l003 - ondas periodicas.docx

Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

CURSO:ML121 - LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOSSECCION:BTEMA:03 - USO DEL GENERADOR DE ONDAS Y OSCILOSCOPIO: VALORES CARACTERISTICOS DE ONDAS PERIODICAS.DOCENTE:ING. SINCHI YUPANQUI, FRANCISCOCICLO:2015-IALUMNOS:AUQUI TOVAR, ALEXANDER JOSECASTRO RETUERTO, DANYLEIVA ORE, LUIS CARLOS SEGUNDONAJAR TERRONES, ROLFE DIETER

ContenidoINTRODUCCION31.OBJETIVOS42.EQUIPOS Y HERRAMIENTAS43.PROCEDIMIENTO54.RESULTADOS Y DISCUSION6A.CIRCUITO 17B.CIRCUITO 210C.CIRCUITO 3134.1.CUESTIONARIO165.OBSERVACIONES266.CONCLUCIONES277.BIBLIOGRAFIA28

INTRODUCCION

Una de las herramientas que todo ingeniero debe conocer es el uso de instrumentos de medida elctrica, tales como: multmetro, voltmetro, ampermetro, ohmmetros, vatmetro y osciloscopio. Los osciloscopios son de gran ayuda, estos permiten visualizar seales de naturaleza elctrica, la grfica mostrada nos da informacin cuantitativa y cualitativa de la seal.Las ondas peridicas nos permiten obtener modelos matemticos, que nos ayudan a entender algunas caractersticas de las seales reales.Por eso el presente laboratorio tiene como objetivo familiarizarse en su uso y manejo del osciloscopio, y valores caractersticos de ondas peridicas.

1. OBJETIVOS Aprender el correcto manejo del osciloscopio, Comparar los valores medios y eficaces visualizados por multmetro y osciloscopio contra clculos tericos.

2. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS Osciloscopio digital

Multmetro

Generador de ondas

Panel con resistencias, condensadores y diodos.

3. PROCEDIMIENTOSe analizara el comportamiento de tres circuitos:CIRCUITO #ESQUEMA

1

2

3

Para todos los circuitos se usara una resistencia de 10 K y un condensador de 19.1uF.1. Se implementara el circuito en anlisis, previa medicin de resistencias y capacitancias.2. El voltmetro ser conectado a la salida del generador de ondas, registrando su valor.3. Seleccionar una frecuencia de 60Hz y amplitud de 5 voltios en el generador de ondas4. Seleccionar como tipo de onda: onda sinusoidal, en el generador de ondas.5. Conectar los bornes a-b y c-d a los canales 1 y 2 respectivamente al osciloscopio.6. Anotar los valores caractersticos: V mx., frecuencia, periodo,7. Repetir el paso 5, hasta terminar. Luego cambiar el tipo de onda: onda cuadrada8. Repetir el paso 5, hasta terminar. Luego cambiar el tipo de onda: onda triangular.9. Repetir los pasos 5, 6 y 7. Cambiando la frecuencia del generador de ondas a 200Hz y 1000Hz.

4. RESULTADOS Y DISCUSIONUna vez que el circuito esta implementado se agregan los instrumentos de medida: voltmetro, generador de ondas y osciloscopio, nos resulta lo siguiente:

A. CIRCUITO 11. 60HZ Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

2. 200Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

3. 1000Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

B. CIRCUITO 21. 60Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

2. 200Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

3. 1000Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

C. CIRCUITO 31. 60Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

2. 200Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

3. 1000Hz Onda seno

Onda cuadrada

Onda triangular

4.1. CUESTIONARIOA. Explicar el principio de funcionamiento del osciloscopio y e generador de ondas. Asimismo enumerar sus diversos usosPrincipio de Funcionamiento del Generador de OndasEn el diagrama de bloques se puede ver un esquema del funcionamiento del osciloscopio digital. Ntese que adems de las secciones verticales, horizontal y de disparo de un osciloscopio analgico, los osciloscopios digitales poseen un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar, procesar y visualizar la seal de entrada.

Esquema de funcionamiento del osciloscopio digital.Cuando se conecta la sonda a un circuito, la seal se dirige a la seccin vertical donde, al igual que en los osciloscopios analgicos, es atenuada o amplificada dependiendo de dnde se site el control vertical VOLTS/DIV.

La seccin de disparo es necesaria para estabilizar las seales peridicas. Para lograr la imagen estable, es necesario que el trazado de la onda comience siempre en el mismo punto. A diferencia de los osciloscopios analgicos, es posible ajustar el disparo para capturar seales transitorias de un nico evento y realizar un pre disparo para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.

Para traducir la informacin analgica a formato binario se utiliza el conversor A/D del sistema de adquisicin de datos. Con este conversor se muestrea la seal a intervalos de tiempo determinados y convierte la seal de tensin continua en una serie de valores digitales llamados muestras que son almacenados en memoria como puntos de seal. El nmero de los puntos de seal utilizados para reconstruir la seal en pantalla se denomina registro y dependiendo de las prestaciones del modelo de osciloscopio, esta informacin se puede procesar adicionalmente para realizar varias operaciones matemticas y grficas, mostrando el resultado posteriormente en la pantalla. La longitud de registro en el modelo TDS210 es de 2500 puntos de muestreo por canal. En la seccin horizontal, una seal de reloj determina cundo el conversor A/D toma las muestras. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo. En el modelo TDS210 es 1GS/s (gigasample/second) en cada canal. Por otro lado, mediante el control SEC/DIV es posible ajustar la duracin de cada divisin horizontal de la pantalla. Finalmente, la seccin de visualizacin recibe los puntos del registro y genera la imagen en la pantalla que tpicamente son pantallas de cristal lquido (LCD).

Principio de Funcionamiento del Generador de OndasSe explicara el funcionamiento del generador de marca Promax, modelo: GF230.La estructura general del equipo puede verse en diagrama de bloques (figura)

La seal bsica generada en el GF-230 es la Triangular. Esta es la que aparece en bornes de una CA. Descripcin del circuito La estructura general del equipo puede verse en diagrama de bloques. La seal bsica generada en el GF-230 es la Triangular. Esta es la que aparece en bornes de una capacidad C al cargarla a una corriente constante (rampa creciente) y descargarla de igual modo (rampa decreciente). Al efectuarse este proceso, la frecuencia se podr variar de dos formas distintas, bien variando la magnitud de las corrientes de carga y descarga o bien variando la capacidad a cargar y descargar. Las variaciones de frecuencia se efectan: - Por control continuo, por variacin de las corrientes de carga y descarga gobernando IC1 B con una tensin. A esta tensin se le puede sumar otra exterior (VCO) a travs de la entrada VCO [ll]. - Por salto de dcadas; se realiza de forma mixta, cambio de las corrientes constantes de carga y descarga o por cambio de la capacidad C. Generacin de la seal cuadrada: Previamente amplificada la seal triangular, sta hace actuar a un circuito disparador al llegar la tensin en bornes de la capacidad C a unos valores determinados. La seal cuadrada as obtenida tiene adems la misin de gobierno de los dos generadores de corriente constante, bien el de carga, bien el de descarga. Este control de inhibicin de uno u otro generador se efecta con un circuito puerta. El amplificador previo de la seal Triangular lo constituye IC3 a fin de no influir sobre las corrientes de carga y descarga de C. Generacin de la seal sinusoidal:El mtodo utilizado es de conformacin de la seal triangular por tramos, aprovechando el codo de la caracterstica V/I de los diodos D26 a D41 Amplificador de salida Una vez generadas las tres funciones, pasan al selector y posteriormente al amplificador de salida que incluye los controles de amplitud, adicin de la tensin de offset y atenuador de salida. Usos del Osciloscopio1. Mediciones de tensiones continuas.2. Mediciones de tensiones alternas.3. Medicin de potencia.4. Medicin de valor eficaz5. Medicin de frecuencias mediante figuras de lissajous.6. Determinar directamente el periodo y el voltaje de una seal.7. Determinar indirectamente la frecuencia de una seal.8. Localizar averas en un circuito.9. Medir la fase entre dos seales.10. Determinar que parte de la seal es ruido y como varia este en el tiempo.Usos del Generador de Ondas1. Control de frecuencia.2. Control de amplitud.3. Control del Voltaje.4. Control de onda cuadra, sinusoidal y triangular.5. Medir la respuesta de un circuito al cambio de amplitud, frecuencia y tipo de onda.6. Diagnosticar circuitos.

B. Explicar el principio de funcionamiento del diodo y puente de diodos y su aplicacin en electricidad.SemiconductorEs aquel material en la cual la banda de valencia (ltima capa donde se encuentra los electrones de valencia) y banda de conduccin (capa donde se encuentra los electrones que permite le flujo de corriente en el materia) se encuentra prximo y cuya energa (energa que se necesita para pasar un electrn de la banda de valencia hacia la banda de conduccin) es relativamente baja.

Los materiales semiconductores ms importante en la actualidad son el silicio (Si) y el Germanio (Ge) estos elementos tiene una valencia igual a 4 electrones. A la temperatura de 0 Kelvin (-273C) l se comporta como un aislante, es decir no existe ningn electrn en la banda de conduccin, pero a la temperatura ambiental (27C) Algunos electrones algunos electrones de la banda de valencia alcanza la energa suficiente para alcanzar a la banda de conduccin, dndole el nombre de electrn libre. El espacio que deja un electrn de Valencia se le conoce como hueco.

Estos materiales no son tiles porque tienen una gran resistencia, pero si le agregamos impureza como materiales trivalentes o pentavalentes, es decir que aumentamos la cantidad de electrones o huecos. A estos materiales se le conoce momo materiales intrnseco y se conoce dos tipos:1. Donadores: cuando un material semiconductor se le agrega impureza del tipo pentavalente, la cual va donar un electrn. Los tomos donadores ms comunes son Sb, P, As. Esta materia se le conoce tipo N porque los elementos mayoritarios que conducen la corriente son los electrones.2. Aceptor: cuando el material semiconductor se le agrega impurezas del tipo trivalente, este le va a dejar un vaco en la estructura conocido como hueco. los materiales comunes son Boro, In, Ga. Los elementos conductores ms comunes son los huecos, por eso es llamado materia tipo P

Diodo semiconductorSi se une dos semiconductores intrnsecos, uno P y otro N, el conjunto posee propiedades caractersticos tensin-corriente de un de un dispositivo de dos terminales que se le llama diodo de unin.Si a este elemento se le conecta de tal forma que se polariza directamente cuando el terminal positivo de la fuente se conecta al ctodo del diodo y el terminal negativo al nodo se comporta como un corto pero primero debe vencer al voltaje natural del diodo que vara por material recin comienza a conducir pero con una resistencia baja.En cambio cuando lo polarizamos inversamente este se comporta como circuito cerrado hasta un punto donde se comporta como cerrado (este punto es en voltajes altos), esto se observa en la siguiente grfica:

En el presente laboratorio como los voltajes estn alrededor de 5v, consideraremos que si esta polarizado correctamente el diodo se comporta como un corto circuito y si esta polarizado inversamente se comporta como circuito abierto.Los diodos tienen varias utilidades:Diodo ratificador: cuando al diodo se utiliza para dejar pasar la corriente en el sentido directo, se le llama diodo ratificador, es utilizado para proteger cuando tenemos voltajes que van de ser positivo a negativo y queremos que solo se d un sentido, de esta forma nuestros aparatos que trabajen en un solo sentido se protegen de voltajes negativos.

Cuando se utiliza corriente alternos del positivo al negativo, un solo diodo deja pasar cuando es positivo pero si utilizamos cuatro diodos tales que cuando sea negativo cambie el sentido del voltaje, se podr aprovechar toda la onda. A esto se le conoce como puente de diodo:Puente Diodo

Esta forma de colocar los cuatro diodos se le conoce como puente de diodo, su funcin es que toda voltaje que recibe lo convierte en positivo en sus otros terminales, en conclusin es en general otra funcin en valor absoluto al voltaje dependiente del tiempo.Su funcionamiento es este: Cuando el V es positivo, los diodos D1 y D3 queda polarizado correctamente lo que dejan conducir la corriente (corto circuito). Lo que no sucede con los diodos D2 y D4 que se encuentra en circuito abierto. De esta forma el voltaje logra polarizar a la carga.

Recambio cuando el voltaje es negativo, los diodos D4 y D2 se encuentra como cortocircuito. Los otros diodos D1 y D3 se encuentra en circuito abierto. De esta forma el voltaje logra polarizara la carga pero del mimo sentido que en el caso anterior.\El resultado final se ve que al comparar el voltaje de entrada con el de salida, se obtiene:

C. Explicar el mtodo empleado para hallar el desfasaje entre voltajes de fuente y condensador en el circuito 3. Qu otros mtodos existen?

Por el circuito circular una sola corriente i. Dicha corriente, como es comn a todos los elementos del circuito, se tomar como referencia de fases. La impedancia total del circuito ser la suma (circuito serie) de las impedancias de cada elemento del mismo. O sea,

Por tanto, la intensidad que

Como puede apreciarse tendr parte real y parte imaginaria.A partir de la expresin en forma binmica de la corriente es posible expresarla en otra forma cualquiera de las posibles para un nmero complejo. Quizs la ms til para nuestros fines sea la expresin en forma polar o mdulo-argumental. Para hacer la conversin de una a otra forma de expresin se ha de seguir el siguiente mtodo:

Donde m es el mdulo del nmero complejo e indica cun grande es el vector complejo. Por otro lado, es el argumento y representa el ngulo que forma el vector complejo respecto al eje positivo de "las x", que en nuestro caso se corresponde con el ngulo de desfase. Tomando esta forma de expresar los nmeros complejos, el mdulo de i ser

Su argumento o ngulo de desfase respecto a vo es

D. Elaborar un cuadro de los valores eficaces y medios visualizados en el multmetro, osciloscopio y calculados tericamente, indicando % error.

Se mostraran lo valores tericos, valor rms ledo por el voltmetro (v) osciloscopio(o) as como su porcentaje de erro respectivos.

Para 60HzCIRCUITO 1 - 60Hz

OndaTericoVO%error-V%error-O

seno3.5363.5443.5430.240.21

cuadrado5.0005.2905.2815.805.62

triangular2.8872.9112.9020.840.53

CIRCUITO 2 - 60Hz


seno3.5363.5442.3330.24-34.01

cuadrado5.0005.2905.2865.805.72

triangular2.8872.9112.9230.841.26

CIRCUITO 3 - 60Hz


seno3.5363.5502.3330.41-34.01

cuadrado5.0005.2055.2124.104.24

triangular2.8872.9052.9180.631.08



seno3.5363.5443.5380.240.07

cuadrado5.0005.2905.2935.805.86

triangular2.8872.9112.9090.840.77

CIRCUITO 2 - 200Hz


seno3.5363.5323.533-0.10-0.07

cuadrado5.0005.1805.1863.603.72

triangular2.8872.8972.9320.361.57

CIRCUITO 3 - 200Hz


seno3.5363.5332.333-0.07-34.01

cuadrado5.0005.2155.1994.303.98

triangular2.8872.9802.8963.230.32



seno3.5363.5443.5770.241.17

cuadrado5.0005.2905.3155.806.30

triangular2.8872.9112.9120.840.87

CIRCUITO 2 - 1000Hz


seno3.5363.5373.5430.040.21

cuadrado5.0005.1995.2033.984.06

triangular2.8872.9802.9753.233.06

CIRCUITO 3 - 1000Hz


seno3.5363.5283.531-0.21-0.13

cuadrado5.0005.1945.2063.884.12

triangular2.8872.0902.121-27.60-26.53

5. OBSERVACIONES La pequea diferencia en las grficas del osciloscopio corresponde al incorrecto ajuste vertical, debiendo verificar que los dos canales estn en cero. El circuito 1, se comport como se esperaba para todas las frecuencias y tipos de onda. El circuito 2, se observa una pequea pansa en el condensador en la parte del semiperiodo que la onda es rectificada, esto puede provenir de una falla del rectificador. En el circuito RC (circuito 3), para 60 y 200 Hz, se lograba ver la forma de onda con ruido, pero para 1000Hz la onda se distorsionaba bastante. Se recomienda usar un condensador de menor capacitancia, que permitir mayor cantidad de ciclos de carga y descarga mucho ms rpido. El porcentaje de error es muy pequeo para las ondas cuadrada y triangular (menor al 5%), lo que nos indica que el generador de ondas est correctamente configurado. El porcentaje de error es mayor par la onda triangular (hasta 20%), esto sucedi ya que se modific duty control por error al operar el generador de ondas. La red elctrica es bastante inestable en frecuencia, esto nos dificulto fijar las frecuencias. Se tuvo que verificar con la lectura del osciloscopio.

6. CONCLUCIONES Los tres circuitos analizados se comportamiento de acuerdo a los modelos matemticos estudiados en clase. Los valores obtenidos por medio de instrumentos presentan poca variacin con respecto al valor terico. El diodo deja para la corriente en un solo sentido, se verifico al cambiar la polaridad de la conexin. El puente diodo es usado para no dejar pasar la parte negativa del voltaje alterno. Las irregularidades de la forma de onda mostrada en el osciloscopio, es debido a que no se activ la opcin Suavizar, la cual genera una onda suave.

7. BIBLIOGRAFIA Ing. Sinchi, Francisco e Ing. Tarazona, Bernab. Gua de laboratorio de circuitos elctricos. Universidad Nacional de Ingeniera. Medidas Electrnicas I Ing. P. Prez, Universidad Tecnolgica Nacional Manual del Generador de Funciones, Universidad Complutense de Madrid, http://www.ucm.es/info/electron/laboratorio/instrumentos/generador/generador.pdf 2

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