UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA I

LABORATORIO: “MEDICIÓN DE VOLTAJE AC + FILTROS ACITVOS.”

Grupo de laboratorio: 01

Catedrático: Ing. José Ramos López.

Alumnos: Carnet:

Br. Ramos Silva, Georgina Alejandra RS10007

Br. Valle Torres, Armando José VT10002

Lunes 19 de Mayo de 2014

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LABORATORIO: “MEDICIÓN DE VOLTAJE AC”.

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LABORATORIO: MEDICIÓN DE VOLTAJE AC.

RESUMEN:

En el laboratorio: “Medición de voltaje AC” se pretende analizar las características y las

aplicaciones para cada uno de los circuitos que en la práctica se construirán. En el presente

laboratorio se ha diseñado e implementado como primer experimento un circuito de valor

absoluto conformado de dos etapas una que consiste en un circuito rectificador mejorado y

la otra un amplificador inversor. Como segundo experimento se ha diseñado un circuito de

valor promedio el cual opera a 120 Hz, tomando como base el circuito de valor absoluto en

el experimento anterior, así también se construyo la etapa de valor eficaz. Los resultados

obtenidos serán analizados, simulados en TINA y serán mostrados por imágenes obtenidas

en el procedimiento.

EQUIPO Y MATERIALES UTILIZADOS:

Lista de materiales y equipo utilizados para la elaboración y prueba de los circuitos

realizados en la práctica de laboratorio:

Equipo:

Osciloscopio Agilent DSO1012A ,100 MHz:

Generador de señales Agilent 33210a 100 MHZ.

Protoboard.

Multitester digital.

Materiales:

Amp-Op: LF356 (3).

Diodos: 1N914 (2).

Resistencias: 5kΩ (1), 10kΩ (4), 60kΩ.

Capacitor: 2.2uf

INTRODUCCIÓN:

Por medición de voltaje AC se entiende la medición de valor eficaz. La conversión de AC a

DC, es de suma importancia y es evidente en uno de los dispositivos de medición más

utilizados como lo es un tester, ya que dichos dispositivos no pueden realizar mediciones de

señales que varían con el tiempo.

El desarrollo de la práctica pretende analizar cada una de las aplicaciones de los circuitos

construidos: circuito de valor absoluto y circuito de valor promedio. Se analizaron cada

uno de los circuitos así también se realizara una simulación en TINA.

No habiendo más que agregar, se ha preparado el siguiente reporte.

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LABORATORIO: “MEDICIÓN DE VOLTAJE AC”.

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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.-

EXPERIMENTO 1: Valor Absoluto.

Introducción: El circuito de valor absoluto, es un circuito que proporciona una tensión de

salida positiva proporcional al valor absoluto de la entrada; de manera más específica

podemos decir que el circuito transmite una polaridad de la señal de entrada (positiva) y

invierte la otra (negativa).

Descripción del circuito: El circuito de valor absoluto implementado en el laboratorio se

puede presenta en la figura 1. Este circuito consta de dos etapas la primera es un

rectificador de precisión mejorado y la segunda etapa es un amplificador inversor del cual

se tomara la salida del circuito.

Figura 1: Circuito de Valor Absoluto.

Los valores seleccionados fueron de: R= 10 KΩ, por lo tanto el valor correspondiente de

R/2= 5KΩ. Los amplificadores operacionales utilizados han sido los LF356 y los diodos

han sido del tipo 1N914.

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Resultados Obtenidos: Como se puede observar en la Figura 1.3, el circuito de valor

absoluto invierte los semiciclos negativos de una señal senoidal de entrada, como era de

esperarse.

Figura 1.2: Circuito construido: Valor absoluto.

Figura 1.3: Resultados de laboratorio del circuito de valor absoluto.

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Simulación: Se ha utilizado TINA para realizar la correspondiente simulación.

Figura 1.3: Circuito de Valor Absoluto simulado en TINA.

Figura 1.4: Resultados en simulación en TINA.

Discusión: El circuito de valor absoluto posee una rectificación superior a la de otras

configuraciones, en la que no se observa a la salida la caída de 0.7 v de los diodos, lo cual

se debe a que los dos diodos forma parte del lazo de retroalimentación, este tipo de circuito

es ideal para ser utilizado como base de un circuito de valor promedio. Los resultados

experimentales y de simulaciones son los esperados en este experimento.

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EXPERIMENTO 2: Valor Promedio y Valor eficaz.

Introducción: El circuito de valor promedio, y el circuito de valor eficaz (RMS), se pueden

construir simplemente agregando una extensión al circuito desarrollado anteriormente. El

resultado obtenido por estos circuitos es de gran utilidad en nuestro campo de estudio, ya

que son maneras muy fáciles y baratas de obtener el valor promedio y el valor eficaz de una

señal senoidal. Sin embargo, no se obtienen mediciones de gran precisión, para ellos se

tienen que aplicar otros métodos.

Descripción del circuito: El circuito armado se implemento con una atenuación de 40dB a

120 HZ.

Primeramente veremos el circuito de valor promedio. Para construir este circuito

le agregamos una extensión al circuito mostrado en la figura 1.5. Esta extensión

es un simple filtro RC

Figura 1.5 Filtro RC

Calculamos los valores de los elementos R y C del filtro de la siguiente manera:

Para el cálculo tomamos en cuenta la siguiente condición:

𝑅 ∗ 𝐶 ≫1

2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐹

Y conociendo la ecuación

𝐹𝑐 =1

2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐶 ∗ 𝑅

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Sabemos que la Fc= frecuencia de corte se da una década atrás, es decir a 1.2Hz.

Y tomamos un valor de c=2.2uF.

𝑅 =1

2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐶 ∗ 𝐹𝑐=

1

2 ∗ 𝜋 ∗ 100𝑛𝐹 ∗ 1.2𝐻𝑧 = 60.29𝐾 Ω

El circuito completo se muestra a continuación:

Figura 1.6: Circuito de valor promedio.

Figura 1.7: Circuito de valor promedio armado en el laboratorio.

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Ahora veremos el circuito para obtener un valor RMS aproximado.

Para esto, al circuito mostrado en la figura 1.3 le agregamos otra etapa con un amplificador

operacional extra.

Figura 1.8: Etapa adicional para obtener un valor RMS.

Para obtener un valor Vrms:

𝑅2

𝑅1 = 0.11

Gv = 1 + 𝑅2

𝑅1 = 1 + 0.11 GV = 1.11

Entonces el valor de las resistencias es: R2 = 43.kΩ

R1 = 39kΩ

El circuito completo se muestra a continuación:

Figura 1.9: Circuito de valor RMS.

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Figura 1.10: Circuito de valor RMS armado en el laboratorio.

Resultados Obtenidos:

*Para el circuito de valor promedio.

Figura 1.11: Resultado de laboratorio circuito de valor promedio

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Simulación: El resultado de la simulación para el circuito del valor promedio es el

siguiente:

Figura 1.12: Resultado simulado. Circuito de valor promedio.

Al inyectar una señal de 120Hz de frecuencia y 1V de amplitud, podemos observar los

valores obtenidos en el laboratorio y simulación, estos son Vprom= 640mV y

Vprom=633mV respectivamente.

El valor ideal de este circuito esta dado por:

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =2

𝑇∗ 𝑉𝑖𝑛 ∗ 𝑠𝑒𝑛(

2𝜋

𝑇

𝑇2

0

𝑡)𝑑𝑡

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =2

𝑇∗ 1 ∗ 𝑠𝑒𝑛(

2𝜋

𝑇

𝑇2

0

𝑡)𝑑𝑡

𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎 = 𝟔𝟑𝟔.𝟔 𝒎𝑽

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Resultados Obtenidos:

*Para el circuito RMS

Figura 1.13: Resultado de Laboratorio Circuito RMS.

Simulación: El resultado de la simulación para el circuito del valor rms es el siguiente:

Figura 1.14: Resultado Simulado Circuito RMS.

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Al inyectar una señal de 120Hz de frecuencia y 1V de amplitud, podemos observar los

valores obtenidos en el laboratorio y simulación, estos son Vrms= 800mV y

Vprom=710mV respectivamente.

El valor ideal de este circuito esta dado por:

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑖𝑛 ∗1

2

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 1 ∗1

2

𝑽𝒓𝒎𝒔 = 𝟕𝟎𝟕𝒎𝑽

Discusión: Como en la mayoría de circuitos, los circuitos de medición de valor promedio y

rms no son ideales, por lo que nos presentan valores aproximados del valor que queremos

conocer, sin embargo los valores obtenidos son muy útiles, ya que no difieren en gran

manera con los obtenidos teóricamente.

Hay que tomar en cuenta las condiciones para construir el circuito de la mejor manera

posible, como son los valores de atenuación, frecuencia, resistencia y capacitancia en el

filtro, ya que este afecta ambos circuitos discutidos en este experimento.

También se tiene que tomar en cuenta el tipo de amplificador operacional que se

implementara, ya que este influye enormemente en el circuito.

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CONCLUSIONES.-

En base al conocimiento adquirido con la investigación teórica y su correspondiente

aplicación práctica, se llegaron a las siguientes conclusiones:

Los circuitos construidos anteriormente, tienen la principal ventaja que son circuitos

de fácil construcción, aplicación y de bajo costo. Sin embargo, estos circuitos solo

miden los aproximados de los valores que deseamos ver; es decir, que no son tan

precisos como otros circuitos de mayor complejidad.

Se debe valorar que tan importante es la precisión de la medición en una prueba. Si

queremos solo una medición burda de la respuesta del sistema, podemos utilizar

estos circuitos de fácil implementación. Pero si la prueba es más delicada, tenemos

que usar un circuito de mayor precisión para las mediciones.

Al agregar un simple filtro al circuito de valor absoluto podemos obtener un circuito

de valor promedio, y al agregar un amplificador a este último podemos obtener un

circuito de medición de rms. Esto reafirma la facilidad de implementación y

versatilidad de los rectificadores de precisión

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BIBLIOGRAFÍA.-

Sedra, Adel y Smith, Kenneth. Circuitos Microelectrónicos, Quinta edición.

McGraw-Hill Interamericana, 2006.

https://www.egr.msu.edu/eceshop/Parts_Inventory/datasheets/1n914%20diode.p

df

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ANEXOS.-

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