Informe Practica 1.docx

PRACTICA DE LABORATORIO 1: RUIDO ELÉCTRICO

JUAN CAMILO ACEVEDO

1156173

ALEJANDRO CUERVO

Fecha de entrega: 1-09-2018

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA ELECTRÓNICA CALI, SEPTIEMBRE 2018

PREINFORME

1. Calcular por series de Fourier los valores de los seis primeros armónicos de una onda cuadrada de 200mVpp y una frecuencia de 2MHz 𝑇 −100, − <𝑡<0 𝑓(𝑡) = { 2 100, 0 < 𝑡 < 𝑇/2 Como la función cuadrada es impar tenemos que: 𝑎𝑛 = 0 𝑎0 = 0 200 [1 − (−1)𝑛 ] 𝑏𝑛 = 𝑛𝜋 La serie de Fourier queda de la siguiente forma para los primeros seis armónicos: 𝑓(𝑡) =

400 1 [𝑠𝑒𝑛(2𝜋 ∗ 2 ∗ 106 ∗ 𝑡) + 𝑠𝑒𝑛(3 𝜋 3 1 𝑠𝑒𝑛(5 ∗ 2𝜋 ∗ 2 ∗ 106 ∗ 𝑡) + 5 1 𝑠𝑒𝑛(9 ∗ 2𝜋 ∗ 2 ∗ 106 ∗ 𝑡) + 9

∗ 2𝜋 ∗ 2 ∗ 106 ∗ 𝑡) + 1 𝑠𝑒𝑛(7 ∗ 2𝜋 ∗ 2 ∗ 106 ∗ 𝑡) + 7 1 𝑠𝑒𝑛(11 ∗ 2𝜋 ∗ 2 ∗ 106 ∗ 𝑡)] 11

2. Diseñe un filtro RC pasa-bajas con una frecuencia de corte de 10MHz y una impedancia de entrada del filtro mayor a 1000Ω para cualquier frecuencia de entrada. 3. Realice una pequeña investigación sobre la distorsión armónica total (THD) y como se determina matemáticamente La distorsión armónica es cuando a un sistema no lineal le introducimos una frecuencia de cualquier valor, a la salida tendremos esa misma frecuencia, pero con algunas alteraciones de amplitud y fase, además de esto la presencia de otras frecuencias conocidas como armónicos. ∑ 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑎𝑟𝑚ó𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠

La distorsión armónica es : 𝑇𝐻𝐷 = 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 4. Simule el circuito propuesto en la tercera parte

𝑃1+𝑃2+⋯+𝑃𝑛 𝑃0

TABLA DE CONTENIDO 1. Introducción 2. Descripción de los objetivos de laboratorio 3. Procedimiento

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RUIDO ELÉCTRICO 1. INTRODUCCIÓN El ruido eléctrico son todas aquellas señales de interferencia, de origen eléctrico, no deseadas y que se sumen a una señal principal, de manera que puede alterar y perjudicar la señal original. En las señales análogas el ruido es perjudicial cuando su amplitud es muy grande en proporción a la amplitud de la señal principal. En esta práctica de laboratorio se usarán elementos de medición para captar y observar una señal con sus primeros armónicos, se aplicarán filtros activos para eliminar algunos armónicos de la señal, se observará el ruido provocado por el calor aplicado sobre una resistencia, se explicará que es la distorsión armónica y se mostrara el ruido generado por los elementos no lineales de un circuito.

2. DESCRIPCIÓN DE LOS OBJETIVOS DEL LABORATORIO -

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Mostrar con un osciloscopio el ruido eléctrico presente en los circuitos electrónicos que son generados muchas veces por la red de alimentación doméstica, propiedades no lineales de los componentes y señales de otros dispositivos. Entender como es el funcionamiento de un analizador de espectro y de un medidor de campo eléctrico para poder observar señales eléctricas y sus armónicos. Medir los componentes espectrales de una señal de onda cuadrada, es decir, sus armónicos y la potencia de cada uno de estos.

3. PROCEDIMIENTO Primera parte. Segunda parte Se hizo uso del analizador de espectro para mostrar una onda cuadrada de amplitud de 2mVpp con una frecuencia de 2MHz, la cual es proporcionada por un generador de señales. Se ajusto la frecuencia central del analizador de espectro en 15Mhz con un Span de 30Mhz

Fig.2.1. Señal cuadrada vista en el analizador de espectro En la Fi.2.1 se pude a preciar la señal en su escala lineal y vemos que para una frecuencia de 2MHz la señal tiene 99.2 mV de amplitud.

Fig.2.2. Señal cuadrada escala logarítmica. En la fig.2.2 observamos la señal cuadrada pero ahora se encuentra en la escala logarítmica, vemos que para la frecuencia de 18Mhz (noveno armónico) su amplitud es de 13.46 Dbm. Armónico

dB(m) 1

Amplitud teórica Error porcentual amplitud Amplitud (mV) (mV) (mV) 45,6 99,2 127,3 22,07384132

3 32,6 25 42,44 41,0933082 5 24,8 9,8 25,46 61,50824823 7 19 4,1 18,18 77,44774477 9 13,5 1,52 14,14 89,25035361 Tabla 1: Resultados de mediciones en el analizador de espectro para la onda cuadrada y cálculos teóricos. En la tabla 1 se puede observar las amplitudes de los primeros 5 armónicos que componen la onda cuadrada. Se observan porcentajes de error muy alto a medida que aumenta el numero del armónico, esto pudo haber sido provocado por la forma de onda que proporciona el generador de señales, ya que a esta frecuencia tan alta este equipo no entrega una onda cuadrada perfecta, si no que contiene algunas curvaturas además de esto se puede ver en las fig.2.1 y fig.2.2 la presencia de armónicos pares. Ahora se conecto la señal cuadrada al filtro diseñado y se observó su comportamiento en el analizador de espectro.

Fig.2.3. Señal cuadrada con filtro pasa-bajas de 10MHz en escala lineal.

Fig.2.4. Señal cuadrada con filtro pasa-bajas de 10MHz en escala logarítmica. En las Fig.2.3 y Fig.2.4 se puede ver que el filtro no funciona de manera adecuada ya que no atenúa las frecuencias superiores a 10MHz, esto se debe a que se elaboro un filtro activo con el amplificador operación LF353, el cual no responde bien a frecuencias tan altas.

Armonico

Ampitud filtro dbm Amplitud filtro (mV) 1 41,3 62,9 3 15,7 3,1 5 4,1 1,4 7 3,7 0,7 9 3,4 1 Tabla 2: Respuesta de la señal cuadrada para el filtro pasa-bajas de 10MHz En la tabla 2 se pueden ver las amplitudes de los armónicos de la señal después de haber pasado por el filtro.

PREGUNTAS PARA CONTESTAR DURANTE LA PRÁCTICA 1. ¿Cuál es la mínima sensibilidad de los osciloscopios del laboratorio? R/ 2mV por división

2. Elabore un cuadro comparativo entre las mediciones efectuadas con los equipos y las realizadas en la simulación 3. Enumere 5 especificaciones técnicas que considere importantes de los equipos usados en la práctica. R/ - Impedancia de entrada - Sensibilidad - Ancho de banda - Acoplamiento de entrada - Canales

4. CONCLUSIONES Y LECCIONES APRENDIDAS 1. Los elementos no lineales de un circuito electrónico pueden provocar que nuestra señal se vea dañada si no trabajamos en la etapa mas lineal de estos dispositivos. 2. La respuesta en frecuencia de los dispositivos usados para tratar señales debe ser tenido en cuenta, ya que al no hacerlo podríamos dañar las señales a tratar.

5. REFERENCIAS 1. DISTORSIÓN ARMÓNICA En el texto: [2] Bibliografía: [2]"Distorsión armónica", Es.wikipedia.org, 2018. [Online]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Distorsi%C3%B3n_arm%C3%B3nica. [Accessed: 02Sep- 2018].