Conceptos de señales –Manejo OSciloscopio

Diego Renza Torres

diegoerre@gmail.com

Servicio Nacional De Aprendizaje

2011

Diego Renza Torres
Clases de Corriente Eléctrica

• Corriente Continua (CC o DC)
• Corriente eléctrica que no varía ni en magnitud ni en sentido. Su símbolo es
• Ejemplos: Señal de +5V y señal de -2.5V

• Formas de producirla: Reacción química. Ej: Pilas
• Campos magnéticos: Generadores
• Clases de Corriente Eléctrica (2)
• Corriente Alterna (CA o AC)
• Corriente eléctrica que varía a intervalos periódicos en magnitud y sentido. Su símbolo es

El cambio de sentido y dirección depende de la forma cómo se genera la corriente alterna: una bobina gira en el interior de un campo magnético, de manera que cada onda o sinusoide corresponde a
un giro (revolución) completo de dicha bobina

• Clases de Corriente Eléctrica (3)
• Corriente Alterna (CA o AC) ventajas que ofrece:
• Mayor facilidad para su transformación
• Mayor facilidad para su transmisión y distribución
• Es más económica
• Tiene más versatilidad para algunas aplicaciones, especialmente cuando no pueden realizarse con corriente continua

• SISTEMAS DE GENERACIÓN DE A.C. MÁS USADOS
• Monofásico
• La corriente eléctrica es generada por la rotación de una sola bobina. Para usarla se requieren dos conductores (bifilar): una fase y un neutro.
• Por esta razón los sistemas usados en las residencias como monofásicos, en realidad no lo son, sino que son parte del sistema trifásico tetrafilar.

• Bifásico
• La corriente eléctrica es generada por la rotación de dos bobinas desfasadas entre sí 90°. Para usarla se requieren dos conductores (bifilar), pero a diferencia del sistema monofásico, los dos conductores son únicamente para las fases.

• SISTEMAS DE GENERACIÓN DE A.C. MÁS USADOS (2)
• Monofásico Trifilar
• Se obtiene del secundario del transformador.
• Se tienen tres conductores: las fases se toman de los extremos y el neutro del punto medio del transformador, así la tensión entre fases es el doble de la tensión entre una fase y el neutro.

• Bifásico
• La corriente eléctrica es generada por la rotación de dos bobinas desfasadas entre sí 90°. Para usarla se requieren dos conductores (bifilar), pero a diferencia del sistema monofásico, los dos conductores son únicamente para las fases.

• SISTEMAS DE GENERACIÓN DE A.C. MÁS USADOS (2)
• Trifásico
• La corriente eléctrica es generada por la rotación de tres bobinas desfasadas entre sí 120°.

Dependiendo de la forma como se conecten las bobinas es posible obtener un sistema trifilar o tetrafilar.
El sistema más usado es el tetrafilar: tres fases (R-S-T) y el neutro (N), que se obtiene uniendo entre sí los tres finales de
las bobinas (de donde saldrá el neutro) y dejando libres los principios, como puede apreciarse en el diagrama que
tenemos al lado.

• En comunicaciones, comúnmente se usan señales análogas periódicas y señales digitales no periódicas.
  
  
  Señales Periódicas: Hay patrones que se repiten
  
  
  Señales no Periódicas: NO Hay patrones que se repitan
  Señal Seno
  
  3 Parámetros:
  
  Amplitud
  Frecuencia
  Fase
  s(t) = A sin(2ft + )
• Señal Seno
• Amplitud Pico - A
• Máximo nivel de la señal
• En voltios (V)
• Frecuencia - f
• Tasa de cambio de la señal
• Hertz (Hz) o ciclos por segundo
• Periodo = tiempo de cada ciclo (T)
• T = 1/f
• Fase -  (en grados o radianes)
• La posición relativa de la onda con respecto al tiempo 0
• Distancia desde el origen al punto donde la señal cambia de positiva a ngativa

• 
  
  Dos señales con la misma fase y frecuencia pero diferente amplitud

Dos señales con la misma amplitud y fase pero diferentes frecuencias

Frecuencia es el inverso del periodo y viceversa

Unidades de periodo y frecuencia

Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).

Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:

donde T es el periodo de la señal.

Contenido 1 Frecuencias de ondas 2 Frecuencia de la corriente alterna 3 Longitudes de onda 4 Física de la luz 5 Referencias 6 Enlaces externos

Frecuencias de ondas

Artículo principal: Longitud de onda.

Dos frecuencias, una de «ritmo» superior a la otra.

La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda):

Cuando las ondas viajan de un medio a otro, como por ejemplo de aire a agua, la frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la velocidad.
Por el efecto Doppler, la frecuencia es una magnitud invariable en el universo. Es decir, no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de propagación o longitud de onda.

Frecuencia de la corriente alterna

• En Europa, Asia, Oceanía, África y gran parte de América del Sur, la frecuencia de corriente alterna para uso doméstico (en electrodomésticos, etc.) es de 50 Hz y en América del Norte de 60 Hz.

Voltaje y frecuencia:     220-240 V/60 Hz      220-240 V/50 Hz      100-127 V/60 Hz      100-127 V/50 Hz

Longitudes de onda

Artículo principal: Longitud de onda.

De acuerdo a lo indicado anteriormente, la longitud de onda tiene una relación inversa con la frecuencia, a mayor frecuencia, menor longitud de onda, y viceversa. La longitud de onda λ (lambda) es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la frecuencia f:

Una onda electromagnética de 2 milihercios tiene una longitud de onda aproximadamente igual a la distancia de la Tierra al Sol (150,000,000 millones de kilómetros). Una onda electromagnética de 1 microhercio tiene una longitud de onda de 0,0317 años luz. Una onda electromagnética de 1 nanohercio tiene una longitud de onda de 31,69 años luz.

    

Tres luces parpadeando cíclicamente, con frecuencias (f) de 0,5 Hz (arriba), 1 Hz (centro) y 2 Hz (arriba). El período (T), mostrado en segundos es recíproco a la frecuencia.

Ejemplos de ondas de distintas frecuencias; se observa la relación inversa con la longitud de onda.

Ejemplos

• La red eléctrica que usamos en casa tiene una frecuencia de 60 Hz. Cuál es el periodo de de esta onda senoidal?

• Exprese un periodo de 100 ms en microseconds.

• El periodo de una señal es 100 ms. Cuál es la frecuencia en kilohertz?

Frecuencia y Fase

• FRECUENCIA

La frecuencia es la tasa de cambio con respecto al tiempo. Cambio en un corto periodo de tiempo equivale a una alta frecuencia. Cambio en un tiempo muy largo significa baja frecuencia.

Si una señal no cambia nunca, su frecuencia es cero. Si una señal cambia instantáneamente, su frecuencia es infinita.

• FASE

La fase describe la posición de la onda con respecto al tiempo 0.
Se mide en grados o radianes.


Un desplazamiento de fase de 360 corresponde a un desplazamiento de periodo completo.
Un desplazamiento de fase de 180 corresponde a un desplazamiento de medio periodo.
Un desplazamiento de fase de 90 corresponde a un desplazamiento de un cuarto de periodo

Tres señales senoidales con la misma amplitud y frecuencia, pero

Fases diferentes

Una señal seno está desfasada 1/6 de ciclo con respecto al tiempo 0. Cuál es la fase en grados y radianes?

Longitud de onda y periodo

Longitud de onda es la distancia que una señal recorre en periodo de tiempo.

Longitud de onda (λ) = velocidad de la señal x periodo

Recuerde: periodo = 1 / frecuencia

Representaciones en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia de una señal seno

Toda una señal seno en el dominio del tiempo se puede representar por un sólo componente en el dominio de la frecuencia

Representaciones en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia de tres señales seno

El dominio de la frecuencia es más compacto y útil cuando se está manejando más de una señal seno. 

Manejo del osciloscopio

Botones de Menú
Mandos relacionados con la sincronización
Mandos relacionados con la escala vertical

Mandos relacionados con la escala horizontal

 .

 El osciloscopio es un equipo que sirve para visualizar formas de onda de TENSIÓN de un circuito. Las formas de onda las representan en dos ejes: el eje de abscisas representa tiempo y el eje de ordenadas representa tensión. Las escalas de ambos ejes son modificables por el usuario. La pantalla está dividida en cuadrículas y lo que el usuario elige es el valor de cada una de esas cuadrículas.
Voltios
V/Div
Cuadrícula
Tiempo
Time/Div

En el osciloscopio, el usuario puede elegir el punto donde quiere que se represente el valor de cero voltios. Para ello, debe usarse el cursor de posición.

Escala Vertical

Este mando activa el menú de matemáticas. Las opciones que presenta permiten hacer operaciones aritméticas con las formas de onda.
Este mando muestra en pantalla el menú correspondiente al canal 2. Además, activa o desactiva el canal pulsándolo sucesivas veces.
Con este mando elegimos el valor de la escala vertical de cada cuadrícula. Este valor puede estar comprendido entre 2mV y 5V cuando la sonda es de tipo 1:1. Si la sonda es 1:X, estos valores se multiplican por X.

Escala Horizontal

Con este mando puede desplazarse horizontalmente la traza que se está representando en el osciloscopio.
Con este mando se activa el menú correspondiente a la escala horizontal del osciloscopio.
Con este mando se selecciona el valor horizontal de cada cuadrícula. Este valor está comprendido entre 5ns y 5s.

Sincronización de formas de onda

El osciloscopio está pensado para representar formas de onda periódicas. Para que la imagen aparezca representada de forma estable, el osciloscopio debe poder tomar “instantáneas” de la forma de onda siempre en el mismo punto. Esto se consigue con los mandos de sincronización (TRIGGER).
Este mando fija el nivel de disparo
Este mando activa el menú del TRIGGER.
En este menú debemos seleccionar el canal que estamos intentando sincronizar. También podemos elegir la pendiente en la que se realizará el disparo: positiva o negativa.
Nivel de disparo
Dos opciones:

Modo DC y Modo AC

• El modo DC representa las formas de onda tal cual son, es decir, vemos la forma de onda real.

El modo AC filtra la señal con lo que lo que vemos en el osciloscopio no se corresponde totalmente con la realidad. El modo AC elimina la componente de continua de una forma de onda.
Forma de onda real: modo DC
Forma de onda en modo AC
1
0
Componente de continua
-1
0
Se elimina la componente de continua

Sondas
Este osciloscopio tiene dos canales: CH1 y CH2.
MUY IMPORTANTE: las masas de ambos canales están unidas, es decir, comparten la misma masa.
Los dos cocodrilos deben conectarse en el mismo punto del circuito
MASA
Terminal Activo
MASA
Terminal Activo

DECÁLOGO BÁSICO PARA EL USO DEL OSCILOSCOPIO

• Tener en mente la forma de onda que pretendemos visualizar (amplitud y frecuencia)
• Adecuar la escala horizontal y la escala vertical para poder visualizar tres o cuatro periodos de dicha forma de onda.
• Seleccionar el canal correspondiente a la sonda que estamos usando
• Comprobar que el tipo de sonda es el adecuado ( 1:1, 1:10, etc)
• En general, comprobar que la masa de la sonda está pinchada en la masa del circuito
• Comprobar que el canal en uso está en modo DC
• Comprobar que el menú MATH no está activado
• Fijar el punto de cero voltios en el lugar deseado
• Comprobar que el TRIGGER está intentando sincronizar el canal que estamos usando
• Fijar el nivel de disparo en cualquier punto dentro de la forma de onda

 

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Generador de señal Leader Instruments LSG-15 .

Un generador de señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. Se emplea normalmente en el diseño, test y reparación de dispositivos electrónicos; aunque también puede tener usos artístico.
Hay diferentes tipos de generadores de señales según el propósitos y aplicación; que se corresponderá con el precio. Tradicionalmente los generadores de señales eran dispositivos estáticos apenas configurales, pero actualmente permiten la conexión y control desde un PC. Con lo que pueden ser controlados mediante software hecho a medida según la aplicación, aumentando la flexibilidad.

  

Diego R
enza Torres