Electricidad Industrial P2

8/20/2019 Electricidad Industrial P2

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIADE INGENIERIA Y CIENCIAS SOCIALES Y

ADMINISTRATIVAS

LICENCIATURA EN INGENIERIA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y CONTROL

ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

PRACTICA 2

DESCRIPCIÓN Y OPERACIÓN DE UN OSCILOSCOPIO

ELABORADO POR:

- Badillo Méndez Guillermo- Cano Mendoza Jessica Valeria- Lozada Manrique Alexandra

- Rentería López Natalie


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OBJETIVO

Familiarizarse con el osciloscopio y aprender a usarlo correctamente para

solucionar problemas e identificar señales eléctricas, aprendiendo a interpretar a

sus resultados con los cálculos RPM y conocer las posibles aplicaciones de este

instrumento.

INTRODUCCIÓN

¿Qué es un osciloscopio?

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización ráfica !ue muestra

señales eléctricas variables en el tiempo. El e"e vertical, a partir de a#ora

denominado $, representa el volta"e% mientras !ue el e"e #orizontal, denominado &,

representa el tiempo.

¿Qué podemos hace con un osciloscopio?!

'ásicamente esto(

• )eterminar directamente el periodo y el volta"e de una señal.

• )eterminar indirectamente la frecuencia de una señal.

• )eterminar !ue parte de la señal es )* y cual +*.

• ocalizar aver-as en un circuito.

• Medir la fase entre dos señales.

• )eterminar !ue parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

os osciloscopios son de los instrumentos más versátiles !ue eisten y lo utilizan

desde técnicos de reparación de televisores a médicos. /n osciloscopio puede

medir un ran n0mero de fenómenos, provisto del transductor adecuado 1un

elemento !ue convierte una manitud f-sica en señal eléctrica2 será capaz de

darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de

vibraciones en un coc#e, etc.


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¿Qué "ipos de osciloscopios e#is"en?

os e!uipos electrónicos se dividen en dos tipos( Analógicos y Digitales. os

primeros traba"an con variables continuas mientras !ue los seundos lo #acen con

variables discretas. Por e"emplo un tocadiscos es un e!uipo analóico y un

*ompact )isc es un e!uipo diital.

os 3sciloscopios también pueden ser analóicos ó diitales. os primeros

traba"an directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desv-a un

#az de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste

los osciloscopios diitales utilizan previamente un conversor analóico4diital 1+5)2

para almacenar diitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente

esta información en la pantalla.

+mbos tipos tienen sus venta"as e inconvenientes. os analóicos son preferibles

cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en

tiempo real. os osciloscopios diitales se utilizan cuando se desea visualizar y

estudiar eventos no repetitivos 1picos de tensión !ue se producen aleatoriamente2.

¿Qué con"oles posee un osciloscopio "$pico?

+ primera vista un osciloscopio se parece a una pe!ueña televisión portátil, salvo

una re"illa !ue ocupa la pantalla y el mayor n0mero de controles !ue posee.

En la siuiente fiura se representan estos controles distribuidos en cinco

secciones(


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*uando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta 0ltima y se dirie

a la sección vertical. )ependiendo de donde situemos el mando del amplificador

vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos. En la salida de este blo!ue ya

se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de defleión verticales

1!ue naturalmente estan en posición #orizontal2 y !ue son las encaradas de

desviar el #az de electrones, !ue sure del catodo e impacta en la capa

fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. 8acia arriba si la tensión

es positiva con respecto al punto de referencia 19:)2 ó #acia aba"o si es neativa.

a señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el

barrido #orizontal 1este es el encarado de mover el #az de electrones desde la

parte iz!uierda de la pantalla a la parte derec#a en un determinado tiempo2. El

trazado 1recorrido de iz!uierda a derec#a2 se consiue aplicando la parte

ascendente de un diente de sierra a las placas de defleión #orizontal 1las !ue

estan en posición vertical2, y puede ser reulable en tiempo actuando sobre el


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mando ;


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Por supuesto, también deben a"ustarse los controles !ue afectan a la

visualización( F3*/= 1enfo!ue2,


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os valores diitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de

señal. El n0mero de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en

pantalla se denomina reistro. a sección de disparo determina el comienzo y el

final de los puntos de señal en el reistro. a sección de visualización recibe estos

puntos del reistro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en

pantalla la señal.

)ependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos

adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un

predisparo, para observar procesos !ue tenan luar antes del disparo.

Fundamentalmente, un osciloscopio diital se mane"a de una forma similar a uno

analóico, para poder tomar las medidas se necesita a"ustar el mando +MP., el

mando ;


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• Muestreo en tiempo e!uivalente. =i la señal es repetitiva es posible

muestrear durante unos cuantos ciclos en diferentes partes de la señal paradespués reconstruir la señal completa.

*ues"eo en "iempo eal con In"epolaci(n

El método standard de muestreo en los osciloscopios diitales es el muestreo en

tiempo real( el osciloscopio reune los suficientes puntos como para recontruir la

señal. Para señales no repetitivas ó la parte transitoria de una señal es el 0nico

método válido de muestreo.

os osciloscopios utilizan la interpolación para poder visualizar señales !ue son

más rápidas !ue su velocidad de muestreo. Eisten basicamente dos tipos de

interpolación(

ineal( =implemente conecta los puntos muestreados con lineas.

=enoidal( *onecta los puntos muestreados con curvas se0n un proceso

matemático, de esta forma los puntos intermedios se calculan para rellenar los

espacios entre puntos reales de muestreo. /sando este proceso es posible

visualizar señales con ran precisión disponiendo de relativamente pocos puntos

de muestreo.

*ues"eo en "iempo e+ui,alen"e

+lunos osciloscopios diitales utilizan este tipo de muestreo. =e trata de

reconstruir una señal repetitiva capturando una pe!ueña parte de la señal en cada


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ciclo. Eisten dos tipos básicos( Muestreo secuencial4 os puntos aparecen de

iz!uierda a derec#a en secuencia para conformar la señal. Muestreo aleatorio4 os

puntos aparecen aleatoriamente para formar la señal

Téminos u"ili-ados al medi

Eiste un término eneral para describir un patrón !ue se repite en el tiempo(

onda. Eisten ondas de sonido, ondas oceanicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas de tensión. /n osciloscopio mide estas 0ltimas. /n ciclo es lam-nima parte de la onda !ue se repite en el tiempo. /na 'oma de onda es larepresentación ráfica de una onda. /na forma de onda de tensión siempre se

presentará con el tiempo en el e"e #orizontal 1&2 y la amplitud en el e"e vertical 1$2.

a forma de onda nos proporciona una valiosa información sobre la señal. En

cual!uier momento podemos visualizar la altura !ue alcanza y, por lo tanto, saber

si el volta"e #a cambiado en el tiempo 1si observamos, por e"emplo, una linea

#orizontal podremos concluir !ue en ese intervalo de tiempo la señal es

constante2. *on la pendiente de las lineas diaonales, tanto en flanco de subida

como en flanco de ba"ada, podremos conocer la velocidad en el paso de un nivel a

otro, pueden observarse también cambios repentinos de la señal 1anulos muy

audos2 eneralmente debidos a procesos transitorios.

Tipos de ondas

=e pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siuientes(

• 3ndas senoidales


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• 3ndas cuadradas y rectanulares

• 3ndas trianulares y en diente de sierra.

• Pulsos y flancos ó escalones.

Ondas senoidales

=on las ondas fundamentales y eso por varias razones( Poseen unas propiedades

matemáticas muy interesantes 1por e"emplo con combinaciones de señales

senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cual!uier forma

de onda2, la señal !ue se obtiene de las tomas de corriente de cual!uier casatienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos osciladores de

un enerador de señal son también senoidales, la mayor-a de las fuentes de

potencia en +* 1corriente alterna2 producen señales senoidales.

a señal senoidal amortiuada es un caso especial de este tipo de ondas y se

producen en fenómenos de oscilación, pero !ue no se mantienen en el tiempo.

Ondas cuadadas . ec"an)ulaes

as ondas cuadradas son básicamente ondas !ue pasan de un estado a otro de

tensión, a intervalos reulares, en un tiempo muy reducido. =on utilizadas

usualmente para probar amplificadores 1esto es debido a !ue este tipo de señales

contienen en si mismas todas las frecuencias2. a televisión, la radio y los

ordenadores utilizan muc#o este tipo de señales, fundamentalmente como relo"es

y temporizadores.

as ondas rectanulares se diferencian de las cuadradas en no tener iuales los

intervalos en los !ue la tensión permanece a nivel alto y ba"o. =on particularmente

importantes para analizar circuitos diitales.


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Ondas "ian)ulaes . en dien"e de siea

=e producen en circuitos diseñados para controlar volta"es linealmente, como

pueden ser, por e"emplo, el barrido #orizontal de un osciloscopio analóico ó el

barrido tanto #orizontal como vertical de una televisión. as transiciones entre el

nivel m-nimo y máimo de la señal cambian a un ritmo constante. Estas

transiciones se denominan rampas.

a onda en diente de sierra es un caso especial de señal trianular con una rampa

descendente de muc#a más pendiente !ue la rampa ascendente.

&ulsos . 'lancos ( escalones

=eñales, como los flancos y los pulsos, !ue solo se presentan una sola vez, se

denominan señales transitorias. /n flanco ó escalón indica un cambio repentino en

el volta"e, por e"emplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso

indicaria, en este mismo e"emplo, !ue se #a conectado el interruptor y en un

determinado tiempo se #a desconectado. 9eneralmente el pulso representa un bit

de información atravesando un circuito de un ordenador diital ó también un

pe!ueño defecto en un circuito 1por e"emplo un falso contacto momentáneo2. Es

com0n encontrar señales de este tipo en ordenadores, e!uipos de rayos & y de

comunicaciones.


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*edidas en las 'omas de onda

En esta sección describimos las medidas más corrientes para describir una formade onda.

&eiodo . /ecuencia

=i una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia 1f2. a frecuencia se

mide en 8ertz 18z2 y es iual al n0mero de veces !ue la señal se repite en un

seundo, es decir, >8z e!uivale a > ciclo por seundo.

/na señal repetitiva también posee otro parámetro( el periodo, definiéndose comoel tiempo !ue tarda la señal en completar un ciclo. Periodo y frecuencia son

rec-procos el uno del otro(


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Vol"a0e

7olta"e es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.

:ormalmente uno de esos puntos suele ser masa 19:), ?v2, pero no siempre, por

e"emplo se puede medir el volta"e pico a pico de una señal 17 pp2 como la diferencia

entre el valor máimo y m-nimo de esta. a palabra amplitud sinificaeneralmente la diferencia entre el valor máimo de una señal y masa.

/ase

a fase se puede eplicar muc#o me"or si consideramos la forma de onda

senoidal. a onda senoidal se puede etraer de la circulación de un punto sobreun circulo de @A?B. /n ciclo de la señal senoidal abarca los @A?B.

*uando se comparan dos señales senoidales de la misma frecuencia puede

ocurrir !ue ambas no esten en fase,o sea, !ue no coincidan en el tiempo los pasos

por puntos e!uivalentes de ambas señales. En este caso se dice !ue ambas

señales estan desfasadas, pudiendose medir el desfase con una simple rela de

tres(

=iendo t el tiempo de retraso entre una señal y otra.


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¿Qué pa1me"os in'lu.en en la calidad de un osciloscopio

os términos definidos en esta sección nos permitiran comparar diferentes

modelos de osciloscopio disponibles en el mercado.

2ncho de Banda

Especifica el rano de frecuencias en las !ue el osciloscopio puede medir con

precisión. Por convenio el anc#o de banda se calcula desde ?8z 1continua2 #asta

la frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal se visualiza a un C?.CD del valor

aplicado a la entrada 1lo !ue corresponde a una atenuación de @d'2.

Tiempo de su3ida

Es otro de los parámetros !ue nos dará, "unto con el anterior, la máima

frecuencia de utilización del osciloscopio. Es un parámetro muy importante si se

desea medir con fiabilidad pulsos y flancos 1recordar !ue este tipo de señales

poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas2. /n osciloscopio no

puede visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos !ue el suyo propio.

%ensi3ilidad ,e"ical


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entrada en valores diitales almacenados en la memoria. ;écnicas de cálculo

pueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio.

4on)i"ud del e)is"o


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Tipo de

señal

N° de

cuadro

s

vertica

l.

Sensitivi

dad

volt/div

Factor

de la

sonda.

Valor

pico a

pico

en

volts.

N° de

cuadro

s

horizon

tal unciclo.

Base

de

tiempo

(seg.)

Time/div

T.

(Seg.).

F !/T "r#$ca. Valor

%&S V

e'

Volts.

aliraci

*n

interna

del

oscilosc

opio

5 X 100x10-3 X 10 = 5 Vo!" # X 250x10-$ = 1x10-3 1%&'

Señal

amient

e

#(3 X 2x10-3 X 10 = 0()$ Vo!" * X 100x10-+ = *x10-* 1(#2)M&'

0(30#

+nda

senoidal

.

5() X 200x10-3 X 10 = 11($ Vo!" 5() X 25x10-$ = 1(#5x10-# $()%&'

#(10

+nda

cuadrad

a.

5(3 X 200x10-3 X 10 = 10($ Vo!" 5(3 X 1x10-$ = 5(3x10-3 1))($)&'

I,!./,

+nda

triangul

ar.

*(2 X 100x10-3 X 10 = *(2 Vo!" *($ X 25x10-$ = 1(+x10-# 5(+*%&'

2(5#


19/23

Volta,e

mono'#s

ico

3($ X 10 X 10 = 3$0 Vo!" $($# X 2(5x10-3 = 0(01$$ $0 &' 12*(2*


20/23


21/23


22/23

CONC4U%IONE%

Eisten )os tipos de 3sciloscopios, el analóico y el diital y como conclusión

para utilizar de forma correcta un osciloscopio analóico necesitamos realizar tres

a"uste básicos(

•a atenuación ó amplificación !ue necesita la señal. /tilizar el mando

+MP. para a"ustar la amplitud de la señal antes de !ue sea aplicada a lasplacas de defleión vertical. *onviene !ue la señal ocupe una parteimportante de la pantalla sin llear a sobrepasar los l-mites.

• a base de tiempos. /tilizar el mando ;


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