Práctica 1: Medidas Básicas e Instrumentación 1. Multímetro digital

Transcripción

FISI 3143: Laboratorio de Electrónica I
Departamento de Física y Electrónica
Universidad de Puerto Rico en Humacao
2011-2012
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
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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
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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 2:
1: Seleccione
Utilice el multímetro
3 resistoresdigital
de carbón
paradel
medir
armario
la resistencia
del laboratorio.
entre los
Utilice
huecos
el del
breadboard digital
multímetro
y verifique
paralas
medir
conexiones
la resistencia
entre éstos.
de los¿Cómo?
mismosLas
y compare
puentascon
de el
prueba
valor se
del
encuentran
código
de colores.
en el armario
Vea enlace
de laboratorio.
en la 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
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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
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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
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aparecen en la pantalla.
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:
A C
sen = =
.
B D
Figura 7: Diferencia de Fase
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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 50Ω. Si usted trata de medir el voltaje de salida
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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.
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