LABORATORIO DE INSTRUMENTOS

PRE-LABORATORIO DE LA PRÁCTICA No. 7

OSCILOSCOPIOS CON DOBLE BASE DE TIEMPO

RESPUESTA EN TIEMPO Y EN FRECUENCIA

DE CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN

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

FECHA DE ENTREGA:17 ABRIL 2013

Introducción:

El presente informe tiene por objeto analizar y diseñar circuitos RC y observar su respuesta a diferentes señales. Adicionalmente, se desea analizar la respuesta en tiempo y frecuencia de dichos circuitos.

En segunda instancia, se pretende utilizar una nueva función del osciloscopio para realizar mediciones como lo es la base de tiempo retardada para observar en detalle algunas características de la señal de entrada.

Equipos empleados:

Nombre equipo Equipo Modelo No.

serie

Osciloscopio GW – Instek

GOS – 6536

OSC 144

Generador de Audio

GW – Instek

GAG – 801

GAU 038

Contador Digital FLUKE 8010 A FRE

017

DVM FLUKE 8010 A DVM 056

I. Respuesta de circuitos de primer orden a entrada cuadrada

En primer lugar, con los valores calculados en la Preparación de la práctica (C=1800 pF y R=12k Ω), se instaló un circuito CR.

Con la ayuda de un frecuencímetro y un DVM, se ajustó una señal cuadrada con T=50 RC (T=1 02u s o f=15 kHz) y voltaje RMS = 4 VRMS.

Se visualizó la señal de entrada con las puntas compensadas. Utilizando magnificación y base de tiempo retardada, se midieron con la mayor resolución posible, los tiempos de subida de la señal.

tsubida Señal Entrada: 0,24 μs

tbajada Señal Entrada: 0,28 μs

PI-1Acto seguido, se aplicó esta señal al circuito y se observaron simultáneamente las señales de entrada y salida. Lo que se observo en el osciloscopio fue lo siguiente:

Oscilograma para T = 50RC

V/div: 0,2 V Tiempo/div: 0,2 ms (Canal 1)V/div: 0,2 V Tiempo/div: 0,2 ms (Canal 2)

Se repitió el mismo procedimiento pero ahora con una señal con periodo T=RC y luego con una señal con periodo T=0,1 RC:

Oscilograma para T = RCV/div: 0,2 V Tiempo/div: 5 μs (Canal 1)V/div: 0,2 V Tiempo/div: 5 μs (Canal 2)

Oscilograma para T = 0,1RCV/div: 0,2 V Tiempo/div: 0,5 μs (Canal 1)V/div: 0,2 V Tiempo/div: 0,5 μs (Canal 2)

PI-2 Oscilogramas mostrados anteriormente

PI-3 La imagen para un periodo de T=50RC nos muestra que la salida para una entrada paso, es un impulso, por lo tanto la salida es la derivada de la entrada. Para el caso dos, donde T=RC se observa que la salida se parece a la entrada, sin embargo se nota una leve inclinación en el nivel superior del pulso de salida, lo que muestra que para ese periodo el circuito no alcanza a derivar la entrada.

Por ultimo para el caso tres, en el cual T=0.1RC, se observa que la frecuencia es tan grande que el pulso de entrada no se alcanza a estabilizar, además, debido a esto la impedancia del condensador tiende a cero, comportándose como un corto y

permitiendo que la señal de salida en la resistencia sea igual a la entrada, como se observa en la imagen.

Se desconectó el generador y con los mismos componentes, se ensambló ahora un circuito RC, aplicando sobre éste una señal cuadrada con frecuencia fundamental de 1,5 kHz y amplitud de 4 Vp (valores medidos con los instrumentos digitales).

Se observaron de manera simultánea las señales de entrada y salida. Se varió la tasa de repetición de la señal hasta que la salida fuese aproximadamente la integral de la señal de entrada, es decir, una señal triangular. Lo que se observó fue lo siguiente:

PI-4

V/div: 0,2 V Tiempo/div: 20 μs (Canal 1)V/div: 0,2 V Tiempo/div: 20 μs (Canal 2)

La frecuencia de la señal de entrada para la que se observó lo anterior fue de 9,417kHz .

PI-5 Con base en las mediciones se encontró que la condición para que un circuito se comporte como derivador es que la frecuencia de la señal aplicada debe ser muy pequeña. Por otro lado, la condición para que un circuito se comporte como integrador es que la

frecuencia de la señal aplicada debe ser muy alta, en nuestro caso esta frecuencia fue de 9,417 kHz. II. Respuesta en frecuencia de un

circuito RC

Para la segunda parte de la práctica, se aplicó el filtro RC a una señal sinusoidal de 3 VRMS-1khz. Se visualizó la señal de salida del circuito y se varió la frecuencia de la señal de entrada desde unas décimas de Hz hasta 100 kHz y se observó la respuesta de frecuencia de este circuito. Lo que se observó fue que para frecuencias muy altas, se atenúa la señal de manera muy notoria, luego este filtro aplicado se comporta como un filtro pasa-bajos.

Se visualizó, ahora, en el canal 1 del osciloscopio la señal de entrada y, simultáneamente en el canal 2 la señal de salida, es decir, el voltaje en el condensador y se varió la frecuencia de la señal de entrada, hasta que la señal de salida alcanzara su máxima amplitud. Así mismo, se verificó que ambas señales ocuparan verticalmente, toda la pantalla.

Con base en lo anterior, se ajustaron los controles del osciloscopio para visualizar solo el semiperiodo positivo de las señales para ajustar una referencia, ya que dado que se quiere hallar la frecuencia de

corte del sistema, se necesita tener una indicación del 100% de la señal, para así saber cuál es el 70% de la misma.

En este orden de ideas, se cambió la frecuencia del generador, hasta que la señal de salida ocupara el 70% de su referencia inicial. Lo observado fue lo siguiente:

V/div: 20 mV Tiempo/div: 20 μs

La frecuencia de corte (a la cual se visualizó lo anterior) fue de 9,638 kHz.

PII-1 La frecuencia de corte medida de 9,638kHz es muy cercana a la frecuencia de corte calculada, la cual fue de 7,368 kHz, las diferencias entre estos valores se debe posiblemente a la tolerancia de la resistencia usada o a efectos de carga debido a los instrumentos usados.

PII-2

La relación no se cumple exactamente, pero si se acerca bastante, esto se debe a los posibles errores encontrados al realizar la medida de la frecuencia de corte.

Las implicaciones que tiene esto frente a los modelos de los osciloscopios se debe a que las mediciones del tiempo de subida dependen del ancho de banda de cada osciloscopio, por lo tanto si se tiene un

osciloscopio con mayor ancho de banda, se podrán medir tiempos de subida más pequeños.

PII-3

- Función de transferencia.

V o=V ¿(1jωC

R+ 1jωC

)V o=V ¿( 1

RjωC+1 )V oV ¿

=( 1RjωC+1 )

De acuerdo con esta función de transferencia, se observa que si la frecuencia ω tiende a cero, la salida es idéntica a la entrada; Por otro lado, si la frecuencia ω es muy grande, la salida del circuito tiende a ser cero. Esto comprueba que el circuito RC es un filtro pasa-bajos y que además se debe cumplir que la frecuencia sea muy alta para que actué como un circuito integrador.

PII-OPCIONAL

Al intercambiar los componentes y visualizar la respuesta en frecuencia con el osciloscopio, se encontró que para frecuencias bajas, se atenuaba la amplitud de la señal de salida; por lo tanto este circuito corresponde a un filtro pasa-altos

III. Conclusiones

1) Se determinó la respuesta de circuitos RC y CR a diferentes entradas, y se comprobó su funcionamiento como

circuitos integradores y derivadores, respectivamente.

2) Así mismo, se evaluaron las condiciones para las cuales estos circuitos pasivos se comportan como derivadores (frecuencias muy pequeñas) e integradores (frecuencias muy altas).

3) Se empleó y verificó la importancia de la base de tiempo retardada para la visualización en detalle de determinadas características de una señal, y de manera particular en el modo A intensificado por B y solo barrido retardado.