Informe Final 4 EE131

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

INFORME FINAL Nº 4 MODULO 4 CURSO

: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS I

SECCIÓN

:R

PROFESORA

: BETETTA GOMEZ JUDITH LUZ

AUTORES

: PAJUELO CHIPANA, Juan Alonso Esteban.

20140237H

CHAVES SÁNCHES, Romario.

20141370C

AGUILAR QUISPE, Daniel Enrique.

20131338J

HUAYTÁN PATRICIO, Diego.

20130210J

HURTADO CORONADO, Fanny.

20132186I

2017-1 I.

INTRODUCCION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA Este informe tiene como objetivo poner en claro algunas cuestiones que surgieron en la experiencia N° 4 de laboratorio, Así como relacionar los datos que se obtuvieron en este laboratorio con los datos de la simulación. Uno de los fines principales de este laboratorio fue el de aprender a utilizar el osciloscopio de manera correcta, para lo cual se usó consistió en el empleo de diodos en las configuraciones de rectificador de media onda y onda completa. De esta manera se pudo evidenciar que las configuraciones reales de los diodos al igual que sus modelos teóricos, realizaban su función en el circuito; claro está que como estas configuraciones de los circuitos empleados en el laboratorio son reales abría una diferencia en algunos parámetros del circuito teórico con el circuito real, pero aun así se estaría realizando la función principal de los diodos que es el de rectificar. Para la elaboración de las simulaciones se utilizó el programa MULTISIM en su versión 13.0, los resultados de estas simulaciones se usaran para la comparación con los resultados que se obtenga en laboratorio, es decir, con datos reales, para después presentar todos los datos obtenidos en un informe final. NOTA: La hoja de datos se adjuntará al final de este informe II.

MARCO TEÓRICO 1. EL OCSILOSCÓPIO Un osciloscopio es un dispositivo que muestra gráficamente una forma de onda repetida en un circuito, como la señal de un sonido. Los osciloscopios muestran el voltaje o amperaje de un circuito como una línea en una pantalla, de esa manera uno puede estudiar la forma de onda para medir cuánto tiempo pasa entre los pulsos de un circuito, detectar la frecuencia de una señal, o hacer otros análisis útiles. CONTROL VERTICAL En todos los osciloscopios, la señal eléctrica viaja primero desde el sondeo de un circuito hasta el osciloscopio. Primero viaja a un circuito con amplificador y atenuados. Este circuito mide el voltaje o amperaje de la onda y lo aumenta (amplifica) o lo disminuye (atenúa) basándose lo que ingresa el operador a través de una perilla de control. Este voltaje luego controla el aspecto vertical. Mueve a un cañón de electrones hacia arriba y hacia abajo mientras cambia. Mientras más varíe el voltaje, más se mueve el cañón. CONTROL HORIZONTAL También se controla el aspecto horizontal. El cañón de electrones se mueve repetidamente de un lado de la pantalla al otro. En muchos casos, esto sucede miles de veces por segundo. Mientras más rápido sea el cañón, menos tiempo se representa por cada pasada. Esto hace que la imagen sea más cercana y detallada, pero muestra una parte más pequeña de la onda.

2.

EL DIODO Existen varios tipos de diodos, están presentes en todos los aparatos electrónicos, ya que es un componente de mucha importancia. Mencionaremos algunos de los más usados.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA DIODOS RECTIFICADORES: Los diodos rectificadores son los más comunes, estos facilitan el paso de la corriente continua en un sólo sentido (polarización directa), en otras palabras, si hacemos circular corriente alterna a través de un diodo rectificador esta solo lo hará en la mitad de los semiciclos, aquellos que polaricen directamente el diodo, por lo que a la salida del mismo obtenemos una señal de tipo pulsatoria pero continua. Se conoce por señal o tensión continua aquella que no varía su polaridad. FOTODIODOS: Algo que se ha utilizado en favor de la técnica electrónica moderna es la influencia de la energía luminosa en la ruptura de los enlaces de electrones situados en el seno constitutivo de un diodo. Los fotodiodos no son diodos en los cuales se ha optimizado el proceso de componentes y forma de fabricación de modo que la influencia luminosa sobre su conducción sea la máxima posible. Esto se obtiene, por ejemplo, con fotodiodos de silicio en el ámbito de la luz incandescente y con fotodiodos de germanio en zonas de influencia de luz infrarroja. DIODOS LED (LUMINISCENTES): Este tipo de diodos es muy popular, sino, veamos cualquier equipo electrónico y veremos por lo menos 1 o más diodos led. Podemos encontrarlos en diferentes formas, tamaños y colores diferentes

3.

RECTIFICADORES DE ONDA Tanto la generación como la transmisión y conversión de energía eléctrica se realizan de una manera más simple y eficiente en corriente alterna, sin embargo, dejando de lado los motores y los sistemas de iluminación, la gran mayoría de los equipos con alimentación eléctrica funcionan con corriente continua. Se plantea entonces la necesidad de convertir la corriente alterna en continua, lo cual se logra por medio de la rectificación. RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna:

V med =

VP V V rms = P π 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

V med =

2V P V V rms = P π √2

PREGUNTAS DE INFORME PREVIO 1.Haga Hacer un resumen de la función y principales usos del osciloscopio en electricidad y electrónica. Entre los usos más comunes del osciloscopio se encuentra: 

DETERMINAR DIRECTAMENTE EL PERIODO Y EL VOLTAJE DE UNA SEÑAL. El osciloscopio nos muestra en una cuadrícula la señal que varía con el tiempo cada cuadrícula representa una determinada escala. En horizontal casa cuadro representa una cantidad de tiempo, es decir solo tendríamos que ver cuantos cuadros ocupa la longitud de una onda y ese será su periodo. En vertical, analógicamente al horizontal, cada cuadro representa una escala de voltaje, por lo que podemos ver directamente en potencial que tiene la señal en cada momento de su periodo.

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DETERMINAR INDIRECTAMENTE LA FRECUENCIA DE UNA SEÑAL. Como ya se indicó en el ítem anterior ya que se puede obtener el periodo de manera directa, solo haría falta invertir el periodo para obtener la frecuencia.



DETERMINAR QUE PARTE DE LA SEÑAL ES DC Y CUAL AC. Ya que una señal puede variar en el tiempo, el osciloscopio puede mostrarnos gráficamente cuando esta deja de ser alterna para convertirse en continua dependiendo del circuito que se esté analizando.



LOCALIZAR AVERÍAS EN UN CIRCUITO. Esta posiblemente sea una de las más importantes funciones del osciloscopio. Cuando se diseña un circuito este debe funcionar de una manera correcta para un buen desempeño, lo cual se puede verificar gracias a la gran capacidad del osciloscopio de medir frecuencias, periodos, voltajes, etc. Y así ver si nuestro circuito trabaja como debería hacerlo.



MEDIR EL DESFASE ENTRE DOS SEÑALES. Esta función solo funciona correctamente si las señales son sinodales. Se puede deducir la fase entre las dos señales, así como su relación de frecuencias observando la siguiente

figura:



DETERMINAR QUE PARTE DE LA SEÑAL ES RUIDO Y COMO VARIA ESTE EN EL TIEMPO.

Es bien sabido que si no conectas una señal al osciloscopio este detectará una pequeñita señal, esta señal es el ruido que normalmente está a muy bajo voltaje y alta frecuencia, esta puede ser despreciada en la mayoría de los casos pero si trabajamos con altas frecuencias y modelos de alta sensibilidad como antenas de radio, será importante medir con el osciloscopio cuando se detecta ruido y nuestra propia señal.

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2.Dibujar las señales observadas en cada circuito y explicar la relación con las mediciones hechas con el multímetro. Explicar la definición de valor medio y eficaz. En laboratorio se calibró en generador de funciones para dar un potencial de 5v a 200Hz en una señal sinodal, de lo cual se puede obtener el valor del voltaje medio y eficaz de entrada:

V med ,ent =0 v V med ,ent =3.5355 v ONDA DEL GENERADOR DE FUNCIONES Y MEDIA ONDA EN UN PERIODO COMPLETO:

En esta imagen se puede apreciar la escala de voltaje y de tiempo así como la fecha

En esa imagen se puede ve de verde la señal de entrada y de morado la señal de salida cada uno con sus respectivos voltajes pico,y acontinuación, una fotografía del laboratorio ONDA DEL GENERADOR DE FUNCIONES Y RECTIFICACION DE ONDA COMPLETA EN UN PERIODO COMPLETO:

En esta imagen se puede apreciar la escala de voltaje y de tiempo así como la fecha

En esta imagen, al igual que en la anterior, semuestra la señal de entrada de color verde y la de salida en color morado con sus respectivos voltajes pico y acontinuación una fotografía del lab.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA De los voltajes picos mostrados en las figuras podemos calcular los voltajes medios y eficaces de cada tipo de rectificación de onda:

V med ,=0 v V med,Comp =3.5355 v V med ,ent =0 v V med ,ent =3.5355 v Entonces para cada uno de los casos tenemos: RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA:     

Voltaje pico: Voltaje medio: Voltaje eficaz: Multímetro en Vcc: Multímetro en Vac:

3.4 v 1.0822 v 1.7 v 1.081 v 1.42 v

RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA:     

Voltaje pico: Voltaje medio: Voltaje eficaz: Multímetro en Vcc: Multímetro en Vac:

3.8 2.444 2.715 1.99 1.25

v v v v v

DEFINICIÓN DE VALOR MEDIO Y EFICAZ: 

VALOR MEDIO: Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos los valores instantáneos de tensión ( o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo.



VALOR EFICAZ: Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia.

3.Cuál es la influencia de la frecuencia para las mediciones de los valores eficaces y promedio en el multímetro. Para el tipo de onda con la que trabajo en el laboratorio (onda senoidal) la frecuencia no alterará el resultado de los valores eficaces o medios, ya que como se comprobó en forma teórica, dichos valores no dependían de la frecuencia (periodo) pero si de sus valores picos de las ondas. Pero en general se podría decir que estos valores medios y eficaces (o rms) podrían depender de la frecuencia (periodo) dependiendo de qué tipo de onda se empleada.

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4.Investigar sobre las limitaciones en frecuencia del osciloscopio, así como sus demás características de operación (Z in B.W., VPP max,etc). LIMITACIONES EN OSCILOSCOPÍO ANALÓGICO 

Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. Para solucionar este problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal (trigger level) o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada.



Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla. Esto se soluciona colocando un potencial postacelerador en el tubo de rayos catódicos.



Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza. Otra forma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer toda la pantalla, y por ende pueden visualizarse señales de baja frecuencia pero se verá un punto desplazándose a través de la pantalla debido a que la persistencia fosfórica no es elevada.



Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede utilizarse un osciloscopio con base de tiempo disparada. Este tipo de osciloscopio tiene un modo de funcionamiento denominado «disparo único». Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostrará este y sólo este, dejando de barrer una vez que la señal ya fue impresa en la pantalla

LIMITACIONES EN OSCILOSCOPÍO DIGITAL 

La impedancia de entrada del osciloscopio te dice que se comporta como un filtro pasa bajos y que tendrá una frecuencia de corte a partir de la cual no es capaz de presentar las señales de entrada.

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5.Viendo la forma de la onda del osciloscopio en el caso del ROC, para diferentes frecuencias. ¿Cómo disminuiría al mínimo este error? ¿Este error será más pronunciado a altas o bajas frecuencias? DESDE EL PUNTO DE VISTA TEÓRICO:

A 60 Hz se obtiene:

A 200Hz se obtiene: V P =3.574 V

V P =3.590 V

T =2.5 ms→ f =400 Hz

T =8.33 ms → f =120 Hz

Con ello vemos que la frecuencia no cambia pero el voltaje pico disminuye, lo que quiere decir que se está dando UN MAYOR ERROR A MAYOR FRECUENCIA. Para disminuir el error podríamos tomar el circuito de rectificación de onda completa con punto medio, este debería tener menos error ya que para cada ciclo solo necesita de un solo diodo en vez de dos diodos.

6.La amplitud de entrada es diferente a la amplitud de salida ¿A qué se debe? ¿En qué caso esta diferencia es mayor? ¿Por qué? La amplitud se ve disminuida ya que cada uno de los diodos causa una caída de tensión de aproximadamente 0.7v, ya que los diodos en laboratorio son reales, esta caída de tensión aumenta conforme se aumenta la corriente que asa por ellos y ya que la señal es de tipo senoidal, esta caída de tensión varía con el tiempo, teniendo una caída de voltaje máxima cuando la señal está en un pico o en un valle.

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7.Investigar sobre formas de medir frecuencia con el ORC. Como las figuras Lissajouse, base de tiempo calibrado, la rueda dentada, etc. FIGURAS DE LISSAJOUS En matemáticas, la curva de Lissajous, también conocida como figura de Lissajous o curva de Bowditch, es la gráfica del sistema de ecuaciones paramétricas correspondiente a la superposición de dos movimientos armónicos simples en direcciones perpendiculares:

X =Sen ( wx t+ α ) y=Sen ( w y t + β ) δ=α −β Esta familia de curvas fue investigada por Nathaniel Bowditch en 1815 y después, con mayores detalles, por Jules Antoine Lissajous. En mecánica clásica, la trayectoria de un movimiento armónico complejo bidimensional es una curva de Lissajous.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA La apariencia de la figura es muy sensible a la relación

w x /w y . Por ejemplo Para un valor de

1, la figura es una elipse, con los casos especiales del círculo (A = B, δ = π/2 radianes) y de las rectas (δ = 0) incluidos. Otra de las figuras simples de Lissajous es la parábola (a/b = 2, δ = π/2).

8.Observaciones, conclusiones y recomendaciones de la experiencia realizada. 

Debido a que se utilizan diodos, la señal de salida Vrms es parecida al medirla con el osciloscopio y con el multímetro.



Se debe tener en cuenta que al trabajar con altas frecuencias el osciloscopio puede tener grandes errores.



Al rectificar las señales tanto en onda completa como en media onda, se debe tener en cuenta la caída de voltaje causada por los diodos.

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Hacer buenas conexiones ya que si no se conecta bien se puede llegar a tener más ruido o simplemente no se llegar a tener la señal en el osciloscopio, para ello se recomienda verificar el buen estado de los cables.



La principal recomendación que se da es que el osciloscopio deba estar previamente calibrado y que las conexiones estén en condiciones óptimas.

9.Mencionar 3 aplicaciones prácticas de la experiencia realizada completamente sustentadas. 1°. EQUIPOS DE CONTROL DE POTENCIA Los equipos de control de potencia se basan en la distribución más eficiente de la energía como por ejemplo un paso BUCK BOOST que regulan la salida del voltaje según se requiera, por ejemplo: en un panel solar se produce una cierta cantidad de voltaje según la intensidad luminosa, con estos convertidores se podría obtener un voltaje constante sin perder potencia desde la entrada a la salida. En estos casos el osciloscopio es de vital importancia ya que nos permitiría ver el ruido que se genera después de pasar la señal por los filtros. 2°. CONVERTIDOR HALF BRIDGE Este convertidor genera a partir de un voltaje continuo un voltaje también continuo pero de diferente valor:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA Basiccamente genera una una señal alterna y luego la rectifica a onda completa y atraves de un filtrado obtiene una señal que es aproximadamente continua pero de diferente valor, ya sea mayor o menor que el del voltaje de entrada. Elosciloscopio nos ayudaría a ver que tan bien se está obteniendo nuestro voltaje de salida 3°. APLICACIONES GENERALES Ya que el osciloscopio es un instrumento muy versátil, este nos puede ayudar en casi todos nuestros circuitos diagnosticando nuestra señal ya sea de voltaje o de corriente. Puede ayudarnos a:      

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Medir la fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4to laboratorio FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA BIBLIOGRAFÍA: https://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php http://www.ehowenespanol.com/funciona-osciloscopio-como_151976/ http://www.ifent.org/lecciones/cap08/cap08-05.asp https://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio LIBRO: ELECTRÓNICA DE POTENCIA por: DANIEL W. HART Lecturas de aula virtual http://www.forosdeelectronica.com/f11/impedancia-osciloscopio-36237/

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