USO DE INSTRUMENTOS DEL LABORATORIO. Objetivo general. Objetivos específicos. Materiales y equipo. Introducción Teórica

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1 Electrónica I. Guía 1 1 USO DE INSTRUMENTOS DEL LABORATORIO Objetivo general Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Electrónica I. Lugar de ejecución: Fundamentos Generales, aula 3.21 (Edificio 3, 2da planta). Utilizar de forma adecuada los diferentes recursos que se encuentran en el laboratorio de Fundamentos generales aplicando lineamientos de seguridad industrial y ocupacional. Objetivos específicos Utilizar de forma adecuada el equipo e instrumentos de medición que se encuentran ubicados en el módulo PU-2000, aplicando lineamientos de seguridad industrial y ocupacional. Construir de forma adecuada los 3 circuitos que se le pide implementar en el procedimiento de esta práctica, aplicando en esto lineamientos de seguridad industrial y ocupacional. Determinar la validez de la información obtenida con los instrumentos de medición, de manera que pueda discriminar cuales son útiles y cuáles no lo son. Materiales y equipo 1 Unidad PU-2000 con PU Osciloscopio de doble trazo. 1 Par de puntas de osciloscopio. 1 Par de puntas para el multímetro. 4 Cables conectores de 2 mm para el módulo PU Breadboard. 1 Resistor de 120Ω. 2 Resistores de 5.1kΩ. 2 Resistor de 1MΩ. 1 Resistor de 15MΩ. 1 Pinza. 1 Cortadora de alambre. Alambre de telefonía. Introducción Teórica En la práctica de la ingeniería es frecuente que el profesional se vea en la necesidad de utilizar diferentes equipos de prueba, de medición o manuales técnicos. El correcto uso de estos recursos garantiza en primer lugar la seguridad eléctrica de quien usa el equipo, de las personas a su alrededor y del equipo mismo que se está manipulando; en segundo lugar le permite hacer pruebas útiles y tomar mediciones correctas, que lo lleven a tomar decisiones efectivas en su práctica.

2 2 Electrónica I. Guía 1 En esta actividad de laboratorio se manipularán varios equipos como: fuentes de alimentación, generadores de señales, multímetros digitales y osciloscopio. Este último es uno de los equipos más útiles y versátiles que puede encontrar en un típico laboratorio del área electrónica. Es posible que algunos de los instrumentos que se utilizarán ya sean conocidos de cursos anteriores, eso es una ventaja, pero si tiene dudas es mejor hacer las preguntas que considere convenientes antes de llevarse una sorpresa. Para terminar recuerde que una de las reglas más importantes en este campo es Piense antes de actuar. Unas de las preguntas que frecuentemente debe hacerse son Esta es la forma correcta de conectar este equipo? y es lógica la lectura que estoy obteniendo en este instrumento? Mantenga en mente estas ideas en las actividades de laboratorio. PU-2000 La unidad de instrumentación PU-2200 ha sido diseñada específicamente para ser usada con el entrenador por computadora del sistema DEGEM. Posee cuatro partes principales: 1. Multímetro Digital. 2. Fuentes de voltaje. 3. Frecuencímetro. 4. Generador de señales: Senoidal, Triangular y Cuadrada. 19 Figura 1: Unidad de Instrumentación PU Cada uno de los controles que posee la unidad de instrumentación se muestran en la figura 1: 1. Exhibidor (pantalla) que se muestra la medida de la frecuencia o período de la señal en prueba. 2. Pulsador para verificar el buen estado de los exhibidores (test). 3. Pulsador de Reset del frecuencímetro. 4. Selecciona si se va a medir una señal externa o interna que proviene del Generador de Señales.

3 Electrónica I. Guía Selecciona entre medición de frecuencia ó periodo. 6. Selecciona el rango de conteo y la resolución (número decimales del resultado). 7. Entrada externa, se puede utilizar un conector de tipo BNC o conector recto de 2 mm (banana - barra). 8. Salida pequeña de amplitud del generador de señales. 9. Selección entre formas de onda: Senoidal, Triangular y Cuadrada. 10. Selecciona el rango de frecuencia. 11. Ajusta la frecuencia. 12. Ajusta la amplitud de la señal generada. 13. Ajusta el nivel de corriente directa (DC) de la señal. 14. Salida grande de amplitud del generador de señales. 15. Tierra común (la referencia es igual en todas las conexiones que indique tierra). 16. Salida de nivel digital 0 y 5 V. (Salida TTL). 17. Fuentes de alimentación fijas de: +5Vdc, +12Vdc y -12Vdc. 18. DMM - Multímetro Digital. 19. Tierra Común. MULTIMETRO El tester o multímetro es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones - voltajes) o/y pasivas como resistencias, capacitancias, inductancias, continuidad y otras. Figura 2: Multímetro. BREADBOARD La Breadboard es una herramienta de mucha utilidad para las personas que se dedican a la electrónica. Sirve para poder armar pequeñas aplicaciones y poder ver su funcionamiento sin todavía desarrollar el circuito impreso. La forma de las conexiones internas sobre una Breadboard, permiten al usuario jugar con una variedad de posibles conexiones de un circuito electrónico. Las conexiones internas son como se muestran en la figura 3, aunque algunas podrían tener una variante en las conexiones de los dos filas superiores e inferiores, ya que podrían estar ó no unidas internamente.

4 4 Electrónica I. Guía 1 Figura 3: Breadboard. Figura 4: Código de colores para Resistores. OSCILOSCOPIO Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa el tiempo y el eje Y (vertical) representa tensiones / voltajes. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. El osciloscopio utilizado en el laboratorio será un HAMEG HM203-7, las funciones de cada control se describen a continuación:

5 Figura 5: Osciloscopio HAMEG HM Electrónica I. Guía 1 5

6 6 Electrónica I. Guía 1 Procedimiento PARTE I: USO DEL MULTIMETRO Y LA BREADBOARD 1. Verifique que todos los controles, tanto del módulo PU-2000 como del PU-2200, están ajustados en la posición mínima o están desactivados. 2. Para medir la resistencia eléctrica se requiere de la parte del multímetro denominada Óhmetro, el valor de la medición es en ohmios y se representa por la letra griega omega mayúscula (Ω). Para medir la resistencia eléctrica se debe conectar el multímetro en paralelo y sin ninguna conexión de fuente de poder, es decir que la resistencia debe estar en circuito abierto o desconectada de la fuente o circuito de alimentación. 3. Mida los valores de los resistores que se le han proporcionado y anótelos en la Tabla 1, en la columna etiquetada valor medido. Adicionalmente tome nota de los colores que tiene impreso cada resistor 1. NOTA: En el caso que tenga varios componentes con los mismos colores solo tome los datos de uno de ellos. Resistencia Color Banda 1 Color Banda 2 Color Banda 3 Color Banda 4 Color Banda 5 Tabla 1. Utilización del código de colores. Valor Teórico Valor medido 4. Utilizando el Multímetro ajuste la fuente PS-1 a 10.0V. 5. Usando la Breadboard y los resistores de 5.1 kω, implemente el circuito que se observa en la Figura 6. 1 Revise la guía 3: Utilización de software QUCS, parte IV.

7 Electrónica I. Guía 1 7 Figura 6: Primer circuito. 6. Mida la corriente total que circula por los elementos del circuito así como las caídas de tensión en los dos resistores. Anote los datos en la primera fila de la Tabla Cambie los resistores del circuito por los de 1 MΩ y repita las mediciones. Anote sus mediciones en la Tabla 2. NOTA: Al completar los datos de la Tabla 2 solicite a su instructor que verifique sean correctos. RESISTOR VR1 VR2 ITOTAL R = 5.1 k R = 1.0 M Tabla 2. Mediciones eléctricas del circuito del figura 6. PARTE II: USO DEL MULTIMETRO Y EL GENERADOR DE SEÑALES DE AUDIO 8. Ubique el Generador de Señales de Audio en el PU Verifique que el control DC OFFSET esté desactivado (OFF) y el control AMPLITUD esté al mínimo. 10. Ajuste el Generador de Señales de Audio para entregar una onda senoidal de 60Hz, realizando los siguientes ajustes: Seleccione una onda senoidal con el interruptor WAVE FORMS (Punto 9 de la figura 1). Coloque la perilla RANGE en el rango de frecuencias de Hz (Punto 10 de la figura 1). Sitúe la perilla VERNIER (Punto 11 de la figura 1) hasta tener un ajuste igual a 60 Hz. NOTA: Usted podrá ver el valor de la frecuencia en los displays del contador que está arriba del generador, siempre y cuando la perilla FUNCTION este en FREQ, la perilla DISPLAY INDICATION en la posición INTERNAL AUDIO GEN y el interruptor RANGE este en 1, arriba de los displays dice que las unidades en las que se ve la frecuencia está en KHz por lo que usted debe ajustar a Khz (60Hz). 11. Ajuste la amplitud (Punto 12 de la figura 1) de salida del Generador de Señales de Audio para obtener 5.0 V RMS. En esta situación el Generador está operando sin carga. NOTA: Utilice los bornes de salida etiquetados con los nombres HI y COMMON. 12. Conecte el circuito de la Figura 7, usando el resistor de 1 MΩ. 13. Mida la diferencia de potencial en los extremos del resistor, y anote la medición en la respectiva casilla de la Tabla Repita el paso anterior para los otros valores de resistores que se le indican en la Tabla 3. NOTA: Al completar los datos de la Tabla 3 solicite a su instructor que verifique sean correctos.

8 8 Electrónica I. Guía 1 Figura 7: Segundo circuito. Voltaje Salida Hi (alta) Resistores Sin carga 1MΩ 5.1KΩ 120Ω 5.0 V Tabla 3. Mediciones eléctricas del circuito de la figura 7. PARTE III: USO DEL OSCILOSCOPIO DE DOBLE TRAZO 15. Ubique el osciloscopio de doble trazo que se encuentra en su mesa de trabajo (Ver figura 5). 16. Realice la calibración inicial del osciloscopio para poder utilizarlo correctamente: Verifique que ninguno de los botones del osciloscopio se encuentre presionado. Revise que las perillas sobrepuestas (sub-perilla central) de TIME/DIV y VOLTS/DIV (de ambos canales) estén giradas totalmente hacia la derecha. Encienda el osciloscopio, presione el botón rojo de la parte superior a la derecha de la pantalla. Conecte las puntas del osciloscopio a los conectores BNC de la parte inferior del osciloscopio. Sitúe las perillas X-POS y Y-POS I, estén giradas a la mitad de su rotación, visualice adicionalmente el trazo horizontal que se desplaza en la pantalla del osciloscopio hasta dejarlo sobre la parte media de la pantalla (Referencia de voltaje). Conecte el extremo de medición positivo (punta color rojo) del canal I, al conector CAL 2V debajo de la pantalla del osciloscopio. Mueva la perilla TIME/DIV a la posición de 0.5 ms/div. Mueva la perilla VOLTS/DIV del canal I (lado izquierdo) a la posición de 1 V/div Verifique la señal visualizada en la pantalla del osciloscopio sea una señal de 2 Vpp a 1 KHz. Presione el botón CH I/II (TRIG I/II) de la parte inferior del osciloscopio. Repita los seis puntos anteriores para el canal 2 del osciloscopio. NOTA: Si tiene alguna duda o dificultad consulte con su docente de laboratorio. 17. En el INPUT CH I ajuste el control AC-DC-GD (acople) en AC y la referencia de voltaje en el centro de la pantalla. 18. Usando INPUT CH I, conecte el osciloscopio al generador de señales (PU-2200). Corrobore que el Generador de Señales de Audio aun proporciona 5.0 V RMS y 60 Hz, sin carga. 19. Para la señal que observa determine el valor pico, el valor pico a pico y el período. VPICO = VP-P = Período = (mseg)

9 Electrónica I. Guía Ajuste el generador para proporcionar una onda senoidal de 1.0 Vp y 1kHz. Asegúrese que el control de DC OFFSET este en OFF. 21. Muestre la señal obtenida a su docente de laboratorio para que corrobore que es una buena imagen de la señal observada. 22. Dibuje la onda observada en la figura 8 (a). NOTA: La onda que observa debería ser simétrica con el eje del tiempo lo que indica que es una onda de corriente alterna. Figura 8: (a) Onda senoidal de 1 khz sin OFFSET (b) Onda senoidal de 1 khz con OFFSET de 1.0V 23. Para la onda que observa determine el valor máximo, el mínimo, valor pico, pico a pico y el período. Anote sus resultados en la primera fila de la Tabla 4. (1ª medición). Medición VMAX VMIN VPICO VP-P Período 1ª 2ª Tabla 4. Mediciones a partir de los oscilogramas de la figura Anote los datos de voltaje anteriores en la figura 8 (a) y además indique la posición de la referencia de voltaje que está utilizando. 25. Ajuste la amplitud de la señal al mínimo. 26. En el PU-2200 active el control DC OFFSET y colóquelo en el punto central. 27. Describa lo que observó en la pantalla del osciloscopio al hacer el ajuste anterior. 28. Cambie el acople del CH I a DC y ajuste la señal hasta tener +1.0 V de DC. 29. Cambie el acople del CH I a AC y ajuste la amplitud hasta tener 1.0 Vp (como lo hizo en el paso 20). 30. Cambie el acople del CH I a DC. 31. Muestre la imagen a su instructor de laboratorio para que corrobore que es correcta.

10 1 0 Electrónica I. Guía Dibuje la onda observada en la Figura 8 (b). La onda que observa es de corriente alterna o de corriente directa? 33. Repita las mediciones que hizo con la primera señal (paso 23) y anótelos en la Tabla 4 (2ª medición). 34. Anote los datos de voltaje anteriores en la figura 8 (b) y además indique la posición de la referencia de voltaje. Que está utilizando. Análisis de Resultados 1. Complete la información que se le solicita en la Tabla 1. Esta información es numérica, no de tipo textual. 2. En la Tabla 1 tiene valores de los resistores, tanto teóricos como experimentales son aceptables para usted?, Cuál es el criterio que aplico? 3. Analice el primer circuito que implementó y determine el voltaje en cada elemento y la corriente total del circuito (para los dos casos). Recuerde que durante la práctica usted pidió a su instructor que verificara que sus lecturas eran correctas, por tanto sus cálculos deben coincidir con bastante precisión respecto a los experimentales. 4. Analice el segundo circuito que implementó y determine el voltaje en la carga (para los casos planteados). Recuerde que durante la práctica usted pidió a su instructor que verificara que sus lecturas eran correctas, por tanto sus cálculos deben coincidir con bastante precisión respecto a los experimentales. 5. En base a los datos del paso 23 y la información de la Tabla 4, calcule la frecuencia de las respectivas señales. 6. Compare los datos anteriores con el tomado en el frecuencímetro del equipo. Si hay discrepancias explique el motivo. 7. En el paso 32 se le pregunto por el tipo de onda que estaba observando. Justifique con razones técnicas (o científicas) su respuesta. 8. Cuál es la función del control ACOPLE del osciloscopio y en base a lo anterior interprete las observaciones que realizó en el osciloscopio a partir del paso 28 del procedimiento cuando se le pidió cambiar el tipo de acople. V RMS = 1 T t 0 +T v t 2 dt V PROM = 1 t 0 T t 0 +T v t t 0 dt 9. Calcule como están relacionados el valor pico con el RMS y PROM para las siguientes señales. Onda senoidal. Onda triangulo. Onda cuadrada. Pulso. Onda rectificada senoidal (media onda). Onda rectificada senoidal (como onda completa). Investigación Complementaria 1. Muestre a su instructor funcionando un circuito sumador de señales analógicas basado en resistores y generadores o fuentes, al que le aplicamos las señales de un PU-2000.

11 Electrónica I. Guía 1 11 v1_1 v2_1 Circuito 2 u2_6 Figura 9: Diagrama de bloques para el ejercicio 1. a) Señal 1 de entrada: seno de 2.0 Vp, 1 khz, offset de 0v (v1_1). b) Señal 2 de entrada: -12Vdc (v2_1). c) Como resultado debe obtenerse una señal u2_6. A: v1_ V V V V V 0.000ms 1.000ms 2.000ms 3.000ms 4.000ms 5.000ms Figura 10: Señal de salida (u2_6) para ejercicio Dado el oscilograma en acople XY (figura 11) al conectar el canal 2 (B) y el canal 1 (A); y el circuito de la figura 12, conectado a un generador de funciones (V1) con señal triangular, determine la corriente del circuito para cuando el punto mostrado en la grafica. Para la prueba de esta medición de corriente se conectará el circuito a una fuente de voltaje DC, con magnitud previamente establecida con el estudiante. Figura 11: Figura de Lissajous, oscilograma de respuesta del circuito de la figura 12.

12 1 2 Electrónica I. Guía 1 V1 B R1 1.2k A 1.62ms R2 330 Figura 12: Señal de entrada 1 (v1_1) para ejercicio 2. Bibliografía Hayt, W. Kemmely, J. Análisis de circuitos en ingeniería, séptima edición, MCGRAW HILL Boylestad, R - Nashelsky, L, Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos, octava edición. PRENTICE HALL