Como primera práctica en IR, vamos a ver el funcionamiento básico y aplicado a las radiocomunicaciones. Tenemos que entender que la analítica de la señal es muy importante para ver sus parámetros básicos.
El osciloscopio es un instrumento de medida y visualización de las señales eléctricas.
Tenemos un breve manual en youtube que empezaremos por verlo para luego pasar a hacer algunas tareas con el mismo
Tenemos un buen tutorial que vamos a ver antes de seguir con las tareas
https://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php
Buenos, pasamos a las tareas
1º Circuitos RLC. En este caso vamos a trabajar con proteus y montaremos el circuito RLC, con los componentes que tenemos en el taller.
Actividad teórica. Diseñar un circuito RLC serie de forma que la resistencia sea de 100 Ohmios, la impedancia inductiva de 80Ω y la capacitiva de 50
Ω. El generador que vamos a usar tiene una frecuencia de 10 KHz y una tensión de pico de 5 voltios.
¿ Qué valores tenemos en L y C ?
Con los valores obtenidos, montamos el circuito tal como se muestra
en la imagen inferior. Tener en cuenta que los elementos ( DEVICE)
de proteus que necesitamos son Alternator ( generador de alterna ), CAP
( para el condensador ), INDUCTOR ( para la bobina ) y RES ( para
la resistencia ). Hemos añadido una señal desde masa a inicio de R1 ( en
rojo ). Qué tensión representa ?
Montar y tomar las medidas de las tensiones Vr, VL y Vc. Para medir la tensión en la bobina y en el condensador, tenemos que poner una masa entre L y C, tal como se muestra en la figura. Hay que tener en cuenta, que para un momento determinado, la
corriente sale por la parte alta del generador y pasa por R, L y C. Si
la masa está después de pasar L, la tensión es correcta, pero para C, la
referencia ( masa ) está antes de pasar el condensador. Por tanto,
tenemos que invertir en el osciloscopio, la señal del C1 para que las
medidas sea tomando el mismo criterio. Para medir la tensión en la
resistencia, tenemos que poner la masa en un extremo de la resistencia y
en el otro, la sonda.
Calcular el desfase que hay entre la corriente y la tensión en cada componente.
Recordar la palabra ELICE. En la bobina L, la tensión (E ) se adelanta.
En el condensador C, la corriente I, se adelanta a la tensión E.
Pasamos de nuevo la masa entre los terminales R y la parte superior
del generador. Ahora ponemos una pinza en la parte inferior del
generador para tomar la tensión y la otra sonda en la parte derecha de
la resistencia. Medir el desfase que existe entre la tensión y la
corriente que sale del generador. Mostramos en la imagen el desfase lo
que obtenemos. ¿ Que grados de desfase aprecias en tu práctica ?
¿
Cómo calculo el desfase entre la corriente y la tensión en un circuito
RLC ?. En el ejemplo de la práctica, tenemos que la parte real es 100 y
la parte imaginaria ( dada por la bobina y el condensador ) es 80 y 50
respectivamente.
Esto da lugar a un triángulo rectángulo donde la base es 100 y
la altura es lo que obtenemos de restar 80 y 50, o sea 30.
Representamos el vector de la impedancia de la bobina por el vector
azul y la impedancia del condensador por el vector en rojo
Cuando sumamos los tres vectores, tenemos la impedancia total,
representado por el vector verde
El ángulo de desfase
α viene dado por arctg (30/100) = 16,69º, que se
ajusta mucho a lo visualizado en el osciloscopio.
Cambiamos los valores de L por 47 µHr y de
C por 330 KpF. Calcular la frecuencia de resonancia
Ajustar nuestro circuito con los valores de fo,
R, L y C para comprobar que la tensión en la bobina es igual a la
tensión del condensador ( en resonancia ). Comprobar que Fo sale 40412
Hz, aprox, cuando aplicamos la fórmula:.
En la siguiente imagen, mostramos un ejemplo de circuito resonante dando
otros valores a L y C
2º Antes de montar nuestro circuito, vamos a calibrar
nuestro osciloscopio.
Lo primero que tenemos que hacer es una calibración de la sonda que usamos en las medidas. La sonda suele tener un conmutador de X1 ( entra la señal tal cual ) y X10 ( reduce la señal 10 veces ). Ponemos en X1 y con la sonda buscamos la salida que el propio osciloscopio tiene para calibrarlo.
Dependiendo del modelo puede dar una señal de 0.5 voltios pico a pico, 2 Vpp, etc.
La frecuencia de la señal de ese generador
interno suele estar sobre 1 KH
Ajustando la base de tiempos y la escala vertical tenemos que obtener una señal cuadrada perfecta. Si no lo es, ajustamos la sonda con un destornillador hasta obtener las líneas horizontales totalmente rectas.
En el primer caso, tenemos una señal perfecta ( cuadrada ). Debemos procurar obtener una señal lo mas parecida a ella. Puede que nos encontremos con la 2º señal ( poco compensada )o la 3ª señal, que sería una excesivamente compensada.
La primera práctica consiste en hacer pantallazo del visor
del osciloscopio donde se muestre cómo queda la señal cuadrada, una vez
ajustado en la sonda
3º Pasamos a montar el circuito en taller.
Usaremos:
Una bobina de 47 µHr y un condensador de 330 KpF.
Puede que no tengamos esos valores y tengamos que montar otros
componentes. Esto da lugar a una frecuencia de resonancia diferente
Esto de los KpF suena raro, pero es así. Son Kilo
y luego pico, por lo que nos quedamos en un nF. Por tanto, el
condensador equivale 330nF = 0.33 µF
Pedimos el polímetro para medir tanto la bobina
como el condensador. Comprobamos valores
Ponemos una resistencia de 2,2 kΩ en serie con L
y C. Montamos nuestro circuito serie, soldando con cuidado.
Ponemos el generador de señal y ajustamos la
frecuencia igual a la frecuencia de resonancia calculada
Medimos en el osciloscopio la frecuencia. Para
ello, tenemos que tomar el periodo de la señal y hacer su inversa (
recordar que la frecuencia es la inversa del periodo )
Tomar los valores de la tensión en la bobina y en
el condensador. Ver escala del osciloscopio. Comprobar que los valores
son iguales, dado que estamos en
Resonancia
Importante. El
generador de señal y el osciloscopio tienen la masa común al conectarlos
a la red. Para aislar los instrumentos, tenemos que poner un poco de
cinta aislante en los enchufes. Adjunto tres imágenes de cómo se deben
poner, conexión del circuito y resultado
Practicas de Filtros. Simulación en proteus
El espacio radioeléctrico está compuesto por una amplia variedad de señales
de RF,cada una con su correspondiente frecuencia . Los filtros son circuitos
que van a impedir el paso de ciertas frecuencias y va a dejar pasar las
frecuencias que nos interesan.
Este objetito se puede hacer con componentes pasivos ( R, L, C ) o con
componentes activos ( transistores, amplificadores operacionales, etc ).
Éstos últimos son más precisos.
Los filtros se clasifican en:
Filtros pasa bajo, cuando deja pasar las frecuencias bajas
Filtros paso alto, que dejan pasar las frecuencias altas en impiden
que pasen las bajas
Filtros paso banda, que permite pasar las frecuencias entre unos
determinados valores.
Filtro eliminación de banda, justo lo contrario al anterior
A la izquierda de la imagen, tenemos un filtro sencillo compuesto por una
resistencia y un condensador.
Sabiendo la respuesta del condensador a la frecuencia, qué piensas
que va a dejar pasar, las frecuencias bajas o altas ?
Desarrollo de las prácticas. Hasta que no hagamos las tres tareas, no
subirlo a Drive. Como siempre , en un pdf, con el nombre de
Filtros.pdf
5º
Montamos el circuito de
la figura con el programa proteus. Los valores son 1 KΩ y
10 nF
Vamos a calcular la frecuencia de corte, que se define como aquella donde el valor óhmico de la resistencia coincide con el valor óhmico de la reactancia capacitiva.
Calculamos la ganancia en tensión para la frecuencia de corte, que viene dada por el cociente entre la tensión de salida y la tensión de entrada a esa frecuencia. Tenemos que:
.
Si sustituimos R por Xc, tenemos :
Demostrar que a la frecuencia de corte, la ganancia en dB (mV ) ha caído aproximadamente en 3 dB.
Vamos a hacer nuestro análisis en el dominio de la
frecuencia para mostrar la ganancia respecto a f. Para ello tenemos que
construir nuestro circuito y añadir un Analizador de frecuencia ( ver
pestaña Graph Mode, y tomar el instrumento Frecuencia ). La entrada que
damos es un generador senoidal de tensión 10 voltios. La sonda de
tensión la llamamos Vo. Una vez terminado, tenemos que seleccionar en el
medidor de frecuencia la señal del generador como entrada y llevar la sonda
dentro del la pantalla del medidor. Al dar a la barra espaciadora, tenemos
que tener nuestra práctica terminada , mostrando la respuesta en frecuencia
de este filtro. Ver imagen
Por último, comprobar que el valor de la frecuencia de corte
coincide con la dada en la gráfica. Se hace doble click en la barra
verde y se hace mas grande
6º
Filtro paso alto
Haremos lo mismos, pero esta vez, usando una bobina. Sería lo mismo para
un condensador, sólo que la posición tienen que varia. Ver imagen superior
Montar en proteus un filtro paso alto donde R = 100 Ω y
L = 1 mHr
Calcular la frecuencia de corte, sabiendo que ocurre cuando el valor
de la impedancia inductiva coincide con la resistencia
Añadir el analizador de frecuencia y comprobar que la Fc teórica,
coincide con la mostrada en la gráfica de la respuesta en frecuencia
7º
Filtro paso Banda
Teoría. Ahora nos toca "unir" los dos filtros anteriores
para conseguir las dos funciones ( dejar pasar las bajas y las altas ).
La idea es que si el bajo deja pasar hasta cierta frecuencia
Fcs y el alto deja pasar desde
una frecuencia Fci, el
resultado es que pase las frecuencias desde
Fci hasta Fcs .
Vamos a diseñar un circuito que deje pasar un rango de frecuencias (
fci de 1000Hz y una fcs de 10kHz. Tenemos que considerar las impedancias de
entrada y salida del filtro. Suponemos que la fuente de seña ( Entrada ) tiene
una impedancia de 50Ω y que se conecta a una carga 47kΩ.
Para proceder con los cálculos, tenemos que considerar la teórica del 10,
que se aplica en electrónica, por la cual, se puede considerar que una rama de
impedancia es despreciable, si es el 10 % . Por ejemplo, si tenemos una
resistencia de 100, en paralelo con otra de mil, se puede despreciar la de 1000
para hacer cálculos aproximados.
Vamos con el filtro paso bajo, R2-C2. En este caso, C2 tiene una
resistencia de carga de 47kΩ, por tanto, la impedancia del condensador
tienen que ser el 10%, dando lugar a un valor del condensador de:
Hacemos cuentas y nos da C2 = 3.38 nF
R2 será el mismo el de la reactancia de C2 a la fcs. =>
R2 = 4,7 kΩ.
Añadimos
de nuevo el circuito para mostrar la impedancia que "ve" la resistencia R1.
Sería la carga que tiene conectada en paralelo. Como hemos calculado que R2 es
4700 Ω, podemos considerar ese valor, como valor permanente de impedancia de
carga, dado que no varia con la frecuencia, cosa que sí hace C2. Por tanto,
R1 = 470 Ω
Al igual modo que antes, la impedancia de C1 tiene que ser igual a R1,
por tanto:
En este caso, C1 es 338 nF
Procedemos a montar nuestro circuito en proteus.
Tarea a realizar. Proceder a
diseñar un filtro paso banda donde la impedancia de la carga es 60 KΩ y las
frecuencias de corte son 50 kHz y 80 KHz. Se debe indicar cada uno de los pasos,
así como añadir las imágenes explicativas de la práctica.
Prácticas extras
3º Prácticas con el simulador Proteus.
Es un grupo de varias prácticas sólo simuladas.
En la carpeta de DRIVE y con el nombre
practicas/osciloscopio, tenemos varias prácticas para practicar
con nuestro simulador.
IMPORTANTE .Cada actividad
que se haga tiene que reflejarse en la memoria con un pantallazo y
descripción de la actividad.
2.1 En primer lugar, hacer la relativa al condensador. En este caso, sólo la vamos a simular con el proteus.
Montar el circuito con los valores dados que tenemos en la práctica. Visualizar la señal y hacer pantallazo de la carga y descarga.
Medir el tiempo τ y compararlo con el τ teórico
2.3.
Calcular R de carga para que τ sea del doble. Sustituir en proteus y visualizar la señal de carga y descarga
2.4 En el documento pdf a entregar , tenemos que situar las señales de entrada y las dos de carga y descarga
En la practica de los diodos tenemos un documento de teoría sobre el funcionamiento del diodo y circuitos típicos para trabajar como rectificador de media onda y onda completa.
3.1 Montar en proteus el circuito donde tomamos valores de Tensión y corriente del diodo. Pasar los valores a la tabla que aparece en drive ( excel
) .
Al añadir los valores, se mostrará la curva característica del diodo.
3.2 Montar un circuito de media onda. Tomar las tensiones a la
entrada y a la salida para comprobar la diferencia
3.3 Montar los dos circuitos de onda completa ( uno con transformador y
otro que tiene 4 diodos ). Tomar las tensiones a la entrada y salida
3.4 En alguno de los circuitos rectificadores, poner en paralelo un
diodo para que la tensión de salida sea mas suave ( reducimos la tensión de
rizado )