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• Les Alejandro Yapura Romoacca

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Mediciones con Osciloscopio

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1. OBJETIVOS • • •

Identificar los controles de un osciloscopio. Medir voltajes de DC con el osciloscopio y el voltímetro digital. Medir formas de onda en AC con el osciloscopio y el multímetro digital.

2. MATERIAL Y EQUIPO

• • •

1 Modulo A-tech 1 Multímetro digital. 1 Osciloscopio.

3. Seguridad en la ejecución del laboratorio

Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje que suministran a las tarjetas.

Antes de utilizar el multímetro, asegurarse que está en el rango y magnitud eléctrica adecuada. Conectar correctamente el osciloscopio para medición de voltajes.

Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados

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4. BASE TEÓRICA EL OSCILOSCOPIO El osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en elEn la pantalla del osciloscopio se visualiza una señal de tiempo. voltaje. Se ve la forma de onda de la señal. Voltaje vs. Tiempo. Se mide la amplitud de voltaje en el eje vertical. Se mide el tiempo y periodos en el eje horizontal. Se mide la diferencia de fase entre dos señales. Se ve la relación de transferencia (amplitud y Fase) de dos señales, uno en el eje vertical y otra en el eje horizontal (modo XY). f) A la corriente se le observa indirectamente a través de una resistencia conocida y de bajo valor. ( I=V/R ) a) b) c) d) e)

MENÚ CH1, CH2. Muestra las selecciones de menú vertical, y activa y desactiva la presentación de la forma de onda del canal. VOLTS/DIV (CH 1, CH 2). Selecciona factores de escala calibrados.

SEC/DIV. Selecciona el ajuste tiempo/división horizontal (factor de escala) de la base de tiempos principal o de ventana.

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MEDIDAS. Muestra el menú de medidas automáticas. AUTOCONFIGURAR (AUTOSET). Establece automáticamente los controles del osciloscopio para generar una presentación útil de las señales de entrada. ACTIVAR/PARAR (RUN/STOP). Adquiere formas de onda continuamente o detiene la adquisición. PANTALLA DE OSCILOSCOPIO DIGITAL

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5. PROCEDIMIENTO A Medición de parámetros en tensión continua A1 Especificaciones Marca y modelo de osciloscopio………””Tektronix TDS2022 C””…………. A2 Configure el osciloscopio para medir en DC. A3 Implementar el circuito. Determine en forma teórica las tensiones en A, B, C, AB, BC y CD.

La fuente es de U = 12 Vdc; R1 = 2.2 kΩ; R2 = 1 kΩ y R3 = 470 Ω. Coloque aquí sus cálculos:

Fórmula

Resultado

UA

UA = I*R

=>

UA = 0.0033A*3670Ω => 12.1 v.

UB

UA = I*R

=>

UB = 0.0033A*3300Ω => 4.85 v.

UC

UA = I*R

=>

UC = 0.0033A*470Ω

UAB

UA = I*R

=>

UAB = 0.0033A*2200Ω => 7.26 v.

UBC

UA = I*R

=>

UBC = 0.0033A*1000Ω => 3.3 v.

UCD

UA = I*R

=>

UCD = 0.0033A*470Ω

IT = U / R IT = 12 v. / 3670 Ω

Valores

=> 1.55 v.

IT = 0.0033 A => 1.55 v.

A4 Completar la tabla con los valores medidos con el osciloscopio y luego con el voltímetro

Instrumento

U

UA

UB

UC

UAB

UBC

UCD

Osciloscopio

12.8 v

12.8 v

4.31 v

1.8 v

X

X

X

Voltímetro

12 v

11.06 v

3.68 v

1.57 v

7.37 v

2.10 v

1.57 v

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B Medición de parámetros de tensión alterna B1 Implemente el circuito eléctrico y transfiera el gráfico obtenido a la rejilla. Fuente con tensión de U= 12 V / 60Hz , R = 1 kΩ.

5v

10ms Voltaje de la resistencia con voltímetro: UR = ………12.06 v……… B2 Completar la tabla con sus respectivas unidades:

Calcular los siguientes valores indicando: fórmula, valores y resultado con unidades: FÓRMULA

UR

IR

VALOR

RESULTADO

V = I*R

=>

V = 0.012A * 1000Ω

=>

12 v.

R=V/I

=>

R = 12 v. / 1000A

=>

0.012Ω

=>

16.7 / √2

=> VRMS = 11.80

URMS

VP / √2 v.

Upico

VPR / 2

Upico-pico

VPR / 2 ∗ √2

=>

33.4 / 2

=>

VP = 16.7

=>

16.7 / 2 ∗ √2

=>

VPP = 33.4

T = 10ms

T

T=1/F

=>

1 / 0.1

=>

f

F=1/T

=>

1 / 10ms

=>

F = 0.1ms

Evaluación de resultados 1. En circuito representado en la figura, el interruptor cambia de posición en ese intervalo de tiempo de 1mseg (siendo el NA la primera posición) Dibuje la señal que detectaría el osciloscopio

Fotos de los Circuitos Realizados en el Taller:

¿Qué es la señal PWM? La modulación de ancho de pulso (PWM, por sus siglas en inglés) de una señal es una técnica que logra producir el efecto de una señal analógica sobre una carga, a partir de la variación de la frecuencia y ciclo de trabajo de una señal digital. El ciclo de trabajo describe la cantidad de tiempo que la señal está en un estado lógico alto, como un porcentaje del tiempo total que esta toma para completar un ciclo completo. La frecuencia determina que tan rápido se completa un ciclo (por ejemplo: 1000 Hz corresponde a 1000 ciclos en un segundo), y por consiguiente, que tan rápido se cambia entre los estados lógicos alto y bajo. Al cambiar una señal del estado alto a bajo a una tasa lo suficientemente rápida y con un cierto ciclo de trabajo, la salida parecerá comportarse como una señal analógica constante cuanto ésta está siendo aplicada a algún dispositivo. Ejemplo:

 Para crear una señal de 3V dada una fuente digital que puede ser alta (5V) o baja

(0V), usted podría utilizar un PWM con un ciclo de trabajo del 60%. El cual generaría una señal de 5V el 60% del tiempo. Si la señal es conmutada lo suficientemente rápido, el voltaje visto en las terminales del dispositivo parecerá ser el valor promedio de la señal. Si el estado lógico bajo es 0V (que es el caso más común) entonces el voltaje promedio puede ser calculado multiplicando el voltaje que represente el estado lógico alto por el ciclo de trabajo, o 5V x 0.6 = 3V. Seleccionar un ciclo de trabajo del 80% sería equivalente a 4V, un 20% a 1V, y así sucesivamente.

Señales de PWM son utilizadas comúnmente en el control de aplicaciones. Su uso principal es el control de motores de corriente continua, aunque también pueden ser utilizadas para

controlar válvulas, bombas, sistemas hidráulicos, y algunos otros dispositivos mecánicos. La frecuencia a la cual la señal de PWM se generará, dependerá de la aplicación y del tiempo de respuesta del sistema que está siendo controlado. A continuación, se muestran algunas aplicaciones y sus respectivas frecuencias:   

Calentar elementos o sistemas con tiempos de respuesta lentos: 10-100 Hz o superior. Motores eléctricos de corriente continua: 5-10 kHz o superior. Fuentes de poder o amplificadores de audio: 20-200 kHz o superior.

Nota: Ciertos sistemas pueden requerir frecuencias superiores a las mostradas anteriormente y dependerá del tipo de respuesta requerido. A continuación, se muestran algunos gráficos demostrando señales PWM con diferentes ciclos de trabajo:

¿Dónde se aplica la señal PWM en la maquinaria pesada? En la actualidad tiene las siguientes aplicaciones:

 En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la

modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de integrados compañías como Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim, y algunas otras más.

 En los motores: La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relés (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia). Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía en forma de calor en esta resistencia. Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos. En los motores de corriente alterna también se puede utilizar la variación de frecuencia. La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A, 16F1827, 18F4550, etc. de la empresa Microchip).

 Como parte de un conversor ADC; Otra aplicación es enviar información de manera analógica. Es útil para comunicarse de forma analógica con sistemas digitales. Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuánto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC..

¿Por qué existe variación de voltajes?

 La diferencia de voltaje, que podemos observar se debe, a que algunas resistencias no son del valor indicado, como la de 1K ohmios, que la medimos en el laboratorio y resulta que era de 600 ohmios.  Otra razón es que, al especificar el voltaje de la fuente en teoría debió ser 12 V, pero vario un poco al medir con el voltímetro. OBSERVACIONES:

 El módulo tiene un medidor de voltaje, pero no funciona correctamente se tuvo

que usar un voltímetro para poder poner el voltaje deseado.  Una de las resistencias no tenía la medida correcta por lo que las medidas tomadas con las medidas realizadas mediante las fórmulas teóricas no coinciden.  El osciloscopio nos puede ayudar a diferenciar entre una corriente alterna o continua. CONCLUSIONES:

 Un osciloscopio digital mide los picos de voltaje y los micro segundos que duran    

los pulsos La corriente alterna se diferencia porque son picos de voltaje que suben y bajan como pulsaciones en microsegundos La corriente continua se diferencia porque solo crea un pico que sube El voltaje en el osciloscopio no es igual a los voltímetros, debido a que el voltaje útil no son los picos En corriente continua el osciloscopio mide más que el voltímetro debido a que el 𝑉𝑝 voltaje útil es el 2 = 𝑉 √

Trabajo (a mano)

 Realizar los cálculos para describir el Vrms, Vpico, Vpico-pico, Vpromedio, Frecuencia y Periodo para señales Senoidales, Cuadradas y rectangulares

 Que es la señal PWM y donde se aplican en la maquinaria pesada