Instrumentacion de las Comunicaciones

INSTRUMENTACIÓN DE LAS COMUNICACIONES

ING. OSCAR ZERPAPIN 79B78C62

INSTRUMENTACIÓN DE LAS COMUNICACIONES

ASPECTOS Y DEFINICIONES

GENERALES DE LAS MEDICIONES

ELÉCTRICAS

OSCILOSCOPIOS Y MEDICIONES

TRANSDUCTORES Y COMPONENTES DE CIRCUITOS RF

GENERADORES DE SENALES Y

VOLTIMETROS DIGITALES

ANALIZADORES

CONTADORES UNIVERSALES

SISTEMA DE EVALUACION SEMANA 04 PARCIAL I 25%SEMANA 08 PARCIAL II 25%SEMANA 12 PARCIAL III 25%SEMANA 16 PARCIAL IV 25%

TOTAL 100%

PAUTAS A SEGUIR DURANTE EL CURSO

‐ LOS CURSANTES DE ELECTRÓNICA DE LAS COMUNICACIONES DEBEN ENCONTRARSE DENTRO DEL AULA ASIGNADA A MAS TARDAR A LAS 1300 HORAS.

‐ LUEGO DE COMENZADA LA CLASE NO SE DEBE INGRESAR AL AULA‐ LOS DISPOSITIVOS DE COMUNICACION MÓVIL Y COMPUTADORAS DEBEN PERMANECER

GUARDADOS EN SUS BOLSOS (NO EN LA MESA O DEBAJO DE LA MISMA) DURANTE LA SESIÓN DE CLASE.

‐ PARA CADA SESIÓN DE CLASE, LOS CURSANTES DEBEN TRAER CALCULADORAS PARA LA REALIZACIÓN DE LOS EJERCICIOS.

‐ PARA LAS EVALUACIONES USAR SUS CALCULADORAS Y FORMULARIOS CUANDO SE LES PERMITA DE MANERA INDIVIDUAL.

‐ LOS CURSANTES SE RETIRARAN DEL AULA DE CLASES LUEGO QUE SALGA EL PROFESOR.‐ MANTENER EL ORDEN DENTRO DEL AULA.‐ EL CURSANTE QUE ACUMULE 25% DE INASISTENCIA DURANTE EL CURSO, PERDERÁ LA

ASIGNATURA.‐ LAS INASISTENCIAS SE JUSTIFICAN ANTE EL JEFE DE DEPARTAMENTO.‐ MANTENER ÓRGANOS REGULARES ANTE CUALQUIER EVENTUALIDAD.

Instrumentación

Unidad I

Aspectos y Definiciones Generales de las Mediciones Eléctricas

INSTRUMENTACIÓN DE LAS COMUNICACIONES - UNIDAD I

Magnitudes Físicas


Magnitudes Físicas

• metro (m) - longitud. el metro es la longitude igual a 1,650,763.73 longitudes de

ondas en el vacío de la readiación correspondiente a la transición entre los niveles

2p10 y 5d5 (linea naranja-rojo) del átomo de krypton (excitado al punto triple,

temperature de equilibrio entre el estado solido, liquido y gaseoso del Nitrógeno,

63.15 kelvins).

• kilogramo (kg) – masa. el kilogramo es la unidad de masa.

• segundo (s) - tiempo. es la duración de 9,192,631,770 periodos de radiación

correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado aterrado

del átomo de Cesium 133.


Magnitudes Físicas

• Ampere (A) – corriente eléctrica el ampere es la corriente constante la cual, si es

mantenida en dos conductores lineales infinitamente largos, de seccion circular

despreciable, y apartadas 1 metro en el vacio, podria producer entre esos

conductors una fuerza igual a 2x107 Newton por metro de longitud.

• Kelvin (K) – temperatura . unidad de temperature termodinamica, la cual es la

fracción 1/273.16 de la temperature termondinamica del triple punto del agua.


Sistema Internacional de Medidas


Sistema Inglés


Sistema Internacional de Medidas

(Múltiplos)


Instrumento

“Dispositivo que transforma una variable física de interés

en una forma manejable para su registro.”R. John Hansman, Jr.

“Dispositivo para determiner el valor o magnitud de una

cantidad o variable.”Helfrick y Cooper

InstrumentoElectrónico

“Se basa en principios eléctricos o electrónicos para

efectuar una medición.”Helfrick y Cooper


Instrumento

PROCESOFISICO

MEDICIÓN DE LA VARIABLE

FÍSICA

SENSOR

SEŇAL VARIABLE

MEDICIÓN

INDICADOR

Modelo Simple

PROCESOFISICO

MEDICIÓN DE LA VARIABLE

FÍSICA

SENSOR

SEŇAL ANALÓGICA

VARIABLE

MEDICIÓN

INDICADOR

Modelo con amplificadores, conversores y salidas a computador

AMPLIFICADOR

SEŇAL ANALÓGICA

VARIABLEADC

SEŇAL DIGITAL

VARIABLE

COMPUTADOR

MEMORIASALIDA


Software en Instrumentación

MANEJADOR DEL INSTRUMENTO

APLICACIÓN DEL USUARIO

LIBRERIA DE E/S

HARDWARE DE E/S

• Permite componentes de hardware

discretos para una mejor medición.

• Provee interacción con la computadora,

ya que incluye protocolos de

entrada/salida.

• Provee una interfaz de Usuario

amigable.

• Permite la calibración del instrumento.


Medición

• Exactitud. Aproximación con la cual la lectura de un instrumento de acerca al valor

real.

• Precisión. Medida de la reproductibilidad de las mediciones; esto es, dado el valor

fijo de una variable, la precision es una medida del grado con el cual las

mediciones sucesivas difieren una de otra.

• Sensibilidad. Relación de la seňal de salida o respuesta del instrumento respecto al

cambio de la entrada o variable medida. (valor mas pequeňo de la propiedad física

que es detectable).

• Resolución. cambio más pequeňo en el valor medido al cual responde el

instrumento.


Medición

• Error. Desviación a partir del valor real de la variable medida.

• Conexión a la variable de interés. La inhabilidad para hacer manejable una

conexión la cual puede requerir especificaciones físicas para su realización o tener

consideraciones de seguridad.

• Rango dinámico. Se refiere al span desde el valor detectable de estimulación mas

pequeno hasta el más grande.

• Linealidad. Especifica como la salida cambia con respecto a la entrada.•


Medición

Exactitud

Precisión

grado de aproximación o conformidadal valor real de la cantidad medida.

grado de concordancia dentro de un grupo de mediciones o instrumentos.

conformidad(errores de precision)

número de cifras significativas

A


Errores de Medición

Ejemplo

cinco estudiantes realizaron medición de corriente con un amperímetroen el laboratorio de redes eléctricas de forma independiente, los cualesquedaron registrados como 2.01 A, 2.10 A, 2.07 A, 2.04 A y 2.08 A. calculi(a) el amperaje promedio; (b) rango del error.

𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 =𝐴𝐴1 + 𝐴𝐴2 + 𝐴𝐴3 + 𝐴𝐴4 + 𝐴𝐴5

5

(a)

𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 =2.01𝐴𝐴 + 2.10𝐴𝐴 + 2.07𝐴𝐴 + 2.04𝐴𝐴 + 2.08𝐴𝐴

5

𝑨𝑨𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑 = 𝟐𝟐.𝟎𝟎𝟎𝟎𝑨𝑨

(b) rango =𝐴𝐴𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝rango =2.10𝐴𝐴 − 2.06𝐴𝐴 = 0.04𝐴𝐴

rango =𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝐴𝐴𝑝𝑝𝐴𝐴𝑛𝑛

rango =2.06𝐴𝐴 − 2.01𝐴𝐴 = 0.05𝐴𝐴

𝑝𝑝𝑚𝑚𝑛𝑛𝑟𝑟𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 =0.04𝐴𝐴 + 0.05𝐴𝐴

2 = ±0.045𝐴𝐴

𝒑𝒑𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑 = ±𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎𝟎𝑨𝑨

A



Ejemplo

dos resistencias R1 y R2 estan conectadas en serie. las mediciones de lasresistencias individualmente con un ohmetro digital dieron valores de R1= 18.7 Ω y R2 = 3.624 Ω. calculi la Resistencia total con el númeroapropiado de cifras significativas.

R1 = 18.7 Ω (posee 3 cifras siginificativas)R2 = 3.624 Ω (posee 4 cifras significativas)

RT = R1+R2 = 22.324 Ω (posee 5 cifras significativas)

RT = 22.3 Ω

A



Ejemplo

al calcular la caide de tension, se registtra una corriente de 3.18 A en unaResistencia de 35.68 Ω. calculi la caida de tension a través de dichaResistencia con el número apropiado de cifras significativas

V = I*R = (3.18 A)x(35.68 Ω)V = 113.4624 V

V = 113 V

A



Ejemplo

sean los valores 876 ± 4 y 271 ± 5 (a) sumar y expresar el rango deincertidumbre como porcentaje en la respuesta (b) realice la sustracciónde igual forma

suma

876 ± 4 = ± 0.457271 ± 5 = ± 1.845

1147 ± 9 = ± 0.785

resta

876 ± 4 = ± 0.457271 ± 5 = ± 1.845

605 ± 9 = ± 1.488



Errores Graves

origen humano (mala lectura del instrumento, ajuste incorrecto,aplicación inapropiada y/o equivocaciones en los cálculos)

Errores Sistemáticos

fallas en el instrumento, resultado de partes defectuosas o deterioradas yefectos ambientales sobre el equipoo del usuario.

Errores Aleatorios

ocurren por causas no establecidas directamente.



Media Artimética

Desviación de la Media

Desviación Promedio



Desviación estándar

Varianza



Probabilidad de Errores

Todas las observaciones incluyen pequenos efectos de distorsión,llamados errors aleatorios



Probabilidad de Errores

Todas las observaciones incluyen pequenos efectosde distorsión, llamados errors aleatorios

Ley de Distribución Normal

Los errores aleatorios pueden ser positivos onegativos

Hay igual probabilidad de errores aleatoriospositivos o negativos

Error Probable



Error limite

elim = grado de exactitud x valor de plena escala

Error Maximo

Porcentaje de Error

𝑃𝑃𝑃𝑃% =𝑃𝑃𝑙𝑙𝐴𝐴𝑝𝑝

𝑣𝑣𝑚𝑚𝑙𝑙𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑃𝑃𝑚𝑚𝐴𝐴𝑚𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑚100

es igual al rango promedio maximo

𝑃𝑃𝑃𝑃% =𝑉𝑉𝑚𝑚𝑙𝑙𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑃𝑃𝑚𝑚𝑙𝑙 − 𝑉𝑉𝑚𝑚𝑙𝑙𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑃𝑃𝑛𝑛𝑎𝑎𝑃𝑃

𝑉𝑉𝑚𝑚𝑙𝑙𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑃𝑃𝑚𝑚𝑙𝑙 𝑚𝑚100

INSTRUMENTACIÓN DE LAS COMUNICACIONES - UNIDAD II


OSCILOSCOPIO

Describe una variedad deinstrumentos electrónicosusados para observar,medir y registrarfenómenos físicostransitorios y presentarlos resultados en formagráfica.

Permite desplegar laamplitud de señaleseléctricas como funcióndel tiempo.


OSCILOSCOPIO

Medir directamente la tension de una señal.Medir directamente el período de una señal.Determinar indirectamente la frecuencia deuna señal.Medir la diferencia de fase entre dos señales.Determiner que parte de la senal es DC y cualAC.Localizar averías en un circuito.Determinar que parte de la señal es ruído ycómo varía éste en el tiempo


OSCILOSCOPIO

Tipos de ondas

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:

· Ondas senoidales

· Ondas cuadradas y rectangulares

· Ondas triangulares y en diente de sierra.

· Pulsos y flancos ó escalones.


OSCILOSCOPIO

Ondas senoidales

Son las ondas fundamentales y eso porvarias razones: Poseen unas propiedadesmatemáticas muy interesantes la señalque se obtiene de las tomas de corriente decualquier casa tienen esta forma, las señalesde test producidas por los circuitososciladores de un generador de señal sontambién senoidales, la mayoría de las fuentesde potencia en AC (corriente alterna)producen señales senoidales.


OSCILOSCOPIO

Ondas cuadradas y rectangularesLas ondas cuadradas son básicamente ondasque pasan de un estado a otro de tensión, aintervalos regulares, en un tiempo muyreducido. Son utilizadas usualmente paraprobar amplificadores).Las ondas rectangulares se diferencian de lascuadradas en no tener iguales los intervalosen los que la tensión permanece a nivel alto ybajo. Son particularmente importantes paraanalizar circuitos digitales.


OSCILOSCOPIO

Ondas triangulares y en diente de sierraSe producen en circuitos diseñados paracontrolar voltajes linealmente, como puedenser, el barrido horizontal de un osciloscopioanalógico ó el barrido tanto horizontal comovertical de una televisión. Las transicionesentre el nivel mínimo y máximo de la señalcambian a un ritmo constante (rampas).La onda en diente de sierra es un casoespecial de señal triangular con una rampadescendente de mucha más pendiente que larampa ascendente.


OSCILOSCOPIO

Pulsos y flancos ó escalonesSeñales, como los flancos y los pulsos, quesolo se presentan una sola vez, se denominanseñales transitorias.Un flanco ó escalón indica un cambiorepentino en el voltaje, por ejemplo cuandose conecta un interruptor de alimentación.El pulso indicaría, en este mismo ejemplo, quese ha conectado el interruptor y en undeterminado tiempo se ha desconectado.


OSCILOSCOPIODiagrama de Bloques

El funcionamiento del osciloscopio estábasado en la posibilidad de desviar unhaz de electrones por medio de lacreación de campos eléctricos ymagnéticos.En la mayoría de osciloscopios, ladesviación electrónica, llamadadeflexión, se consigue mediante camposeléctricos. Ello constituye la deflexiónelectrostática.Una minoría de aparatos de osciloscopíaespecializados en la visualización decurvas de respuesta, emplean el sistemade deflexión electromagnética, igual alusado en televisión.Este último tipo de osciloscopio carecede control del tiempo de exploración.


OSCILOSCOPIOPanel Frontal


OSCILOSCOPIO


OSCILOSCOPIOPanel Frontal


OSCILOSCOPIOPanel Trasero


OSCILOSCOPIOPantalla y Alimentación


OSCILOSCOPIOBloques de Barrido y Disparo


OSCILOSCOPIOCaracterísticas Diversas


OSCILOSCOPIO`Parámetros

Sensibilidad Vertical: Indica la facilidad del osciloscopio para amplificaar señales débiles.normalmente por el orden de 5mV/div

Ancho de Banda: Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medircon precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta lafrecuencia a la cual una señal de tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a laentrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).

Tiempo de subida: Es otro de los parámetros que nos dará, la máxima frecuencia deutilización del osciloscopio. Es un parámetro muy importante si se desea medir confiabilidad pulsos y flancos. Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos desubida más rápidos que el suyo propio.


OSCILOSCOPIO`Parámetros

Velocidad: Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima delbarrido horizontal, lo que nos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele ser del ordende nanosegundos por división horizontal.

Exactitud en la ganancia: Indica la precisión con la cual el sistema vertical del osciloscopioamplifica ó atenúa la señal. Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error.

Exactitud de la base de tiempos: Indica la precisión en la base de tiempos del sistemahorizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. También se suele dar en porcentaje deerror máximo.

Resolución vertical: Se mide en bits y es un parámetro que nos da la resolución delconversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisión se convierten lasseñales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Técnicas de cálculopueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio.


OSCILOSCOPIOOperación

Puesta a tierraEs necesario familiarizarse con el panel frontal del osciloscopio. Todos los osciloscopiosdisponen de tres secciones básicas que llamaremos: Vertical, Horizontal, y Disparo.Dependiendo del tipo de osciloscopio empleado en particular, podemos disponer de otrassecciones.Existen unos conectores BNC, donde se colocan las puntas de prueba.Algunos osciloscopios avanzados poseen un interruptor etiquetado como AUTOSET óPRESET que ajustan los controles en un solo paso para ajustar perfectamente la señal a lapantalla.


OSCILOSCOPIOOperación


OSCILOSCOPIOAjustes

· Ajustar el osciloscopio para visualizar el canal I. (Al mismo tiempo se colocará como canalde disparo el I).· Ajustar a una posición intermedia la escala voltios/división del canal I (por ejemplo1v/cm).· Colocar en posición calibrada el mando variable de voltios/división (potenciómetrocentral).· Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales.· Colocar el conmutador de entrada para el canal I en acoplamiento DC.· Colocar el modo de disparo en automático.· Desactivar el disparo retardado al mínimo ó desactivado.· Situar el control de intensidad al mínimo que permita apreciar el trazo en la pantalla, y eltrazo de focus ajustado para una visualización lo más nítida posible (generalmente losmandos quedaran con la señalización cercana a la posición vertical).


OSCILOSCOPIOPuntas de prueba

Puntas de Prueba Pasivas

Están marcadas con un factor de atenuación,normalmente 10X ó 100X. Por convenio losfactores de atenuación aparecen con el signo Xdetrás del factor de división. En contraste losfactores de amplificación aparecen con el signoX delante (X10 ó X100).



Puntas de Prueba PasivasLa sonda más utilizada posiblemente sea la 10X,reduciendo la amplitud de la señal en un factorde 10. Su utilización se extiende a partir defrecuencias superiores a 5 KHz y con niveles deseñal superiores a 10 mV.La sonda 1X es similar a la anterior perointroduce más carga en el circuito de prueba,pero puede medir señales con menor nivel.Por comodidad de uso se han introducidosondas especiales con un conmutador quepermite una utilización 1X ó 10X.



Ajuste de la punta de pruebaAntes de utilizar una punta de prueba atenuadora 10X es necesario realizar un ajuste enfrecuencia para el osciloscopio en particular sobre el que se vaya a trabajar. Este ajusteconsta de los siguientes pasos:· Conectar la punta de prueba a la entrada del canal I.· Conectar la punta de la punta de prueba al punto de señal de compensación (La mayoríade los osciloscopios disponen de una toma para ajustar las sondas, en caso contrario seránecesario utilizar un generador de onda cuadrada).



Ajuste de la punta de prueba

· Conectar la pinza de la punta de prueba a tierra.· Observar la señal cuadrada de referencia en lapantalla.· Con el destornillador de ajuste, actuar sobre elcondensador de ajuste hasta observar una señalcuadrada perfecta.



Puntas de Prueba Activas

Proporcionan una amplificación antes de aplicarla señal a la entrada del osciloscopio. Pueden sernecesarias en circuitos con una potencia desalida muy baja.Este tipo de sondas necesitan para operar unafuente de alimentación.


OSCILOSCOPIOMediciones

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