Viernes, 13 de diciembre del 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

UUNIFACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y

ELÉCTRICA

E.A.P ING.DE TELECOMUNCACIONES

EXPERIENCIA N°: OSCILOSCOPIOS ANALOGO Y DIGITAL

TIPO: INFORME PREVIO

PROFESORA: ING. LITA SOTO

FABIAN LARIANCO, JOHON RAYDER

GRUPO: LUNES 2:00-5:00 (pm)

Osciloscopios análogo y digital1.- objetivos:Utilizar el voltímetro para medir voltajes A.C.Utilizar adecuadamente el generador de señales y el ORC para medir voltajes, frecuencias y ángulo de diferencia de fase en un circuito.2.-informe previo:1.-definir la corriente alterna y la corriente continua. Ejemplos.

CONCEPTO DE CORRIENTE ALTERNA

La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conductor.

La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes formas: senoidal (la forma fundamental y mas frecuente en casi todas las aplicaciones de electrotecnia); triangular; cuadrada; trapezoidal; etc..si bien estas otras formas de onda no senoidales son mas frecuentes en aplicaciones electrónicas.

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ELECTROTECNIA

Las formas de onda no senoidales pueden descomponerse por desarrollo en serie de Fourier en suma de ondas senoidales (onda fundamental y armónicos), permitiendo así el estudio matemático y la de sus circuitos asociados.

 

Corriente alterna senoidal

La electricidad es un tipo de energía transmitida por el movimiento de electrones a través de

un conductor, como puede ser un cable de metal. El flujo de electrones puede ocurrir en una

sola dirección o en dos a lo largo del cable conductor. Cuándo el flujo de corriente eléctrica se

da en una sola dirección, se conoce como Corriente Continua, genaralmente designada con

las siglasDC, siglas que vienen del inglés Direct Current y también se puede ver, aunque con

menos frecuencia, con las siglas del español CC. Cuándo el flujo eléctrico se da en las dos

direcciones se conoce como Corriente Alterna y se designa generalmente con las siglas AC,

del inglésAlternating Current, también se puede ver como CA. La mayoría de redes eléctricas

actuales utilizan corriente alterna, mientras que las baterías, pilas y dinamos generan corriente

continua.

La corriente continua o DCEn la naturaleza la electricidad es relativamente rara si se compara con lo cotidiana que es en

nuestra vida, sólo es generado por algunos animales y en algunos fenómenos como los rayos.

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En la búsqueda de generar un flujo de electrones artificial, los científicos se dieron que cuenta

que un campo magnético podía hacer a los electrones fluir a través de un cable metálico u otro

material conductor, pero en una sola dirección pues los electrones son repelidos por un polo

del campo magnético y atraídos por el otro. Así nacieron las baterías y generadores

de corriente eléctrica continua, un invento principalmente atribuido a Thomas Edison (el

mismo que NO inventó la bombilla) en el siglo XIX.

La corriente alterna o ACA finales del siglo XIX, otro científico, Nikola Tesla, trabajó en el desarrollo de la corriente

alterna, ya que podría transportar mayores cantidades de energía y a más distancia. En lugar de

aplicar magnetismo forma uniforme y constante, utilizó un campo magnético rotatorio. Cuándo

el campo magnético cambia de dirección, la dirección del flujo del electrones cambia también,

produciéndose así la corriente alterna. Este cambio de dirección se produce muy rápido y

muchas veces por segundo. La frecuencia con la que se produce el cambio de dirección se mide

en hercios (Hz, igual a ciclos por segundo), de forma que una corriente alterna de 60 Hz quiere

decir que los electrones cambian la dirección de su flujo 60 veces por segundo.

El cambio de dirección en el flujo de electrones permite, por ejemplo, que se pueda conectar un

aparato a un enchufe sin importar dónde está el polo positivo y el negativo del enchufe; sin

embargo, en la corriente continua las conexiones han de realizarse conectando siempre el polo

positivo y el negativo de forma adecuada.

La otra gran diferencia entre la corriente AC y DC es la cantidad de energía que se puede

transportar en cada tipo. La electricidad no puede viajar muy lejos antes de que empiece a

perder voltaje (medida de la tensión eléctrica). Cada batería está diseñada para producir sólo

corriente continua con un cierto nivel de voltaje, con lo que desde el momento de la producción

de la electricidad ya está predeterminado la distancia a la que se puede transportar a través del

cableado. La corriente alterna, sin embargo, se puede producir en un generador en el que se

puede subir o bajar la tensión de salida de la corriente utilizando los llamados transformadores,

pudiendo alterarse según las necesidades.

2.- explicar los conceptos de ciclo, frecuencia, periodo, ángulo de fase, referentes a una señal alterna sinusoidal.3.- ¿Qué es el valor eficaz, de pico, y de pico a pico de una señal de corriente(a voltaje de c.a).Explique las relaciones entre estos parámetros.4.-El osciloscopio. Descripción y usos.5.-¿Qué es un condensador?¿Que es una bobina?¿Para que sirven?6.-Describa el método para la medición de volaje pico , pico a pico y eficaz en el osciloscopio.

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Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, dealternating current) a

la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de

la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal (figura 1), puesto que

se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se

utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a

las empresas. Sin embargo, las señales de audio y deradio transmitidas por los cables eléctricos, son

también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y

recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

La corriente continua se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de unconductor entre

dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente

alterna , en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque

comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda

corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va

consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).

También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el

flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.1

Conversión de corriente alterna en continua o corriente directa

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Rectificación de la tensión en corriente continua.

Muchos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, sobre todos los que llevan electrónica

(equipos audiovisuales, ordenadores, etc). para ello se utilizan fuentes de alimentación que rectifican

y convierten la tensión a una adecuada.

Este proceso de rectificación, se realizaba antiguamente mediante dispositivos

llamadosrectificadores, basados en el empleo de tubos de vacío y actualmente, de forma casi general

incluso en usos de alta potencia, mediante diodos y además triodos semiconductores.Índice

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ORRIENTE CONTINUA

   La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo, por ejemplo si la pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este gastada). Además al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) , y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo + y el negativo son siempre los mismos. Luego en CC (corriente continua o DC) la tensión siempre es la misma y la Intensidad de corriente también.

   Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en corriente continua en una gráfica quedarían de la siguiente forma:

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CORRIENTE ALTERNA

   Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes).

   En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo (frecuencia 50Hz). Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varia con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), no es constante. Veamos como es la gráfica de la tensión en corriente alterna.

   Esta onda senoidal se genera 50 veces cada segundo, es decir tiene una frecuencia de 50Hz (hertzios), en EEUU es de 60Hz. Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima que es de 325V. Es tan rápido cuando no hay tensión que los receptores no lo aprecian y no se nota, excepto los fluorescentes (efecto estroboscópico). Además vemos como a los 10ms (milisegundos) la dirección cambia y se invierten los polos, ahora llega a una tensión máxima de -325V (tensión negativa).

   Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión.

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   Pero ¿Por qué se dice que que hay una tensión de 220V en los enchufe? . Como la tensión varia constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable), en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable. Estaría mejor dicho que hay una tensión con valor eficaz de 220V. Esto lo podemos ver en la gráfica.

   Si quieres saber como se genera la corriente continua y la corriente alterna pincha en este enlace:: DINAMO Y ALTERNADOR

También es interesante que repases o aprendas el siguiente tema:Ondas Electromagnéticas

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Preg2

Fase

La fase se puede explicar mucho mejor si consideramos la señal senoidal. La señal senoidal se puede extraer de la circulación de un punto sobre un circulo de 360º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360º. 

Periodo y Frecuencia

Si una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia (f). La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es igual al numero de veces que la señal se repite en un segundo, es decir, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo.Una señal repetitiva también posee otro parámetro: el periodo, definiéndose como el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo.Periodo y frecuencia son recíprocos el uno del otro:

EL CICLO:    Es la variación completa de la tensión o la corriente de cero a un valor máximo positivo y luego de nuevo a cero y de este a un valor máximo negativo y finalmente a cero.

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FRECUENCIALa frecuencia es el numero de ciclos que se producen en un segundo. Su unidad es el hertz ( H z ) que equivale a un ciclo por segundo, se representa con la letra f.

  PERIODOTiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se representa con la letra P.Frecuencia y periodo son valores inversosT =1/f f =1/T

El ángulo de fase es el que forma el vector de posición del punto P en un instante determinado con el semieje positivo de abcisas . Esta magnitud es fundamental a la hora de estudiar la relación entre distintas señales senoidales, como la tensión y la corriente que circulan por un circuito o las tensiones de fase de un circuito trifásico.

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Si en el momento inicial (t=0) el vector del punto P en ese momento no es horizontal se dice que la señal tiene undesfase de valor el ángulo que forma el vector con el eje X. Veamos un ejemplo de señales desfasadas para comprender mejor lo que significa:

Pregunta 3

Valor eficaz

En electricidad y electrónica, en corriente alterna, al valor cuadrático medio (en inglés root mean square, abreviado RMS o rms), de una corriente variable se denomina valor eficaz y se define como el valor de una corriente rigurosamente constante (corriente continua) que al circular por una determinada resistencia óhmica pura produce los mismos efectos caloríficos (igual potencia disipada) que dicha corriente variable (corriente alterna). De esa forma una corriente eficaz es capaz de producir el mismo trabajo que su valor en corriente directa. Como se podrá observar derivado de las ecuaciones siguientes, el valor eficaz es independiente de la frecuencia o periodo de la señal.

O tbn

Valor eficaz (Vef)El valor eficaz de una corriente alterna es una de sus magnitudes más importantes. Dado que una señal alterna varía en el tiempo, no entrega la misma energía que una corriente continua con el mismo valor que el máximo de la alterna. El valor eficaz es el equivalente en la alterna al de una corriente continua que produce el mismo calor (es decir provee la misma energía). Si la señal alterna tiene forma senoidal, el valor eficaz se calcula como:

Valor eficaz: Representa el valor de una corriente continua que producirá el mismo calor que la alterna al pasar por una resistencia.

Es el valor más importante pues con él se obtiene matemáticamente los mismos resultados que operando con valores instantáneos, realizando operaciones mucho más sencillas. Normalmente es el que define la tensión existente en una instalación, por ejemplo, en España, los 220V de una vivienda es la tensión eficaz de la misma

Se representa con letras mayúsculas sin subíndices. Y su valor es igual a:

Valor de pico

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DEFINICION, USO Y TIPOS DE OSCILOSCOPIOS 

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

 

Utilización

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir.Para medir se lo puede comparar con el plano cartesiano.El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. (en realidad se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia). 

Osciloscopio analógico

La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de

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forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

 

Limitaciones del osciloscopio analógico

El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento:• 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 post-acelerador 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. 

Osciloscopio digital

En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los

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digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuiteria interna, como memoria, buffers, entre otros.Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:_Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz._Medida de flancos de la señal y otros intervalos._Captura de transitorios._Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. también sirve para medir señales de tension

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