LABORATORIO DE INSTRUMENTOS

PRE-LABORATORIO DE LA PRÁCTICA No. 6

OSCILOSCOPIOS, GENERADORES DE AUDIO Y FUNCIONES

MEDICIONES DE FASE Y FRECUENCIA

SINCRONIZACIÓN (ENGANCHE) DE GENERADORES

INTEGRANTES: PROFESOR: ING. MANUEL PÁRRAGA1.JUAN FRANCISCO JURADO PAEZ MONITOR:JUAN CAMILO ROJAS2.JAIRO GONZALEZ PENNA GRUPO:

FECHA DE LA PRÁCTICA:10 ABRIL 2013

Introducción:

El informe pretende verificar la utilidad del osciloscopio para la medición de fases y frecuencias de señales eléctricas y su determinación a partir de figuras de Lissajous.

Además, se desean conocer algunas funciones del osciloscopio como instrumento auxiliar para realizar la sincronización de generadores y la medición de voltajes diferenciales.

Equipos empleados:

Nombre equipo

Equipo ModeloNo.

serie

Osciloscopio HAMEGHM –

1004 – 3OSC 104

Generador de Audio

LEADERLAG – 120A

GAU 007

Generador de Funciones

LEADERLFG – 1300

GEF 023

DVM GW 8135DVM 069

Contador Digital

FLUKE 1900AFRE 019

TransformadorTRF 005

Caja de Resistencias

VECTOR – VID

WR – 418

CRR 010

I. Medición de diferencias de tiempo (fase) – Figuras de Lissajous

En primera instancia, se construyó el circuito de la figura 1, utilizando la caja de resistencias como resistencia variable.

Figura 1

Del generador de audio se obtuvo una señal sinusoidal de, aproximadamente, 3Vrms y 1,5 kHz de frecuencia y se aplicó al circuito anterior.

Se ajustó el osciloscopio en el modo X-Y. Se varió el valor de R para variar la fase entre las señales Va y Vb. Se obtuvieron oscilogramas para diferencias de fase aproximadas a 0º, 30º, 90º y 180º y para el caso de los desfases iguales a 30º y 90º, se observaron también las señales con barrido interno y se verificaron los desfases medidos.

PI-1 Registrando los distintos valores de R para cada caso, se obtuvieron las siguientes señales:

Caso 1: Φ = 180°. R = 0Ω

Caso 2: Φ = 90°. R =110Ω

Caso 3: Φ = 30°. R =310Ω

Caso 4: Φ = 0°. R = 20kΩ

Ahora los oscilogramas con barrido interno (eje horizontal calibrado en tiempo):

V/div: 200 mV Tiempo/div: 200 μs

Φ = 30°; R = 31 0 Ω

V/div: 200 mV Tiempo/div: 200 μs

Φ = 90°; R = 110 Ω

PI-2 Con las medidas obtenidas y usando técnicas de interpolación se realizó una gráfica de fase en función de la resistencia (VER HOJA ANEXA).

Como podemos ver a los puntos obtenidos se les realiza una interpolación exponencial, el cual su tendencia exponencial (R2) es del 90 % . De igual forma debemos mencionar que al haber tomado un valor de resistencia muy alto (en comparación al resto de valores) para una fase de 0˚ no se logra observar un porcentaje de aproximación mayor.

II. Sincronización (enganche) de generadores

Inicialmente, se obtuvo del generador de funciones una señal sinusoidal de 2,5 kHz y 2,5 Vrms, verificando estas características de la señal con los instrumentos digitales disponibles (voltímetro y contador).

Luego se obtuvo del generador de audio una señal cuadrada con frecuencia fundamental de 2,5 kHz y 1,5 Vrms de amplitud, verificando igualmente estas características de la señal con los mismos instrumentos.

Por último, se aplicaron estas dos señales a cada uno de los canales del osciloscopio, en modo CHOP, disparado internamente por la señal aplicada al canal 1.

PII-1 En la pantalla del osciloscopio no se logran observar las dos señales estables simultáneamente, pues se observa que mientras que la señal cuadrada se ve fija en la pantalla, la señal sinusoidal es inestable en el sentido horizontal de la pantalla.

Luego de observar el modo CHOP se cambió al modo ALT.

PII-2 En este modo tampoco se observaron las dos señales estables de manera simultánea, pues se observó algo muy similar al caso anterior.Luego, se intentaron estabilizar estas señales ajustando la frecuencia de uno de los generadores.

PII-3 Estabilizar las señales no se consiguió en ningún momento, pues la señal cuadrada tiene muchos armónicos a diferencia de la señal sinusoidal; pues recordemos que cualquier señal no sinusoidal puede ser conformada como la suma de ondas sinusoidales.

Acto seguido, se conectó la salida de sincronismo del generador de funciones (SYNC OUT) a la entrada de sincronismo del generador de audio (SYNC IN), situadas en la parte posterior de cada uno de los generadores.

PII-4 Debido a esta conexión ya se observaban un par de señales estables en la pantalla del osciloscopio.

Posteriormente, se varió suavemente la frecuencia de los dos generadores hacia arriba y hacia abajo.

PII-5 Al variar suavemente las frecuencias de los generadores, las señales se desestabilizaron en la pantalla del osciloscopio.

Teniendo estables las dos señales, se seleccionó forma de onda sinusoidal en el generador de audio y se las observó utilizando el modo XY del osciloscopio.

Lo que se observó fue:

Sin salir del modo X-Y, se aumentó la frecuencia del generador de audio al doble, al triple, a cuatro, a cinco y nueve veces la frecuencia de la señal del generador de audio.

PII-6 Se encontró que la imagen no se estabilizaba si la frecuencia no era exactamente un múltiplo entero de la frecuencia inicial. De igual forma se observó que al aumentar n-veces la frecuencia fundamental del generador de funciones, la figura de Lissajous se iba dividiendo n-veces, es decir las frecuencias de los canales y el número de lóbulos se relacionan de la siguiente forma:

ω y

ωx=N ° de lobulos

PII-7 Se observó que las señales con mayor estabilidad se lograron cuando la frecuencia se aumentaba en múltiplos impares.Esto se debe a que “la señal cuadrada se compone exclusivamente de armónicos impares”

III. Conclusiones

1) Se comprobó la importancia de la compensación de las puntas de prueba a la hora de realizar mediciones sobre señales, pues conclusiones a cerca de las características de las mismas y los fenómenos físicos detrás de ellas se basan en visualizaciones que se hagan sobre la pantalla del osciloscopio, y dicha visualización dependen de las condiciones de los instrumentos que realizan la medición.

2) Se verificó la utilidad que tiene el osciloscopio en su función modo X-Y, pues permite relacionar las diferencias de tiempo y frecuencia entre dos señales y así reconocer características propias de un determinado caso práctico.

3) Se visualizó la manera correcta de sincronizar un par de generadores para obtener mediciones correctas de relación de frecuencias de señales en base a los lóbulos de las figuras de Lissajous.

4) Se determinó la funcionalidad del osciloscopio para mediciones de voltajes diferenciales y los ajustes necesarios para realizar dichas mediciones sobre un circuito de prueba.

HOJA ANEXA

Gráfica de interpolación de Fase-Resistencia

0 200000 400000 600000 800000 1000000 12000000

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

R² = 0.897709254021253

Resistencia (Ω)

Fase

(φ)