpp a 100Hz, dicha señal fue conectada al circuito recomendado en el laboratorio, en este se varió el potenciómetro buscando encontrar una señal

En la anterior grafica podemos observar el punto en donde obtenemos la mitad de la señal de entrada esto sucede cuando la impedancia del circuito y la impedancia de nuestro objeto de medida o de alimentación (osciloscopio o generador) son iguales lo que hace que aparezca un divisor de tensión en donde tendremos la mitad de la tensión de alimentación debido a que las impedancias son aproximadamente iguales. VII.

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%? Se puede decir que el ciclo del 50% tiene mejor eficiencia del de 80% debido a que para la segunda señal se requiere mayor energía para la producción de los pulsos de la señal. 2. ¿Qué concluyen con respecto a la medición del valor RMS, realizada con los multímetros? A simple vista se puede decir que el multímetro True RMS tiene mayor campo de medición; es capaz de medir valores mucho más pequeños que el 6


RMS y con mayor precisión. Esto se debe a que el multímetro True calcula el valor RMS por medio de la integral, lo que permite tener mayor exactitud, mientras que los demás miden el RMS asumiendo que todas las señales son señales senoidales. 3. ¿Por qué cuando midieron la impedancia de salida de los generadores de señales omitieron la impedancia de entrada del osciloscopio medidor? Porque los valores son tan altos que se pueden considerar como un circuito abierto, por tal razón pueden omitirse. Ya que la impedancia del osciloscopia esta del orden de los mega ohmios mientras que la impedancia de los generadores es de 50 ohmios, lo que hace que las magnitudes no sean comparables. 4. ¿Por qué la impedancia de entrada del canal de un osciloscopio es tan alta (en el orden de los MΩ)? Una impedancia alta evita que se modifiquen en gran medida las características primordiales del circuito. Por eso al conectar el osciloscopio se busca que no se modifique el equivalente de la impedancia del circuito, además con esta impedancia grande podemos medir pequeñas señales.

VIII.

CONCLUSIONES

1. Los multímetros TRUE RMS nos permiten tener un valor más exacto debido a que calcula los valores por medio matemático, mientras que los demás asumen una onda genérica como la seno para realizar las mediciones. 2. Los multímetros tienen un ancho de banda determinado por este motivo a frecuencias muy altas la variación en los datos tomados es muy extraña debido a que a esas frecuencias el equipo no es recomendable para medir. 3. Para nuestras aplicaciones es importante conocer las impedancias de entrada y de salida de los circuitos, además de conocer que tanto hace variar los elementos de medida la impedancia equivalente de los circuitos. 4. En la práctica pudimos observar el comportamiento de los valores RMS, DC, valores pico y compararlos con los calculados teóricamente, en donde vemos una pequeña desviación. Esto se debe a la incertidumbre de los equipos al momento de realizar la medición. IX. BIBLIOGRAFÍA 1. R. Dorf and. J. Svoboda, Circuitos Eléctricos, 6rd ed. California, US: John Wiley & Sons, 2004. 2. W. Hayt, J. Kemmerly, and S. Durbin, Análisis de circuitos en Ingeniería, 7rd ed. California, US: Mc Graw Hill, 2006.

5. ¿Por qué cuando midieron la impedancia de entrada del osciloscopio omitieron la impedancia de salida del generador de funciones?

3. Thomas L. Floyd. Principios de circuitos eléctricos, 8rd ed.Ciudad de México, México: Pearson education, 2007.

Porque se utilizaron como referencia resistencias de grandes valores comparadas con la del generador, facilitando que el valor de la impedancia del generador se desprecie. Ya que las impedancias quedaban en serie y era la de del generador (pequeña) comparada con la de los potenciómetros y la del osciloscopio (grandes).

4. A. Sedra and K. Smith, Microelectronic Circuits Revised Edition, 5rd ed. New York, US: Oxford University Press, Inc. 2007.

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