Prácticas de Laboratorio LCIE: Señales en el Osciloscopio, Ejercicios de Electrónica Analógica

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Prácticas de Laboratorio de

Circuitos Eléctricos LCIE

Práctica 3

Medición de señales en el Osciloscopio

1. Introducción

Al ser las señales AC variables en el tiempo, el osciloscopio se presenta como un instrumento

de medición fiable para los ingenieros que, gracias a sus características, permite visualizar la

forma de la onda en un plano cartesiano, con el fin de interpretar los parámetros de interés

(valores picos, frecuencia, periodo y desfase).

2. Objetivos

1. Comprender la relación entre el valor RMS y valor medio de una señal sinusoidal.
2. Reconocer los parámetros en una onda función sinusoidal.
3. Entender las medidas obtenidas con el osciloscopio y su funcionamiento.

3. Equipos y Software

1. Software de simulación LTspice.
2. Un (1) Osciloscopio, Serie GDS 1000A.
3. Una (1) Fuente de voltaje variable DC/AC (Variac).
4. Un (1) Multímetro.

4. Marco teórico

4. 1 Onda sinusoidal.

La onda sinusoidal es la más estudiada debido que es la generada por el voltaje en la gran

mayoría de aplicaciones, como lo son los sistemas eléctricos, electrónicos, comunicaciones

e industriales. Esta forma de onda no se ve afectada por las características de respuestas de

los elementos R, L y C. Su expresión general es de la siguiente manera:

𝑥(𝑡) = 𝐴 sin(𝜔𝑡 + 𝜑) (1)

Donde,

• Valor pico [A]: Valor máximo de una forma de onda.

4. 2 Figuras de Lissajous y medición de desfase.

Es una gráfica de la trayectoria del movimiento resultantes a la superposición de dos

movimientos armónicos simples (MAS) en direcciones perpendiculares. Estas trayectorias

dependen de la relación de sus frecuencias angulares y la diferencia entre sus fases. Si la

relación entre sus frecuencias es igual a uno, la trayectoria es una elipse, circunferencia o

segmente en función a su desfase.

Es por lo anterior que las figuras de Lissajous se usan para las mediciones de desplazamiento

de fase utilizando un osciloscopio de un solo trazo, mediante la adecuada interpretación de

los patrones de la trayectoria resultante obtenidos en la pantalla. Para determinar el ángulo

de desfase entre las dos señales, se debe medir las distancias a y b (Figura 2) y se realiza el

siguiente cálculo de la ecuación 4.

𝜑 = arcsin (

Es posible calculas el desfase entre los voltajes de

un circuito AC utilizando el osciloscopio en la

función del dominio del tiempo, por medio de la

interpretación de las ondas sinusoidales. Para

esto, en el osciloscopio se debe usar la conexión

de dos canales, tal que, en la pantalla se pueda

observar las dos señales. Una vez se tenga las dos

funciones parecidas a la Figura 3, se debe contar

las divisiones presentes y de esta manera se

utiliza la ecuación 5, en la cual se basa en el hecho

que el periodo de una señal sinusoidal abarca

Fig 3. Desfase de dos ondas sinusoidales

Fig 2. Figuras de Lissajous

4. 3 Funciones básicas del osciloscopio.

El osciloscopio es un instrumento que, mediante el uso de un tubo de rayos catódicos,

mostrará las características de una señal que varía en el tiempo. Su visualización es

normalmente en coordenadas cartesianas, donde el eje vertical representa las tensiones del

canal y el eje horizontal el tiempo. Mediante el gráfico se puede revelar información

importante como lo es:

• Señal de tensión y corriente, observan los valores pico.
• Anomalías en las señales.
• La frecuencia y periodo de la señal.
• Calculas fase entre señales.
• Si la señal tiene ruido.

4. 4 Características de Osciloscopio, Series GDS 100A.

A continuación, se presentan las características del equipo a utilizar en este laboratorio, para

más información, remitirse al manual del equipo.

Ancho de banda 100/60/40/25 MHz; 2

canales de entrada.

Muestreo de 250MS/s en Tiempo real

o 25GS/s en Tiempo equivalente.

Longitud de registro de 4k por canal;

Detecta el Peak en tan solo 10ns.

Guarda/Recupera 15 configuraciones y

15 formas de onda de la pantalla.

Interfaces; Conector USB y un Slot para

tarjeta SD.

Funciones matemáticas: Suma, resta,

FFT (Transformada de Fourier), etc

Las partes principales de los Osciloscopios que se encuentran en el Laboratorio de Circuitos

Eléctricos AC, se comentan a continuación. Los números corresponden a la Figura 5.

1. Pantalla: Permite ver los detalles de la forma de onda.
2. Memoria e interfaz: Dependiendo de la serie del osciloscopio, permite guardar una

cantidad de imagen de la pantalla en la memoria interna, así mismo el puerto USB permite

almacenar datos, imágenes y resultados.

3. Disparadores avanzados: Configuración rápida para capturar cualquier señal de interés

con disparadores seleccionables de línea Normal, Individual, Fuerza, Ancho de pulso y Video

4. Controles verticales: Cada canal tiene controlador vertical por separado.
5. Autoset Activar / Desactivar
6. Salida de señal mejorada

Fig 4. Osciloscopio Series GDS 100A [1]

Fig 7. Circuito simulado – LTSpice

Tabla 1. Valores del circuito

Valor Teórico Valor Simulación

Voltaje pico

Voltaje pico a pico

Voltaje medio

Voltaje RMS

Periodo de la señal

Frecuencia

Identifique los parámetros que se obtienen en el osciloscopio, escriba en el espacio en blanco

el nombre que corresponde (Vpp, Vp, periodo(T), escala de voltaje, etc.)

Parámetros de una señal AC

Fig 8. Parámetros señal AC

Experimento 2. Uso del osciloscopio

A continuación, se realizará una revisión de las funciones del osciloscopio, manejo y forma

de medir una señal que varía en el tiempo. Es importante comentar que el osciloscopio no

debe tener tierra física en su conexión a la toma, debido que puede existir devolución de

corriente que hace que falle el osciloscopio.

Fig 9. Diagrama de conexiones

Grafique la señal e indique los valores principales en voltaje y tiempo

Tabla 2. Valores del osciloscopio

Variable

Unidades

[Cuadriculas de la

pantalla]

Escala

[Valor de la perilla]

Valor

Experimental

Voltaje pico [Vp]

Voltaje pico a pico [Vpp]

Periodo de la señal [s]

Tabla 4. Valores del osciloscopio

6. Conclusiones

Realizar una conclusión referente a cada objetivo planteados en el actual laboratorio.

7. Bibliografía

[1] GW Instek. Datasheet GDS-100A-U Series. Ver. 1, (English). Enero 2018.

[2] Figuras de Lissajous, tomado de la página de GeoGebra el 22 de septiembre de 2019,

de: https://www.geogebra.org/m/b5xwSFXv

[3] Medición de fase con figuras Lissajous, tomado el 22 de septiembre de 2019 de:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/lissajous/lissajous.htm

[ 4 ] Irwin, David. Nelms, Mark. Basic Engineering Circuit Analysis. Décima Edición. John

Wiley & Sons, Inc.

[ 5 ] Boylestad, Robert. Introducción al análisis de circuitos. Décima Edición. Pearson

Education, Inc.

Parámetro Valor

Voltaje pico de la señal

(cursores)

% Error con respecto a

la Tabla 2

Fig 1 1. Visualización en el osciloscopio