Memoria de practicas: Espectros con el osciloscopio y suma de dos
Introducción y objetivos
El objetivo de esta practica es iniciarse en el manejo del osciloscopio y del generador de señales, así como medir con precisión la frecuencia, la tensión, el desfase y otros parámetros de las señales. En este caso, la ejecución ha copado la totalidad de la practica, dado que solamente se han realizado mediciones.
Lista de materiales
- Generador de impulsos HP 33120A
- Osciloscopio Tektronix TDS210
- Cable coaxial BNC
- Adaptador BNC en T
- Cables de alimentación
Para el apartado de señal continua:
- Fuente de alimentación Promax FAC363B
- Conversor BNC
- Cableado
Ejecución
A la hora de ejecutar la practica uno de los requisitos consistía en no reproducir en la memoria la vista del oscilador. Por ello, todas las imágenes de esta memoria son simuladas por ordenador y sin usar ningún osciloscopio virtual.
Sinusoidal
En primer lugar, hemos generado una onda sinusoidal de 1KHz de frecuencia y 2V de amplitud (de pico a pico). Esta onda tiene un periodo de 1ms y una tensión efectiva de 0.7V.
Al observar el espectro de la onda, podemos ver claramente que la energía se concentra en 1KHz.
El ancho de banda necesario para transmitir esta onda seria 1KHz.
Cuadrada
Posteriormente, generamos una onda con 1KHz de frecuencia y 2V de amplitud (de pico a pico), pero esta vez de forma cuadrada. Esta onda tiene 1ms de periodo, y 1V de tensión efectiva, dado que en ningún momento su valor es 0.
Al visualizar el espectro de esta señal observamos que la energía no solo se concentra en la frecuencia original, sino también en los múltiplos de esta. A estos múltiplos se les llama armónicos, y se producen cuando la forma de la onda no es sinusoidal. En este caso encontramos energía en todos los armónicos.
El ancho de banda necesario para esta onda es de 125KHz, dado que en las mediciones a partir de ese valor la energía era prácticamente igual al ruido de fondo.
Triangular
A continuación, generamos una onda triangular de 1khz de frecuencia y 2V de amplitud (de pico a pico). Esta onda tiene una tensión efectiva de 0.58V y un periodo de 1ms.
En este caso también observamos que existen armónicos de la frecuencia original. Sin embargo, los armónicos pares (2f, 4f, 6f...) tienen una mucha menor intensidad que los armónicos impares (f, 3f, 5f...). Esto se debe a la forma de la onda que estamos visualizando.
El ancho de banda de esta onda seria de 25kHz.
Ruido
La próxima onda que generamos es ruido blanco. Por las limitaciones propias del generador de funciones, solo podemos generar ruido con 1.68V de amplitud (de pico a pico).
Al visualizar el ruido blanco en frecuencia observamos que tiene energía en todas las frecuencias sin excepción.
Podemos considerar que el ancho de banda del ruido blanco es cualquier porción del espectro que escojamos, dado que en todos los intervalos del espectro se representa fielmente la señal.
Continua
La siguiente es una señal continua de 1V de amplitud. Se escogió esa amplitud para poder comparar mas fácilmente esta onda con el resto, dado que las demás, salvo cuando el generador no lo permitía, tenían una amplitud de pico de 1V (2V de pico a pico). Ademas, por sencillez a la hora de realizar esta medición, optamos por generar la señal con la fuente de alimentación.
En la representación del espectro podemos ver claramente que la mayoría de la energía se concentra en los 0Hz. De hecho, podemos definir una señal continua como una onda con oscilación nula.
El ancho de banda que necesitaremos para transmitir esta señal es de 0Hz, aunque en la practica deberemos de cubrir algo mas del espectro para poder emitir correctamente la señal.
Desfase
Para terminar las mediciones con un solo generador, configuramos una señal de 4V de amplitud (de pico a pico) y 1kHz de frecuencia. Ademas, esta señal tiene 1V de desfase. El desfase (u offset) es una magnitud que nos permite sumar en ambos sentidos una señal continua a la onda que estamos generando. Así, podemos cambiar su comportamiento, haciendo que nunca sea negativa, que siempre lo sea, que este mas tiempo en sentido negativo que en positivo, etc. El voltaje efectivo de esta onda es de 1.78V y su periodo de 1ms.
Aunque en esta representación del espectro se aprecia con cierta dificultad, podemos ver que ademas de energía en el kilohercio, encontramos energia en 0kHz, lo que nos indica que existe, ademas de la onda sinusoidal, una señal continua.
El ancho de banda necesario para transmitir esta señal es de 1kHz.
Suma de dos osciloscopios
En esta ultima medición conectamos dos generadores de frecuencias. En primer lugar, conectamos un generador a cada canal del osciloscopio, para visualizar la diferencia entre las señales que estábamos generando. Generamos dos señales, una de 2V de amplitud (de pico a pico) y 800Hz de frecuencia; y otra de 1.5V de amplitud (de pico a pico) y 1700Hz de frecuencia. Posteriormente, los unimos con una T al canal 1, para visualizarlos en tiempo y en frecuencia.
Al visualizar el espectro de la señal vemos claramente las dos frecuencias que componen esta suma.
El ancho de banda necesario para transmitir el sumatorio seria de 1700Hz, dado que es la frecuencia mas alta.
Cuestiones
¿Que pasa si metes una sinusoidal como la primera y pones 9V de amplitud (de pico a pico)?
Si ponemos una sinusoidal de 1kHz y aumentamos la amplitud (podemos incrementarla incluso hasta los 20V), visualizando el espectro de la señal podremos apreciar como aparece el rpimer armonico. Esto se debe a que, al llegar el generador al maximo, se deforma levemente la onda. Esa pequeña deformacion, en terminos de frecuencia, se traduce en energia en el primer multiplo de la frecuencia original.
Si tienes un canal (un cable) con ancho de banda de 30 kHz y tienes que mandar todas estas señales que has estudiado ... ¿Cómo se recibirán la sinusoidal, la triangular y la cuadrada? Intenta dibujarlo (a grandes rasgos) ¿Cuál es la que se "deforma" más? ¿Por qué?
Todas las frecuencias menores de 30kHz pasarán por el cable, las superiores no pasarán. Esto hace que la señal sinusoidal conserve su forma, y las señales cuadrada y triangular se deformen como se aprecia en la imagen de la derecha. La onda que mas se deforma es la cuadrada, dado que es la que tiene cambios mas bruscos, que en frecuencia se representa con energia en frecuencias mas altas.
¿Cómo sería el espectro triangular de 3 kHz?
¿Porque es imprescindible trabajar en el dominio de las frecuencias para diferenciar dos señales?
Porque visualizando la señal en el dominio del tiempo es muy difícil deducir que frecuencias conforman esa señal. En el dominio de las frecuencias, sin embargo, se distinguen claramente.
¿Que diferencias hay entre medir con un cable BNC y una sonda?
A pesar de no haber realizado mediciones con la sonda en esta practica, en una practica paralela si hemos realizado dichas mediciones. En el caso concreto de la sonda que podemos encontrar en clase, la Tektronix P6112, atenua la señal 10 veces, por lo que tenemos que ajustar el osciloscopio para visulizar las medidas correctas.
