Guía de Laboratorio No. 4

Abstract— The AC, is another way of the flow of electrons, in where to its correct analysis, is required, part of a signal generator and oscilloscope, multimeter. The first is responsible for controlling the entry of this current, and the second, which represents their behavior through a graph.

Key Words— alternating current, multimeter, oscilloscope and signal generator.

Resumen— La corriente alterna, es otro modo del flujo de electrones, en donde para su correcto análisis, se requiere, a parte del multímetro, de un generador de señales y un osciloscopio. El primero, es el encargado de controlar la entrada de esta corriente, y el segundo, el que representa su comportamiento a través de una gráfica.

Palabras clave— corriente alterna, multímetro, generador de señales y osciloscopio.

I. INTRODUCCION

n el presente documento se da una noción básica acerca de herramientas indispensables para el trabajo en la

electrónica, como lo son el osciloscopio y el generador de señales, sobre de cómo utilizarlos correctamente, cuáles son sus parámetros de medida y como se convierten en una herramienta útil para analizar ondas de un circuito en funcionamiento y corregir errores que no se hayan contemplado en el análisis numérico.

E

II. MARCO TEÓRICO

A. RECTIFICACION DE MEDIA ONDA

El rectificador de media onda es un circuito que elimina la mitad de la señal que recibe en la entrada, en función de cómo esté polarizado el diodo: si la polarización es directa, eliminará la parte negativa de la señal, y si la polarización es inversa, eliminará la parte positiva.

Figura 1. Rectificador de media onda [1]

Es importante destacar que el rectificador no modifica la amplitud de la señal que recibe a su entrada, solamente elimina los ciclos negativos. Esto se cumple para todas las señales que pongamos a su entrada, independientemente de la frecuencia que tengan. La única limitación al respecto la impondrá el funcionamiento del diodo, que estará elegido acorde con el circuito [3].

B. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

El circuito rectificador de onda completa es el tipo más empleado en las fuentes de alimentación de los equipos, debido a que con él se obtiene una corriente continua muy parecida a la que proporcionan las pilas o las baterías [2].

- Rectificador Tipo Puente

El circuito rectificador de media onda tiene como ventaja su sencillez, pero adolece de dos defectos: 1) no permite utilizar toda la energía disponible, ya que los semiciclos negativos son desaprovechados; 2) en el caso típico en el que la fuente es el secundario de un transformador tiende a producirse una magnetización del núcleo debido a que el campo magnético es unidireccional. Esta magnetización se traduce en que la saturación magnética se alcanza con valores menores de corriente, produciéndose deformaciones en la onda. Estos inconvenientes se resuelven con los rectificadores de onda completa. El primer ejemplo es el rectificador tipo puente, ilustrado en la figura 2.

Figura 2. Rectificador tipo puente [3]

Cuando vS > 0, los diodos D1 y D2 están polarizados en forma directa y por lo tanto conducen, en tanto que D3 y D4

El diodo en rectificadores de media onda, onda completa y fuentes no reguladas por filtro de

condensadorArdila Oscar, 25441310 Castillo Carlos, 25451626 y Medina Diego, 25441211

Facultad de Ingeniería-Departamento de Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaUniversidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

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no conducen. Despreciando las caídas en los diodos por ser éstos ideales, resulta vL = vS > 0. Cuando la fase de la entrada se invierte, pasando a ser vS < 0, serán D3 y D4 quienes estarán en condiciones de conducir, en tanto que D1 y D2 se cortarán. El resultado es que la fuente se encuentra ahora aplicada a la carga en forma opuesta, de manera que vL = -vS > 0. Las formas de onda de la entrada y la salida se muestran en la figura 3 [3].

Figura 3. Entrada y salida del rectificador [3]

- Rectificador con punto medio

Un inconveniente de los rectificadores tipos puente es que no existe una referencia común de tensión (masa circuital) entre la fuente y la carga, resultando ambas flotantes entre sí. Una manera de resolver esto es utilizar dos fuentes en contrafase en lugar de una sola, y colocar en cada una de ellas un rectificador de media onda. Las fuentes en contrafase se logran con un transformador cuyo secundario está dividido en dos mitades, tomándose el punto medio como masa común, como se muestra en la figura 4.

Figura 4. Rectificador de onda completa con punto medio [3]

Cuando vS > 0, el diodo D1 conduce y D2 no, por lo tanto la tensión vS se aplica directamente a la carga a través de D1 y vL = vS > 0. Cuando vS < 0, conduce D2, por lo cual se aplica -vS a la carga, resultando vL = -vS > 0. En este caso, por cada mitad del arrollamiento secundario circula corriente sólo en una mitad del ciclo, pero lo hace en sentidos opuestos, y como ambos arrollamientos rodean a un mismo núcleo y son simétricos, el núcleo recibe un campo magnético alternativo que no produce magnetización neta permanente. El punto medio del secundario puede utilizarse como masa circuital común entre el secundario y la carga [3].

C. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON FILTRO

Una forma de reducir las fluctuaciones en la salida del rectificador y acercarlo más a un voltaje constante es añadiendo un capacitor en la salida como muestra la figura 4. El efecto del filtro capacitivo en el voltaje de salida puede verse en la figura 5. La carga y descarga del capacitor suaviza o reduce las variaciones en la señal. El voltaje de la señal rectificada y filtrada se conoce voltaje de rizo o “ripple” y puede controlarse con el tamaño del capacitor. El voltaje de rizo medido de pico a pico es Vr (p-p) = ( 1 / fRLC )V P , dónde f es la frecuencia de entrada, RL es la resistencia de carga, C la capacitancia y VP, el voltaje de pico de la señal rectificada antes de añadir el capacitor [4].

Figura 5. Circuito rectificador con filtro capacitivo [4]

Figura 6. Voltaje de rizo en rectificador de onda completa con filtro capacitivo [4]

III. LABORATORIO

A. Circuito rectificador de media onda

Monte el circuito mostrado en la figura 1. Adquiera la forma de onda en el osciloscopio mida tanto la tensión DC como la tensión RMS

Figura 7. Montaje 1 [5]

V ( t )=5sin (2∗pi∗1000∗t )

2

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Una vez sincronizada la señal obtendremos sobre la pantalla dibujada una sinusoide que corresponde a la tensión dada por el generador. A continuación vamos a medir el voltaje de pico, VP, y el de pico a pico, PP, de la tensión del generador y calcule el valor RMS (realice al menos cinco mediciones variando la amplitud de la salida del generador). Los voltajes se miden con ayuda del mando giratorio en voltios/div.

TABLA I (Medición de Voltajes en el Osciloscopio)

Amplitudv

Vpv

Vppv

Vrmsv

5 5 10 3.532 2.1 4.2 2.415

3 3.2 6.4 2.11

7 7 14 4.95

10 10 20 7.07

Fig.15. Voltaje Rms de amplitud 5v.

Fig. 16. Onda en Osciloscopio de amplitud 5v.

Fig. 17. Volts/div y Time/div para amplitud de 5v.

Fig. 18. Onda en Osciloscopio de amplitud 10v.

- Para una amplitud fija mediremos el periodo de la señal de entrada para varias frecuencias del generador, por ejemplo, 50, 100, 200, 1000 y 10000 Hz. Estas frecuencias se miden mediante el periodo T. Para ello tendremos en cuenta la escala de la base de tiempos en la que estamos trabajando. Anoten la frecuencia nominal del generador y la medida en el osciloscopio.

TABLA II (Medición de Periodo y Frecuencias)

FrecuenciaHz

Frecuencia Medida

Hz

Periodoms

50 52.63 19100 111.11 9

200 243.9 4.1

1000 1111 0.9

20000 22727 44us

3

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Fig. 19. Onda en Osciloscopio de frecuencia 20KHz.

¿Cambia el periodo si cambiamos la amplitud?El cambiar la amplitud no cambiara ni el periodo ni la frecuencia, ya que estos no están directamente relacionados.

B. Uso de Funciones del generador y medición de señales que varían con el tiempo

- Ajuste en el generador de ondas una señal que tenga como función:

V (t )=5sin (2∗pi∗400∗t )

- Mida para esta señal el valor AC y el valor DC con el voltímetro y explique en su informe las mediciones obtenidas.

Tabla III (Medición de Voltajes con multímetro)

V (AC)v

V (DC)v

3.53 0.279

El valor obtenido al medir con el multímetro en AC es el voltaje RMS, mientras que el DC nos dará casi cero ya que no tiene offset.

Fig. 20. Onda en Osciloscopio de V(t).

- Cambie el OFFSET del generador (valor DC adicional) para obtener una onda de la forma:

V ( t )=1.2+5 sin (2∗pi∗1000∗t )

Fig. 21. Onda en Osciloscopio de V(t) con el offset.

- Mida la señal con el voltímetro en AC- Mida con el voltímetro en DC

Tabla IV (Mediciones con Voltímetro)

V (AC)v

V (DC)v

3.53 1.2

- ¿Qué pasa si el osciloscopio está en la posición AC?Nos mostrara la onda teniendo en cuenta solo su componente en AC.

- ¿Qué pasa si el osciloscopio está en la posición DC?Nos mostrara la misma onda con la diferencia que esta estará desplazada 1.2 voltios hacia arriba, esto se debe al offset que le introducimos.

C. Valores Medios y RMS de otros tipos de señales

Ajuste en el generador de onda una onda triangular de 1000 Hz y 3 Vp. Además coloque un OFFSET de 1.5V a esta onda.

Mida con el voltímetro en AC y DC

Tabla V (Mediciones con Voltímetro)

V (AC)v

V (DC)v

1.73 1.5

Calcule analíticamente su valor RMS

Vrms=√ Vp2

3

Vrms=√ 32

3Vrms=1.732 v

Tabla VI (Valores de Voltaje Calculados)

4

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V (AC)v

V (DC)v

1.73 1.5

Compare con las lecturas obtenidas del voltímetro.

Repita lo anterior con una onda cuadrada de 600 Hz, cuyo offset se haya ajustado para que la onda sea una señal directa (es decir que no tenga ningún valor negativo).Onda Cuadrada de 600 Hz, 3 Vp y OFFSET de 3V.

Tabla VII (Mediciones con Voltímetro)

V (AC)v

V (DC)v

2.99 3

IV. SIMULACIONES

Adjuntas al informe.

V. FORMULAS

Vrms=√ Vp2

3[1]

VI. CONSULTA

- Figuras de Lissajous:Las figuras de Lissajous son el resultado de la composición de dos movimientos armónicos simples (MAS) según dos direcciones perpendiculares. Si denominamos a estas direcciones X e Y podemos describir sus trayectorias individuales como:

X = cos(ωt) Y = cos(ωt + φ)

Donde φ es el ángulo de desfase indicado en grados, ajustando el osciloscopio en X y Y podremos visualizar distintas figuras dependiendo del desfase que tengamos [2] y [3].

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Fig. 22. Curvas de Lissajous [2].

VII. CONCLUSIONES

Es de gran importancia manejar los conceptos o definiciones de los diferente tipos de valores de voltaje para corriente alterna, teniendo en cuenta su forma de onda.

Aprender manejar el osciloscopio y el generador de ondas es de gran utilidad, ya que nos permite crear funciones de onda sinusoidales y a su vez ver la forma en la que esta se comporta con respecto al tiempo.

La constante toma de evidencias al realizar la práctica de laboratorio nos facilita la creación del informe y nos permite una mejor comprensión de las actividades realizadas.

REFERENCIAS

[1] M. N. Sadiku, C. K. Alexander, Fundamentos de Circuitos Eléctricos, McGraw-Hill, México, 2006.

[2] University of EXETER, Lissajous Figures,Tomado de: http://newton.ex.ac.uk/teaching/CDHW/Electronics2/Lissajous.pdfConsultado el 14 de septiembre de 2014.

[3] Universidad COMPLUTENSE MADRID, Figuras de Lissajous,Tomado de: http://www.ucm.es/data/cont/docs/76-2013-07-11-05_Lissajous_figures.pdf, Consultado el 14 de septiembre de 2014.

[4] Thomas.L.Floyd, Principios de circuitos PEARSON EDUCATION, México, 2007.

[5] R. L. Boylestad, Introducción al análisis de circuitos, PEARSON EDUCATION, México, 2004.

[6] Enrique Mandado, Alfonso Lago, Instrumentación electrónica. Marcombo , Barcelona 1995

[7] G. Chica, J. Reinosa, “Guía de Laboratorio No. 2 Circuitos Eléctricos y Leyes de Kirchhoff,” Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

[8] Gilbertoo enriquez harper, Fundamentos de electricidad, limusa 1994

[9] Pablo alcande san miguel ,Electrónica General ,paraninfo 2008

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