CUSO TALLE ACTIIDAD 3 POTOBOAD MULTÍMETO MEDICIÓN DE OLTAJES Y COIENTES DE COIENTE DIECTA FUENTE DE OLTAJE DE COIENTE DIECTA Como su nombre lo dice, una fuente de voltaje de corriente directa (C.D) es un equipo capaz de suministrar un voltaje de corriente directa constante con una capacidad de corriente específica. La fuente de voltaje de corriente directa que se va a utilizar en el laboratorio, se muestra en la figura 1. Esta tiene dos fuentes separadas con capacidad de 5 amperios cada una. Las dos fuentes se pueden conectar de forma independiente, en serie, en paralelo o como fuente dual, dependiendo de cómo estén los interruptores ubicados en el panel frontal. Figura 1.- Fuente de voltaje de corriente directa. Toda fuente de voltaje tiene una resistencia interna, como se muestra en la figura 2. Figura 2.- esistencia interna de una fuente de voltaje de CD. Aplicando, divisor de voltaje se puede escribir OUT SOUCE L i L 1
Es común que la resistencia interna de una fuente o batería sea muy pequeña. De esta ecuación se observa que si la resistencia interna es muy pequeña, comparada con la resistencia de carga, es despreciable y prácticamente el voltaje de salida es el mismo voltaje de la fuente. Si la resistencia interna no es tan pequeña comparada con la resistencia de carga, el voltaje de salida es menor y se dice que el voltaje se cae. En una fuente de CD siempre se debe especificar la capacidad de corriente además del voltaje en sus terminales. Una buena alternativa para obtener un voltaje de CD a partir de AC si no se cuenta con una fuente, es un adaptador de voltaje como el que se muestra en la figura 3. Son típicos los adaptadores de corriente a 5 y 12 voltios con capacidades de corriente entre 700 miliamperios y 1.2 amperios como máximo. Figura 3. Adaptador de voltaje Una fuente dual es una fuente que puede entregar tanto voltajes positivos como negativos. Este tipo de fuentes es muy utilizada en la alimentación de amplificadores operacionales. La fuente que se muestra en la figura 1, tiene dos fuentes duales. En la figura 4 se muestra como se implementa una fuente dual con pilas Figura 4. Conexiones para implementar una fuente de voltaje de C.D con pilas 2
MEDICIÓN DE OLTAJES DE COIENTE DIECTA. El instrumento para medir voltajes se llama voltímetro. En la figura 5 se muestra el símbolo que se usa para representar la conexión de un voltímetro en la medición de voltajes en un circuito. Figura 5. Símbolo de voltímetro Todo voltímetro tiene una resistencia interna. Se asume que la resistencia interna de un voltímetro ideal es infinita (un circuito abierto). En un voltímetro real la resistencia interna ya no es infinita y 12 generalmente es muy grande, del orden de 10 y se representa en paralelo con el símbolo de voltímetro como se muestra en la figura 6. Figura 6. oltímetro ideal y voltímetro real Un voltímetro se conecta en paralelo con el elemento al que se le va a medir el voltaje, de tal manera que indique la diferencia de potencial entre los terminales de dicho elemento. En la figura 7, se muestra la forma en que se conecta en paralelo el voltímetro para cada uno de los casos en que se va a medir el voltaje en 1, 2 y 3. Figura 7. Conexión del voltímetro para medición de voltaje en 1, 2 y 3 Para medir voltajes de C.D. es importante tener en cuenta la polaridad en el momento de conectar el voltímetro. El + (la punta roja) del voltímetro va al punto de mayor potencial y el (la punta negra) del voltímetro va al punto de menor potencial, como se muestra en la figura 8. Si las puntas se conectan al contrario, en la lectura aparece un signo menos indicando un voltaje con polaridad contraria. 3
Figura 8. Polaridades al medir voltajes de C.D. POCEDIMIENTO PAA LA MEDICIÓN DE OLTAJES DE COIENTE DIECTA. Teniendo como referencia la figura 9, los pasos para la medición de voltajes en corriente directa CD, son: Figura 9. Modos, escalas y borneras en el panel frontal de un mutímetro. 1. Insertar las puntas de prueba del voltímetro en los terminales correspondientes: - punta negra siempre en COM - punta roja en / 4
2. Seleccionar el modo. En este caso el modo es voltios de CD. En el multímetro este modo se selecciona ubicando la perilla selectora en el rango indicado por el símbolo de la figura 10. Figura 10. Modo de voltios de CD. 3. Seleccionar el rango o la escala. Para seleccionar la escala se debe iniciar en el máximo rango y luego ir pasando a escalas más bajas y así tener una lectura más aproximada. Por seguridad, siempre hay que empezar por un rango alto, para ir bajando y así obtener mayor precisión. Si el valor del voltaje a medir supera la escala máxima elegida, se indicará 1 en el lado izquierdo del display del voltímetro. En caso de error, no es tan crítico conectar un voltímetro en serie para realizar la medida de voltaje, ya que el voltímetro tiene una resistencia interna muy grande. Debe evitarse al máximo conectarlo un voltímetro en serie. 4. Conectar el voltímetro en paralelo con el elemento al que se le va a realizar la medida de voltaje. Como la conexión del voltímetro se hace en paralelo, no es necesario desconectar la fuente de voltaje que alimenta el circuito para realizar la medida. 5. erificar que el voltímetro quedó conectado con la polaridad apropiada. ealizar la medida y anotar el valor del voltaje leído. MAGNITUDES Y ESCALAS O ANGOS DE OLTAJE EN CD La figura 11 muestra los posibles valores a elegir en el modo de voltaje de DC. Por ejemplo, donde indica 200m el máximo voltaje a medir es 200 mili-voltios (0.2 ). Figura 11.- Modo voltaje en DC En general un voltímetro digital estándar tiene los siguientes rangos para medir voltajes, tanto en A.C. como en D.C.: 200 m- 2-20 200-1000. Estos valores pueden cambiar de un voltímetro a otro. 5
MEDICIÓN DE COIENTES DE COIENTE DIECTA. El instrumento para medir corrientes se llama amperímetro. En la figura 12 se muestra el símbolo que se usa para representar la conexión de un amperímetro en la medición de corrientes en un circuito. Figura 12. Símbolo de amperímetro Todo amperímetro tiene una resistencia interna. La resistencia interna de un amperímetro ideal es cero (un corto circuito). En un amperímetro real la resistencia interna ya no es cero y generalmente es muy pequeña, del orden de unidades de ohmios y se representa en serie con el símbolo de amperímetro como se muestra en la figura 13. Figura 13. Amperímetro ideal y amperímetro real Un amperímetro se conecta en serie con el elemento al que se le va a medir la corriente, de tal manera que dicha corriente pase a través del amperímetro. En la figura 14, se muestra la forma en que se conecta en serie el amperímetro para cada uno de los casos en que se va a medir la corriente en 1, 2 y 3. Figura 14. Conexión del amperímetro para medición de corriente en 1, 2 y 3 Para medir corrientes de C.D. es importante tener en cuenta la polaridad en el momento de conectar el amperímetro. El + (la punta roja) del amperímetro va al punto por el cual entra la corriente y el (la punta negra) del amperímetro va al punto por el cual sale la corriente, como se muestra en la figura 15. Si las puntas se conectan al contrario, en la lectura aparece un signo menos indicando una corriente con dirección contraria. 6
Figura 15. Cómo conectar las puntas del amperímetro al medir corrientes de C.D. POCEDIMIENTO PAA LA MEDICIÓN DE COIENTES DE COIENTE DIECTA. Para medir una corriente en un circuito que esté energizado, se procede de la siguiente manera: 1. Insertar las puntas de prueba del amperímetro en los terminales correspondientes: - punta negra siempre en COM - punta roja en ma Mucho cuidado con las conexiones de las puntas de prueba en el amperímetro cuando se vaya a medir corriente, ya que se conectan diferentes que cuando se van a medir voltajes. El mayor daño y más frecuente, causado en estos medidores se ocasiona al tratar de medir voltajes con las puntas de prueba en los terminales para medir corrientes. Hacer esto, equivale a conectar un amperímetro en paralelo, y como el amperímetro tiene una resistencia tan pequeña, una gran corriente circula por el amperímetro con el riesgo que se queme. 2. Seleccionar el modo. En este caso el modo es amperios de CD. En el multímetro este modo se selecciona ubicando la perilla selectora en el rango indicado por el símbolo de la figura 16. Figura 16. Modo de amperios de CD. Si el valor de la corriente a medir supera la máxima escala disponible en ma, se debe insertar la punta roja en el terminal marcado 20 A ma x como que se muestra en la figura 17. Figura 17. Para medir corrientes de CD hasta 20 amperios. 7
3. Seleccionar el rango o la escala. Para seleccionar la escala se debe iniciar en el máximo rango y luego ir pasando a escalas más bajas y así tener una lectura más aproximada. Por seguridad, siempre hay que empezar por un rango alto, para ir bajando y así obtener mayor precisión. Si el valor de la corriente a medir supera la escala máxima elegida, se corre el riesgo que se queme el fusible interno de protección del amperímetro. Si esto llega a suceder se debe cambiar dicho fusible para poder seguir midiendo corrientes. Para la medición de una corriente de valor desconocido, siempre hay que empezar por la máxima escala, para ir bajando y así obtener una mejor medida. 4. Des-energizar el circuito. 5. Interrumpir el circuito en la rama del elemento al cual se le va a medir la corriente. 6. Conectar el amperímetro en serie con el elemento al cual se le va a medir la corriente cerrando nuevamente la continuidad en el circuito. 7. Asegurarse que el amperímetro quedó bien conectado con la polaridad apropiada. 8. Energizar el circuito y realizar la medida. Ir disminuyendo la escala si es necesario, hasta realizar una lectura apropiada. Anote el valor de la corriente. 9. Después de realizar la lectura del valor de la corriente, se procede a desconectar el amperímetro. Des-energizar el circuito y desconectar el amperímetro. 10. olver a unir el circuito en la rama que antes se hizo la interrupción. 11. Energizar de nuevo el circuito para dejarlo operando como estaba inicialmente. MAGNITUDES Y ESCALAS O ANGOS DE COIENTE EN CD La figura 18 muestra los posibles valores a elegir en la escala corriente de DC. Estos valores son típicos pero dependen de cada multímetro. Figura 18. Modo corriente en DC Por ejemplo, donde indica 200m que la máxima corriente a medir en mili-amperios es 200 miliamperios (0.2 A). En general un amperímetro digital estándar tiene los siguientes rangos para medir corrientes, tanto en A.C. como en D.C.: 200 ma - 20 ma 2mA. Estos valores pueden cambiar de un amperímetro a otro. La mayor escala en amperios es 20 con capacidad máxima hasta es 20 amperios. 8
MEDICIÓN DE ESISTENCIA EN CALIENTE Una forma práctica para conseguir el valor de una resistencia haciendo medidas, es medir el voltaje entre los terminales y la corriente que pasa a través de la resistencia que se desea saber su valor. Conocidos el voltaje y la corriente se aplica la Ley de Ohm para calcular la resistencia Puente de Wheatstone Un circuito muy preciso, utilizado para medir resistencias por el método de cero es el que usa el puente conocido como puente de Wheatstone, cuya configuración se muestra en la figura 19. I Figura 19. Puente de Wheatstone Consta de cuatro resistencias 1, 2, x y y dispuestas según los lados de un cuadrilátero en una de cuyas diagonales se ubica un amperímetro muy sensible y en la otra la fuente de alimentación. Se dice que el puente está en equilibrio cuando por la rama del amperímetro no circula corriente (por eso se denomina el método de cero ). El puente de Wheatstone, también se puede presentar de la forma indicada en la figura 20. Figura 20. Puente de Wheatstone para medir resistencias 1, 2, y y son conocidas. 1 y 2 son fijas, y es variable y x es la resistencia cuyo valor se desea medir. ariando y hasta llevar el puente al equilibrio, se consigue que x = y y por lo tanto que la diferencia de tensión entre x y y, xy sea igual a cero y por lo tanto que la corriente a través del amperímetro sea cero. 9
Considerando el puente en equilibrio, y aplicando divisor de voltaje, se pueden escribir las ecuaciones X f X f Y Y 1 X 2 Y Con el puente en equilibrio emplazando las expresiones anteriores X Y 1 f X X 2 f Y Y Finalmente X ( Y ) Y ( 1 2 X ) 2 X 1 Y En la práctica, es común elegir 2 y así, con x desconocida, basta variar y hasta que la corriente por el amperímetro sea cero, Cuando esto sucede, el valor de x será igual a y. 1 Documento editado por: docente Ing. Iván Mora Documento revisado por el docente: Ing. Álvaro Ospina 10