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Mediciones eléctricas.
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario de Tecnología “Antonio José de Sucre”
Extensión Barquisimeto - Estado Lara
Profesor: Aranguren, Edward.
Escuela: Electrónica 80.
Integrantes:
Mendoza, Piter C.I. 13.352.600
Colmenarez, Carlos C.I. 10.249.408
Castro, Nervis C.I. 16.643.642
Almao, Willian C.I. 19.149.635
Mediciones Eléctricas
Introducción.
Generación de Señale
s
El presente trabajo se prepara con la finalidad de comprender todo lo
relacionado con el generador de señales, el cual es uno de los instrumentos
de laboratorio más útiles (en conjunto con el osciloscopio) cuya función es
producir señales eléctricas a las cuales se les pueden modificar algunos
parámetros como amplitud, frecuencia, ciclo útil, etc. Lo que permite hacer
pruebas, análisis de circuitos y en general, una gran cantidad de
experimentos y pruebas tanto a nivel académico, como de mantenimiento de
aparatos electrónicos.
Estos instrumentos se utilizan para entregar o inyectar diferentes tipos
de señal a los circuitos electrónicos, ya sean prototipos, de producción
industrial, o a circuitos que requieran reparación. Esta señal debe ser
entonces escuchada, observada, medida o analizada por algún otro medio
para determinar si el aparato bajo prueba o análisis está trabajando bien. En
otras palabras, los generadores de señal permiten simular, de una manera
fácil y precisa, las señales reales que se procesan en los diferentes aparatos
electrónicos.
Generador de Señales.
Un generador de señales, o también conocido como generador de
funciones, es un aparato electrónico capaz de producir diferentes formas de
ondas, permitiendo a la vez, la manipulación de los parámetros de la señal
generada en función de su amplitud, frecuencia, fase, periodo, etc.
Produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear
señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de
audio, ultrasónicos y servo.
Este generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de
frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de
barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente
con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de
barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el
usuario.
Este equipo genera señales variables en el dominio del tiempo para
ser aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba.
Se pueden clasificar en dos categorías básicas:
– Generadores de función analógicos:
• Utilizan un VCO para generar una forma de onda triangular de
frecuencia variable. De esta se obtienen las formas de onda sinusoidal
y cuadrada.
– Generadores de función digitales:
• Utilizan un convertidor D/A para generar la forma de onda desde
valores almacenados en una memoria. Normalmente estos
generadores sólo suministran señales seno y cuadradas a máxima
frecuencia y las señales triangulares y otras formas de onda a mucha
menor frecuencia.
Los generadores de función usuales presentan las siguientes
opcionalidades:
– Forma de onda seleccionable (sinusoidal, triangular ,rectangular)
– Control del ciclo de trabajo de la señal de salida
– Control de nivel dc de offset en la salida
– Control externo de la frecuencia de salida (modulación FM, barridos,
etc.)
– Control externo de la amplitud de salida (modulación AM, ráfagas,
etc.)
– Impedancia de salida seleccionable (50Ω, alta impedancia, etc.)
– Salida auxiliar de nivel lógico TTL, CMOS, etc.
– Interfaces LAN, USB, GPIB, etc.
Diagrama de bloques de un generador de funciones analógicos.
Características básicas de un generador de funciones analógico:
– Proporcionan un control simple e instantáneo de frecuencia y
amplitud.
– La frecuencia máxima de trabajo es la misma para señales
sinusoidales que triangulares y rampa.
– El precio de partida de un generador de función analógico es inferior a
uno digital.
Generador de Onda Senoidal.
Debido a la importancia de la señal senoidal, el generador de
dicha onda representa la principal categoría de generadores de
señales. Este instrumento cubre el rango de frecuencias a partir de
algunos hertz hasta varios gigahertz.
El generador de onda senoidal simple consiste de dos bloques
básicos, un oscilador y un atenuador. El comportamiento del
generador depende de la funcionalidad de estas dos partes
principales. Tanto la exactitud de la frecuencia y la estabilidad, la
exactitud de amplitud depende del diseño del atenuador.
Una onda senoidal se puede obtener en el conector de la salida
principal cuando se presiona la opción de onda senoidal en el botón
de función y cuando cualquier botón del rango de frecuencia está
también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la
combinación del botón de rango y el control de variación de
frecuencia. La salida tendrá que ser revisada con un osciloscopio.
Para obtener una señal senoidal, se deben seguir las siguientes
instrucciones:
Generador de Pulsos y Ondas Cuadradas.
Los generadores de pulsos y onda cuadrada se utilizan a menudo con
un osciloscopio como dispositivo de medición. Las formas de onda obtenidas
en el osciloscopio en la salida o en puntos específicos del sistema bajo
prueba proporcionan información tanto cualitativa como cuantitativa acerca
del dispositivo o sistema a prueba.
La diferencia fundamental entre un generador de pulsos y uno de onda
cuadrada está ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo se define como la relación
entre el valor promedio del pulso en un ciclo y el valor pico del pulso. Puesto
que el valor promedio y el valor pico se relacionan en forma inversa a sus
tiempos de duración, el ciclo de trabajo se define en términos de ancho del
pulso y el periodo o tiempo de repetición del pulso.
Los generadores de onda cuadrada producen un voltaje de salida con
tiempos iguales de voltajes altos y bajos de manera que el ciclo de trabajo es
igual 0.5 o al 50%. El ciclo de trabajo permanece en este valor aun cuando
varíe la frecuencia de oscilación.
El ciclo de trabajo de un generador de pulsos puede variar; los pulsos
de poca duración dan un ciclo de trabajo bajo y, por lo general, el generador
de pulsos puede suministrar más potencia durante el periodo de voltaje alto
que un generador de onda cuadrada. Los pulsos de corta duración reducen
la disipación de potencia en el componente a prueba. A propósito, las
mediciones de la ganancia del transistor se pueden efectuar con pulsos de
corta duración que eviten el calentamiento de las uniones, o de esta forma se
minimizan el efecto de la temperatura de la unión sobre la ganancia.
Los generadores de onda cuadrada se utilizan siempre que se
desea investigar las características de baja frecuencia de un sistema;
por ejemplo, para pruebas de sistemas de audio. Las ondas
cuadradas son preferibles a los pulsos de corta duración si la
respuesta transitoria de un sistema requiere algún tiempo para
asentamiento.
Una onda cuadrada se puede obtener en el conector de la
salida principal cuando se presiona la opción de onda cuadrada en el
botón de función y cuando cualquier botón del rango de frecuencia
está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la
combinación del botón de rango y el control de variación de
frecuencia.
La salida puede verificarse con un osciloscopio utilizando la misma
conexión utilizada en la onda senoidal. La frecuencia de salida puede
establecerse con mayor precisión utilizando un contador de frecuencia
(Frequency Counter) conectando la salida del generador de funciones
directamente al contador, o usando un cable BNC con conexión en T
de la salida del generador de funciones al osciloscopio y al contador al
mismo tiempo.
Para ajustar el generador de funciones para que opere con una
onda cuadrada, los controles pueden estar ajustados de la misma
manera con la que se obtuvo la señal senoidal, excepto la opción de
onda cuadrada en el botón de función debe estar presionada. No se
podrá tener un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el
multímetro o cualquier otro medidor digital o analógico, porque están
calibrados para obtener valores rms de señales senoidales.
La señal de onda cuadrada puede ser utilizada para simular señales
pulsantes. La onda cuadrada es frecuentemente usada para pruebas y
calibración de circuitos de tiempo.
Modulación de Generador de Señales.
La mayoría de los generadores de señales tiene la capacidad
de modular tanto en frecuencia como en amplitud, con un índice o
porcentaje de modulación conocido.
La modulación de amplitud se puede aplicar al generador de
señales nivelado electrónicamente, por medio de la modulación del
atenuador de diodo PIN con la señal modulada.
El problema serio que se presenta con esta modulación es que
la amplitud varía desde dos veces la amplitud de la portadora hasta
cero para un porcentaje del 100% de modulación, lo cual implica que
el atenuador controla por voltaje debe tener al menos una atenuación
nominal de 6 dB para que la amplitud se pueda incrementar a dos
veces la portadora y proporcione, en teoría, una atenuación infinita
para conseguir el cero requerido por el 100% de modulación.
Sin importar la técnica de modulación, la mayoría de los
generadores de señales proporciona una modulación de amplitud
cercana pero no igual a 100%.
La modulación de frecuencia no sufre problemas atribuibles al
porcentaje de modulación y no existe el 100% de modulación. Para
modular la frecuencia el generador de señales requiere un método
para cambiar electrónicamente la frecuencia del oscilador; por lo
general; esto lo proporciona un diodo varactor en el circuito oscilador
sintonizado. La cantidad de modulación suministrada por el diodo
varactor depende de la frecuencia del oscilador y puede varias sobre
el rango de sintonía del oscilador. Es decir, el generador de señales
ha de contar con un método de corrección para este cambio en el
índice de modulación de frecuencia. Aplicar la modulación a un
generador de señales puede ser un problema complejo cuando este
dispositivo es del tipo sintetizado. Cada uno de estos instrumentos es
un caso único, y existen numerosos métodos para suministrar una
fuente exacta de modulación.
Características de un pulso.
Conclusión.
Se concluye diciendo que, los generadores de señales son
instrumentos básicos y de obligatorio uso para cualquier práctica de
electrónica y reparación de equipos electrónicos.
Conocer conceptos básicos, y la terminología que se utiliza para
describir las funciones y características de los generadores de señal.
Son llamados así, porque producen una corriente eléctrica o
electrónica que tiene una forma de onda variable o corriente alterna con
características definidas. Esta señal, como ya lo mencionamos, debe simular
o reproducir un tipo de onda similar a la que se encuentra en las aplicaciones
reales.
