Práctica 2. Introducción a la instrumentación de laboratorio I. Fuentes de tensión y polímetro

Transcripción

1 Práctica 2 Introducción a la instrumentación de laboratorio I Fuentes de tensión y polímetro 1 Objetivos El objetivo principal de esta práctica es familiarizarse con el funcionamiento de parte del instrumental de un puesto básico de laboratorio de electrónica. En concreto el siguiente: Fuente de tensión continua Polímetro (voltímetro, amperímetro y ohmímetro) Por otra parte, se identificarán algunos componentes básicos tales como resistencias y placas de pruebas y se utilizará el cálculo del punto de operación (.OP) en el simulador. 2 Conocimientos previos 2.1 Placa de pruebas En primer lugar el alumno conocerá la placa de pruebas o placa de inserción donde se montan los distintos circuitos electrónicos para realizar las correspondientes medidas. Una placa de pruebas es un soporte que tiene como misión alojar componentes y conectarlos entre sí de forma temporal. Para ello, sobre la placa se dispone una matriz de perforaciones conectadas eléctricamente entre sí por la parte posterior, mediante un raíl conductor. Esto permite realizar circuitos con componentes electrónicos y conectarlos a instrumentos externos mediante cables para comprobar su funcionamiento. Existe gran variedad de placas de pruebas, de diferentes tamaños y modos de conexión. Figura 1: Placa de prueba real y diferentes esquemas eléctricos de conexión interior.

2 2.2 Dispositivos básicos Resistencias: Las resistencias relacionan la tensión entre sus terminales con la corriente que circula entre ellos a través de una ecuación lineal. v = R i Las resistencias se pueden encontrar en diferentes formatos, según la máxima potencia que puedan disipar (1/8 w, 1/4 w ), el tipo de material con el que están hechas (metálicas, grafito ) o su encapsulado (de inserción, montaje superficial ). Las resistencias más comunes que se manejan están recubiertas por una serie de barras de colores, las cuales indican el valor aproximado del valor óhmico de la misma. Para leer el valor de la resistencia se deberá utilizar el código de colores que se adjunta en la Tabla 1, siendo el procedimiento el siguiente: a) Identificar la banda de tolerancias, que en general será de color oro o color plata. b) Colocar la resistencia en la forma que aparece en la figura. c) En esta posición el valor de la resistencia se obtiene mediante la expresión: R = [x,y] 10 z ± tolerancia 1ª 2ª 3ª Tolerancia Color 1ª 2ª Mult. Tolerancia Plata -2 10% Oro -1 5% Negro 0 0 Marrón % Rojo % Naranja Amarillo Verde Azul Violeta 7 7 Gris 8 8 Blanco 9 9 Tabla 1: Código de colores de una resistencia.

3 Condensadores: Los condensadores son dispositivos almacenadores de carga que relacionan la tensión entre sus terminales con la corriente que los atraviesa según una ecuación diferencial. I = C dv dt Igual que en el caso de las resistencias, existen diferentes formatos en los que se pueden encontrar un condensador, dependiendo de la tecnología con la que están fabricados (polímeros, papel, electrolíticos ), su capacidad o su encapsulado (de inserción, montaje superficial ). El valor de la capacidad de un condensador suele estar impreso en el exterior de su carcasa. En electrónica es común encontrarse condensadores discretos con valores típicos dentro de un rango que va desde los nf (10-9 F) hasta los F (10-6 F). 2.3 Instrumental de laboratorio Se va a proceder a dar una breve explicación del uso correcto de los distintos instrumentos que componen cada puesto del laboratorio. A pesar de que se hable de los modelos específicos que se encuentran en el laboratorio, esta introducción puede extenderse a otros, ya que todos tienen básicamente las mismas funciones y el alumno sólo tendría que localizar, en el modelo al que se enfrente, los mandos aquí explicados. Fuente de tensión continua: Una fuente de tensión ideal suministra una tensión determinada independientemente de la corriente que suministre. Las fuentes reales, como las utilizadas en el laboratorio, tienen una limitación en la corriente que pueden ceder. Cuando se intenta superar este límite, la fuente responde bajando la tensión que presenta entre los terminales de salida o bornas. Figura 2: Símbolo eléctrico. Figura 3: Frontal de una fuente triple de tensión HM8040.

4 En la Figura 2 se muestra el símbolo eléctrico que representa este tipo de fuentes, así como el frontal de una fuente de laboratorio. La HM se corresponde con una fuente triple de tensión que proporciona dos salidas en tensión variables entre 0 y 20 V, y una salida fija de 5 V. En la figura se pueden distinguir los siguientes elementos: 1 y 7.- Conmutadores para mostrar la tensión o la corriente de salida de las fuentes variables de la izquierda y de la derecha respectivamente. 2 y 6: Displays donde se muestran los valores de tensión o corriente de las fuentes variables de la izquierda y de la derecha respectivamente. 3 y 5: Indicador luminoso de selección de voltios (V) o miliamperios (ma), fusible electrónico activado (F) o corriente límite alcanzada (I max) para cada una de las fuentes variables. 4: Conmutador de encendido/apagado (ON/OFF). 8 y 12: Regulador de tensión de salida (entre 0 y 20 V) de las fuentes variables de la izquierda y de la derecha respectivamente. 9 y 13: Bornas positiva (roja) y negativa (negra) de las fuentes variables de la izquierda y de la derecha respectivamente. 10 y 14: Regulador de la corriente máxima de salida (entre 0 y 0,5 A) de las fuentes variables de la izquierda y de la derecha respectivamente. 11: positiva (roja) y negativa (negra) de la fuente fija de 5 V. La utilización de una fuente de tensión continua requiere seguir el siguiente procedimiento: a) Seleccionar aquella fuente que sea capaz de suministrar la tensión y corriente máxima que requiere nuestro circuito. b) Asegurarse de que el conmutador 4 de encendido de la fuente está apagado (LED apagado). c) Conectar dos cables con terminaciones banana-cocodrilo a los terminales de la fuente. Uno rojo en el terminal positivo y uno negro en el negativo. Los otros extremos de los cables se conectan a los puntos del circuito donde se quiera aplicar la tensión. d) Regular la tensión y corriente de salida a los valores deseados. e) Pulsar el conmutador 4 de encendido (LED encendido), de forma que aparezca la tensión en los terminales de la fuente. Polímetro o multímetro: Es un instrumento que permite la medida de tensiones, corrientes y valores de resistencias. La elección de la medida a realizar afecta al conexionado de los cables entre el aparato y el circuito a medir. La Figura 4 muestra el frontal del polímetro HM8012, usado en el laboratorio. Se puede distinguir varias zonas; - Las bornas para la conexión de los cables de medida. - El display donde se pueden leer las medias efectuadas. - La zona de control y selección de opciones, compuesta por pulsadores, conmutadores e indicadores luminosos tipo LEDs.

5 Figura 4: Frontal de un polímetro HM8012. Con más detalle se pueden distinguir los siguientes componentes: 1.- Display de 5 dígitos. 4, 5, 7 y 9.- Bornas de conexión de cables de medidas. 11 y 12.- Selector de rango de medidas. 14 y 15.- Modo automático de medidas Indicador de función del polímetro seleccionada con las teclas 18 y Selector de modos DC (medidas de valores en continua) o AC (medida de valores RMS). 18 y 19.- Flechas de selección de funciones. La utilización del polímetro requiere seguir el siguiente procedimiento: a) Conectar dos cables con terminaciones en punta en las bornas correspondientes del aparato. El cable negro se conecta a un terminal común, mientras que para el rojo hay dos opciones disponibles, según se quiera medir tensiones/resistencias o corrientes. b) Seleccionar el modo de la medida (Voltímetro, Amperímetro o Ohmímetro) pulsando el selector 18 o 19. c) Conectar los otros extremos de los cables al circuito. Nuevamente hay dos opciones; si se ha elegido el modo corriente, habrá que abrir el circuito para insertar los cables de medida en serie, mientras que si se ha elegido el modo tensión/resistencia habrá que conectarlos en paralelo a la parte del circuito que se quiere medir. La medida de la resistencia debe realizarse sin tensión. d) Ajustar el rango de medida con el selector 11 o 12 hasta conseguir la máxima precisión. 3 Realización de la práctica El proceso que se seguirá en esta práctica es el siguiente: 1. Pregunta previa de control 2. Utilización del ohmímetro.

6 2.1. Identificación de 3 resistencias a partir del código de colores. Para ello se debe seguir el procedimiento descrito en el apartado 2.2 (resistencias) del enunciado de la práctica. Indicar los colores de cada dígito, el valor teórico resultante y el rango posible de valores reales teniendo en cuenta el porcentaje de tolerancia de la resistencia Medida individual con el polímetro. Seleccionar el rango adecuado para obtener la mayor precisión de la medida. Medir el valor de cada resistencia. Compararlos con la lectura del código de colores y comprobar que están dentro de la tolerancia teórica calculada Cálculo de la resistencia equivalente del circuito de la Figura 5 mediante agrupación en serie o paralelo de resistencias, utilizando los valores teóricos del apartado Montaje del circuito resistivo y medida de la resistencia equivalente con el polímetro. Montar en la placa de pruebas la red resistiva mostrada en la Figura 5. Seguir el procedimiento descrito en el apartado 2.3 (polímetro) del enunciado de la práctica. 3. Utilización de la fuente de tensión continua y el voltímetro Cálculo de tensiones de cada una de las resistencias del circuito de la Figura Simulación en el entorno Microcap del punto de operación de la red de resistencias de la Figura 6. Para ello, dibujar el circuito en el entorno Microcap y salvarlo en un archivo p2f2_***_g%.cir, donde *** serán las iniciales de sus dos apellidos y el nombre, y % el número del grupo al cual pertenece. Realizar un análisis.op del circuito. Analizar los resultados de la simulación incluidos en el archivo p2f2_***_g%.tno y obtener los valores de tensión de cada una de las resistencias Medida de las tensiones de cada una de las resistencias en la placa de pruebas. Montar el circuito mostrado en la Figura 6 en una placa de pruebas. Medir el valor de tensión de cada una de las resistencias Simulación en el entorno Microcap del punto de operación de la red RC de la Figura 7. Para ello, dibujar el circuito en el entorno Microcap y salvarlo en un archivo p2f3_***_g%.cir, donde *** serán las iniciales de sus dos apellidos y el nombre, y % el número del grupo al cual pertenece. Realizar un análisis.op del circuito. Analizar los resultados de la simulación incluidos en el archivo p2f3_***_g%.tno y obtener los valores de tensión de la resistencia y el condensador Medida de las tensiones de una red RC en la placa de pruebas. Montar el circuito mostrado en la Figura 7 en una placa de pruebas. Medir el valor de tensión de la resistencia y el condensador. Figura 5: Red resistiva. Figura 6: Red resistiva y tensión continua. Figura 7: Red RC y tensión continua.