Práctica 1: Medidas Básicas e Instrumentación Objetivo: Familiarizarse con el uso del multímetro digital, breadboard, power suppy, osciloscopio y generador de señales que se encuentran en la mesa de su laboratorio. Repasar medidas de resistencia, voltaje, corriente, amplitud y frecuencia. Referencias: 1. Boylestad-Circuit Analyis-Cap. 2-4, 13. 2. Página del curso (http://mate.uprh.edu/~iramos/fisi3143.html): Apéndices Lab 1: Manuales instrumentos y Guía para leer código resistores. Preguntas de repaso: 1. Cuál es la función del multímetro digital, power supply, generador de señales, osciloscopio y breadboard? 2. Cuál es la diferencia entre el Ground y el Común? 3. Cómo se mide resistencia, voltaje y corriente a través de un componente? 1. Multímetro digital Figure 1: Multìmetro Digital Agilent 3401A El multímetro digital o DMM por sus siglas en inglés se utiliza para hacer medidas de FISI 3143-2011-I. Ramos 1
resistencia, voltaje, corriente y otras. Al utilizar el DMM (ver figura 1) se debe seleccionar el tipo de medida (AC, DC, V, I, Ω, etc.), rango (AUTOmático o MANual) y colocar las puntas de prueba en la salidas que corresponden a lo que se va a medir. Para medir resistencia y voltaje las puntas de prueba se conectan de forma paralela al componente. Para medir corriente las puntas de prueba se conectan en serie con el componente. Ver figura 2. Para medir resistencia el componente debe aislarse del resto del circuito. Figure 2: Medidad de resistencia, voltaje y corriente 2. Breadboard Figura 3: Breadboard El breadboard o panel de montaje se utiliza para construir circuitos eléctricos. El breadboard consiste de un panel de plástico con huecos que están interconectados. Al insertar componentes en los huecos se pueden construir circuitos. La forma en que están FISI 3143-2011-I. Ramos 2
conectados los huecos puede verse en la figura 3. Las líneas conocidas como buses están interconectadas de forma horizontal (de acuerdo a la figura). En los bloques del centro las líneas están conectadas de forma vertical. Buenas prácticas para el uso del breadboard: Al insertar componentes debe tener cuidado de no forzarlos para evitar que las conexiones internas se dañen. Coloque los componentes de forma compacta para reducir interferencias. Organice los circuitos de manera similar al diagrama y de ser posible use un código de colores para entender mejor su circuito (ej. rojo para energía y negro para ground). Esto le facilitará la detección de errores cuando los circuitos sean más complejos. Utilice los buses para conectar fuentes de voltaje y ground. Ejercicio 1: Utilice el DMM para medir la resistencia entre los huecos del breadboard y verifique que las conexiones están bién. Cómo? Las puntas de prueba se encuentran en el armario del laboratorio. Ejercicio 1: 2: Utilice Seleccione multímetro 3 resistores digital de carbón para del medir armario la resistencia del laboratorio. entre los Utilice huecos el del breadboard multímetro digital y verifique para las medir conexiones la resistencia entre éstos. de los Cómo? mismos Las y compare puentas con de el prueba valor se del encuentran código de colores. en el armario Vea enlace de laboratorio. en página del curso para lectura del código de colores. Están los valores medidos dentro del límite de tolerancia? 3. Común y Ground: El voltaje o diferencia de potencial siempre se mide con relación a dos puntos. El punto Común de un circuito es un punto de referencia con respecto al cuál se miden los voltajes. El Ground o conección a tierra es un punto que de alguna manera está conectado fisicamente a la tierra. El ground ofrece una medida de protección ya que provee una vía para que se descargue la corriente sin pasar por el cuerpo de la persona. En un circuito el punto común puede estar conectado a ground pero no necesariamente va a ser así. Una mala conexión común (o ground) o la ausencia de un punto común pueden producir ruido o errores en su circuito. En muchos circuitos se necesitará más de una conexión al común o ground. En este caso se utiliza uno de los buses wen el breadboard. 4. Power Supply El power supply que tenemos en el laboratorio (Agilent EE331A) provee energía eléctrica en forma de Voltaje Constante (CV), Corriente Constante (CC) y Voltaje Constante/ Corriente Constante (CV/CC). Nuestro power supply tiene tres salidas de + 6 V, +25 V y -25 V. Para aplicar voltaje a un circuito debe conectar las puntas de prueba en la salida FISI 3143-2011-I. Ramos 3
deseada, seleccionar la salida, tipo de energía (CV, etc) y ajustar el valor del voltaje a la cantidad deseada. Note que el power supply tiene una función para encender o apagar la salida (Output On/Off). Es conveniente mantener la salida en Off hasta que tenga el valor deseado. Figura 4: Power Supply Agilent E3631 Ejercicio 3: Conecte un par de puntas de prueba (se encuentran en el armario) en la salida de +6 V de su power supply. Seleccione la función CV y ajuste el voltaje de salida a 3.5 V. Conecte el DMM a la salida del power supply y verifique si el voltaje medido es 3.5 V. Repita para voltajes de 7.8 V y -12 V. Hay diferencias entre las lecturas? Ejercicio 4: Calcule la corriente (Ley de Ohm) si se aplica un voltaje de 10 V a cada uno de los resistores que utilizó en el ejercicio 2. Utilice los valores medidos de R para sus cómputos. Inserte cada resistor en el breadbord y aplique un voltaje de 10 V. Utilice el DMM para medir el voltaje y la corriente através del resistor. Cómo comparan los valores medidos con los calculados? 5. Osciloscopio El osciloscopio es un instrumento de gran utilidad en el laboratorio de electrónica ya que ofrece una gran cantidad de información sobre las señales eléctricas. La pantalla usualmente muestra una gráfica en dos dimensiones donde el eje vertical representa el voltaje y el eje horizontal representa el tiempo. Esta gráfica nos puede dar información sobre voltajes AC y DC en una señal y frecuencias de oscilación. Sirve para medir FISI 3143-2011-I. Ramos 4
diferencias de voltaje, frecuencia y fase entre dos señales. También nos permite detectar distorsiones en señales causadas por componentes dañados y ruido. Figure 5: Osciloscopio Agilent 54600B Panel Frontal: La figura 5 muestra una imagen del panel frontal del osciloscopio. Presionando los botones podrá accesar las funciones deseadas. Además de la pantalla, debe prestar atención a las Entradas para conectar las señales, Controles, Trigger (disparo de señal) y Measure. El estatus del oscilopio aparece en la parte superior de la pantalla y le ayudará a saber en que menú está su instrumento. Funcionamiento automático: El osciloscopio Agilent 54600B tiene dos canales y permite la entrada de dos señales independientes (Ver Entradas en la figura 5). Al conectar la señal y presionar Autoscale a la derecha de la pantalla, la señal se ajustará a la pantalla. Seleccionando los botones en Measure podrá obtener las medidas de amplitud, frecuencia, etc de su señal. Sin embargo, puede que su señal no se vea, esté distorsionada o las medidas no sean correctas. Los errores pueden deberse a varias razones y será dificil corregirlos a menos que usted conozca el funcionamiento del instrumento. Amplitud: Los controles verticales a la derecha de la pantalla nos permiten ajustar la posición vertical de la señal y el número de volts/div. La amplitud de una señal (se mide contando el número de divisiones verticales que ocupa y multiplicando por volts/div. Recuerde que la amplitud (o voltaje en este caso) de una señal AC se puede medir de varias formas: Vpp (voltaje de pico a pico), Vp ( voltaje de pico) y Vrms (voltaje root mean square ). Ver figura 6. Recuerde que al seleccionar Measure/Voltage los voltajes FISI 3143-2011-I. Ramos 5
aparecen en la pantalla. FISI 3143: Laboratorio de Electrónica I Figura 6: Voltajes y frecuencia en señal AC Tiempo: Los controles horizontales a la derecha del panel nos permiten ajustar la posición horizontal de la señal y cambiar la escala (volts/div). El período T de una señal se obtiene multiplicando el número de divisiones necesarias para completar un ciclo y se multiplica por el valor de time/div. La frecuencia es el recíproco del período. Utilizando Measure/Time puede obtener las medidas directamente en la pantalla. Diferencia de fase entre señales: Para medir diferencias de fase entre señales se conecta cada señal a uno de los canales y se produce una imagen como la que aparece en la figura 7 (Lissajous). Una vez que la señal esté centralizada, la diferencia de fase (θ) se obtiene de la expresión: sen = A B = C D. Figura 7: Diferencia de Fase FISI 3143-2011-I. Ramos 6
Cursores: Permiten hacer medidas de voltage y tiempo entre puntos identificados por los cursores. El botón para activación se encuentra en Measure. Ejercicio 5: Accese el manual del osciloscopio en la página del curso (mate.uprh.edu/ ~iramos /fisi3143.html). Siga las instrucciones de la página 1-7 a la página 1-16 para conectar correctamente una señal al osciloscopio. Utilice una de las señales AC en el panel dónde está colocado su breadboard para sus pruebas. Ejercicio 6: Siga las instrucciones en las páginas 2-3 a 2-5 del manual para aprender a utilizar la función Delayed Sweep. Ejercicio 7 o para el futuro: Si su señal muestra ruido aleatorio, éste puede de reducirse seleccionando High Frequency (HF) reject o noise reject. El primero añade un filtro low pass a su señal. El segundo aumenta la banda de histéresis de su trigger. 6. Generador de Ondas Figura 6: Generador de Ondas Agilent 33120A El Generador de Ondas Agilent 33120A suple señales AC de distintos tipos y frecuencias. La figura 8 muestra el panel frontal del generador de ondas. La conexiones de salida se encuentran en la parte inferior derecha del panel. La botones en Function permite seleccionar el tipo de señal, frecuencia y amplitud. Los botones en Menú y el botón al lado de la pantalla sirven para cambiar los parámetros. Impedancia de Salida: El Agilent 33120A muestra un voltaje de salida como si estuviese conectado a un resistor de 50. Si usted trata de medir el voltaje de salida FISI 3143-2011-I. Ramos 7
utilizando un instrumento de alta impedancia como el DMM u osciloscopio, la medida del voltaje aparece duplicada. En este laboratorio siempre que se use el generador de ondas reprogramaremos su impedancia de salida para corregir la discrepancia. Ejercicio 8: En su generador de ondas seleccione una onda senoidal de 1 V y 1 MHZ. Conecte la salida al osciloscopio y mida voltaje y frecuencia. Son las medidas las deseadas? Reprograme la impedancia de salida en el generador de ondas: en MENU seleccione: D: SYS MENU. Seleccione 1: OUT TERM y ajuste impedancia de salida a HIGH Z. Seleccione Enter para guardar los cambios. Cómo comparan ahora las medidas? Reporte de Laboratorio: No tendrá que entregar informe para este laboratorio. FISI 3143-2011-I. Ramos 8