10 1 Ejercicios sobre Electrotecnia - Parte 2

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PROBLEMAS SOBRE MEDICIONES ELECTRÓNICAS 
Parte II 
OSCILOSCOPIO 
7-1. ¿Cuáles son los bloques principales de un osciloscopio y qué hace cada uno? 
 7-2. ¿Cuáles son los componentes principales de un tubo de rayos catódicos? 
7-3. ¿Cómo se enfoca el haz de electrones en un punto fino sobre la pantalla del tubo de rayos catódicos? 
7-4. ¿Qué efecto tiene incrementar la velocidad de escritura de un osciloscopio en la sensibilidad de deflexión al aumentar el 
potencial de aceleración? 
7-5. ¿Cuánto voltaje se requiere entre las dos placas de deflexión separadas 1 cm para deflectar el haz de electrones 10 si la 
longitud efectiva de las placas de deflexión es de 2 cm . y el potencial de aceleración es 1 000 V? 
7-6. ¿Cuál es la velocidad de los electrones que se han acelerado mediante un potencial de 2000 V? 
7·7. ¿Por qué los voltajes de aceleración del tubo de rayos catódicos están ajustados de modo que las placas de detlexión 
estén cercanas a un potencial de tierra? 
7-8. ¿Cómo es el eje vertical de un osciloscopio detlectado? ¿Cuál es la diferencia del eje horizontal? 
7-9. ¿Qué es la compensación de la punta de prueba del osciloscopio? ¿Cómo se ajusta? ¿Qué 
efectos se presentan cuando la compensación no se ajusta correctamente? 
7·10. ¿Por qué se utiliza la punta de prueba con atenuador? 
7-11. ¿Por qué se usa la línea de retardo en la sección vertical del osciloscopio? 
7-12. ¿Cuáles son las ventajas del trazo doble sobre el haz doble para osciloscopios de trazo múltiple? 
7·13. ¿Cómo es el barrido alternado comparado con el barrido de muestreo? ¿Cuándo se escoge un método u otro? 
7·14. ¿Qué es el barrido retardado? ¿Cuándo se utiliza? 
7-15. ¿Cuáles son las ventajas de utilizar puntas de prueba activas de ·voltaje? 
7-16. ¿Cómo son los efectos de corriente directa sobre la densidad de flujo de la punta de prueba de corriente minimizada? 
7-17. ¿Cuál es la relación entre el periodo de una onda y su frecuencia? ¿Cómo se utiliza el osciloscopio para determinar 
frecuencias? 
7-18. ¿En qué difiere el osciloscopio digital de almacenamiento del osciloscopio convencional de almacenamiento que utiliza un 
tubo de rayos catódicos de almacenamiento? ¿Cuáles son las ventajas de cada uno? 
7-19. ¿Cómo el osciloscopio de muestreo incrementa aparentemente la respuesta en frecuencia de un osciloscopio? 
7-20. ¿Qué precauciones se deben tomar cuando se utiliza un osciloscopio de muestreo? 
 
 
 
 
 
MEDICIONES CON PUENTES 
5·1. La resistencia patrón de la rama del puente (figura P5-1) tiene un rango de 0 a 100 Ω con una resolución de 
0.001 Ω. El galvanómetro tiene una resistencia interna de 100 Ω Y se pueden leer 0.5μ.A. Cuando la resistencia 
desconocida es de 50 Ω, ¿cuál es la resolución del puente expresada en ohms y en porcentaje de la resistencia 
desconocida? 
 
 
5-2. Las ramas de relación del puente Kelvin de la figura son de 100 Ω cada una. El galvanómetro tiene una 
resistencia interna de 500 Ω Y una sensibilidad de corriente de 200 mm/μA. La, resistencia desconocida Rx= 0.l002 
Ω y la resistencia patrón se fija al valor de 0.1000 Ω. Una corriente de,10 A pasa, a través de las resistencias 
patrón y desconocidas de una batería de 2,2, V en serie con un reóstato. La resistencia de, contactos Ry se puede 
despreciar. Calcúlese a.)deflexión del galvanómetro. Y b) resistencia (de desbalance) requerida para producir una 
deflexión 1mm en el galvanómetro. 
 
5-3. Las ramas de relación de un, puente Kelvin con de 1000 Ω cada una .El galvanómetro tiene una resistencia 
interna de 100 Ω Y una .sensibilidad de corriente de 500 mm/μA. ".Una corriente cd de'10 A pasa por las rama 
patrón y desconocida desde, una batería. de 2.2 V en serie con un reóstato. La: resistencia patrón se coloca a 
0.1000 Ω y la deflexión 
del galvanómetro es de 30 mm. Despreciando la resistencia de contactos Ry • determínese el valor de la 
desconocida. " . 
5-4. Un puente de ca en equilibrio tiene las siguientes constantes: rama AB, R=2000 Ω en paralelo con 
C, = 0.047μF; rama BC. R = 1 000 Ω en serie con C = 0.47μF; rama CD. Desconocida; rama: DA,C =0.5μF". La 
frecuencia del oscilador es de 1000 Hz. Determínese las constantes de lá rama CD. 
5.5. Un puente se equilibra a 1000Hz y tiene las siguientes constantes; rama AB. 0.2μF capacitancia pura; BC, 
500 Ω resistencia pura; CD, desconocida; DA, R = 300 Ω en paralelo con C = 0.1μF. Encuéntrense las 
constantes R, Co L de la rama CD, consideradas como un circuito serie. 
5-6. Un puente de 1000 Hz tiene las siguientes constantes: rama AB, R = 1 000 Ω en paralelo con C = 0.5 μF; BC, 
R=1 000 Ω en serie con C = 0.5μF; CD, L= 30mH en serie con R = 200 Ω . Encuéntrese las constantes de la rama 
DA para equilibrar el puente. Exprésese el resultado como una: R pura en serie con una L o C pura y también 
como una R pura en paralelo con una L o C pura. .. 
5-7.Un puente ca tiene en la rama AB con una capacitancia pura de 0.2 μF; en la BC ,una resistencia pura de 500 
Ω; en la CD, una: combinación en serie de R = 50 Ω Y L = 0.1 H. La rama DA consiste en un capacitor C=0.4μF 
en serie con un resistor variable Rs,. w = 5 000 rad/s. a) Determínese el valor de RS, para obtener el equilibrio del 
puente. b) ¿Se puede equilibrar con el ajuste de Rs? Si no, especifíquense la posición y el valor de una resistencia 
variable para lograr el equilibrio." 
5-8. Un puente ca tiene las siguientes constantes; rama AB, R = 1 000 Ω en paralelo con C = O.159μF; BC, R = 
1000 Ω; CD, R = 500 Ω; DA, C = 0.636μF en serie con una resistencia desconocida. Hállese la frecuencia a la cual 
este puente está en equilibri6 y determínese el valor de la resistencia en la rama DA para lograr dicho equilibrio. 
 
 
 
GENERACION DE SEÑALES 
8-1. ¿Cuál es la relación entre la frecuencia más alta y la más baja de un oscilador si se utiliza un capacitor variable de 50 a 
350 pF en el circuito sintonizado? 
8-2. ¿Cuántos inductores se requieren y qué valor deben tener para usarse con el oscilador descrito en el problema 8-1 a fin de 
cubrir el rango de frecuencias de 1 a 30 MHz? Los rangos de sintonización permiten algunos traslapes. 
8-3. Efectúense las siguientes conversiones: + 5 dBw a dBm; -60 dBw a dBm; + 56 dBm a dBw; + 13 dBm a volts; 2 Wa dBw; 1 
Va dBw; -120 dBm a 9 volts. 
8-4. ¿Cuánta potencia disipa un atenuador de 50Ω Y 6-dB, si se alimenta de un generador de 50Ω con 10 W y se termina con 
50Ω? ¿Cuánta potencia se transmite a la carga? 
 8-5. ¿Cuáles Son los valores del resistor requerido para un atenuador de 50Ω Y 10 dB? 
8-6. Con las técnicas expuestas en este capítulo, determínese la fórmula para obtener los valores del resistor para el circuito T 
de la figura PB-6. 
 
 
 
8-7. ¿Cuánta atenuación se debe obtener de un atenuador tipo pistón si el diámetro del cilindro es de 2 cm y la distancia entre 
los circuitos es de 5 cm? 
8-8. ¿Un diodo PIN puede ser un atenuador adecuado a audiofrecuencias? ¿Por~ué? 
8-9. ¿Qué se necesita para tener un aislamiento entre la salida del generador de señal y el oscilador en un generador de señal 
básico? ¿En qué forma se puede realizar esto? 
8-10. ¿Por qué se coloca un atenuador fijo entre el atenuador pistón yel oscilador de un generador de seftal? 
8·11. ¿Cuál es la frecuencia de referencia máxima de un circuito fijador de fase (PLL) que abarca un rango de frecuencia de 20 
a 40 MHz en pasos de 10 kHz? 
8-12. ¿Cuáles son algunas de las ventajas de utilizar síntesis directa en lugar de síritesis indirecta? 
 8-13. Sin utilizar el oscilador de barrido para abarcar más de una octava, ¿cuál es la frecuencia mínima del oscilador de 
barrido que se puede operar en un generador de barrido que abarca de O a 30 MHz? 
8-14. ¿Cuál es la frecuencia de resoI\ancia de un circuito puente de Wien si sus resistencias son de 100 kΩ y los capacitores 
son de 0.1 μF? 
ANALISIS DE SEÑAL9·1. ¿Cuál es el rango dinámico de un analizador de espectro si el nivel de ruido en la pantalla es igual a -80 dBm y dos 
señales de -10 dBm producen productos de intermodulación de tercer orden que aparecen justamente arriba del ruido? 
9·2. ¿Cuál es la resolución de un analizador de espectro que utiliza un filtro de Fl con un ancho de banda de 30 kHz a 3 dB? 
9·3. ¿Cuál es la máxima velocidad de barrido en kilohertz por segundo que puede ser usada con un analizador de espectro sin 
introducir distorsión con un filtro gaussiano de 3-kHz? 
 9·4. Una sola banda lateral está en amplitud modulada con sólo una banda lateral y sin portadora. ¿Cómo debería aparecer 
esta modulación en la pantalla del analizador de espectro? 
9·5. ¿Cómo serían los productos de intermodulación de tercer relativos orden a la entrada de un dispositivo si se aplicaron dos 
señales de - 10 dBm al dispositivo con un punto de intercepción de tercer orden de + 15 dBm? 
9·6. ¿Cuál es el rango dinámico de un analizador de espectro con un ancho de banda de 30-kHz a 3-dB, una figura de ruido de 
15 dB, Y un punto de intercepción de tercer orden de + 25 dBm? 
9·7. ¿En qué afecta colocar un atenuador fijo adelante en un analizador de espectro a) en el punto de intercepción de tercer 
orden; b) el rango dinámico; e) el coeficiente de ruido? 
 9·8. ¿Qué rango de frecuencia se cubre con un analizador de espectro si se tiene una primera Fl de, 2050 MHz y una entrada 
de O a 1 000 MHz con un mezclado armónico cercano a la tercera armónica? 
9-9. ¿Cuáles son la frecuencia y resolución máximas para un analizador utilizando una ventana de 1.5 s y una velocidad de 
muestreo de loo-kHz? 
9·10. Compárese el tiempo de barrido de O Hz a 100 kHz sin pérdidas de exploración con un filtro de 100-Hz; con el tiempo 
mínimo requerido para muestrear el mismo rango de frecuencia con un analizador TFR. 
CONTADOR DE FRECUENCIA 
10-1. ¿Qué tiempo mínimo de compuerta requiere un contador de frecuencia que mide una frecuencia desconocida hasta de 1 
Hz por medio de medición de frecuencia en lugar del periodo? 
10-2. ¿A qué exactitud puede un contador de frecuencia determinar una frecuencia desconocida de 450 kHz, utilizando una 
base de tiempo de l-s y una exactitud en la base de tiempo de 0.01 por ciento? 
10-3. ¿Cuántas pantallas (décadas totales) tendrá un contador de frecuentia si su exactitud y resolución son de 0.001 por 
ciento? .• 
10-4. Si la base de tiempo interna de un contador de frecuencia es de 10 000 MHz, ¿qué rango de frecuencia se mide mejor con 
una medición de periodo, y qué rango de frecuencia se mide mejor por medio de una medición de frecuencia convencional? 
10.5 ¿Qué efectos tiene la adición de un módulo preescalador fijado en un contador de frecuencia en la 
exactitud,resolucion,etc. 
10.6¿queé método sirve para incrementar el rango de frecuencia de un contador de frecuencia? ¿Cómo lograr lo anterior sin 
degradar la exactitud del contador? 
10.7¿Qué problemas se vinculan con la medición de señales de pulsadas? 
TRANSDUCTORES 
11-1. Nómbrense cuatro tipos de transductores de presión eléctricos y descríbase una aplicación para cada tipo. 
11-2. ¿En qué condiciones se emplea una galga extensiométrica "falsa", y cuál es la función de ésta'? 
11-3. ¿Cual es la diferencia entre una celda fotoemisiva, una fotoconductiva y una fotovoltaica'? Indíquese una aplicación para 
cada una. 
11-4. Una galga extensiométrica de resistencia con un factor de galga de 2.4 se monta en una viga de acero cuyo módulo de 
elasticidad de 2 x 10
6
 kg/cm'. La galga extensiométrica tiene una resistencia sin tensíón de 120.0 n, la cual se incrementa a 
120.1 n cuando la viga es sometida a un esfuerzo. Calcúlese el esfuerzo en el punto donde se montó la galga. 
11-5. La resistencia sin tensión de cada uno de los cuatro elementos de una galga extensiométrica desolada de la figura 11-4 
es 120 n. La galga extensiométrica tiene un factor de galga de 3 y está sujeta a una tensión (∆l/l) de 0.0001. Si el indicador es 
un voltímetro de alta impedancia, calcúlese la lectura de este voltímetro para un voltaje de la batería de 10 V. 
11-6. El transformador diferencial variable lineal (L VDT) de la figura 13-8 produce una salida de 2 V rms para un 
desplazamiento de 50 x 10-
6
 cm. Calcúlese la sensibilidad del LVDT en ¡LV /mm. La salida de 2-V del LVDT se lee en un 
voltímetro de 5-V que tiene una escala con 100 divisiones. En la escala se pueden leer hasta 0.2 divisíones. Calcúlese la 
resolución del instrumento en términos del desplazamíento en pulgadas.