• Author / Uploaded
• Johan Diaz

• Categories
• Electromagnetismo
• Cantidad
• Bienes manufacturados
• Física y matemáticas
• Física

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

FACULTAD DE INGENIERÍA ELETRÓNICA Y ELÉCTRICA

APELLIDOS Y NOMBRES

MATRÍCULA

Sanchez Muñoz Alexander

10190098

CURSO

TEMA

Circuitos Electrónicos I

Uso de instrumentos de medición

INFORME Previo

FECHAS

NOTA

REALIZACIÓN

ENTREGA

01-09-2011

01-09-2011

NÚMERO 1 GRUPO

PROFESOR 3 (Jueves 4:00 - 6:00 pm.)

Luis Paretto Quispe

I. II.

III.

Tema: Uso de instrumentos de medición Objetivos: a) Entrena al alumno en el uso correcto del multímetro (VOM) y el osciloscopio (ORC), como instrumentos de medida. b) Entrena al alumno en el uso correcto de la fuente dc de voltaje ajustable y el generador de señales multifuncionales (AF), para circuitos electrónicos activos. c) Conocimiento de las especificaciones técnicas y características eléctricas de los instrumentos y equipos anteriores. Cuestionario previo: 1. Buscar los manuales de os equipos e instrumentos, la información necesaria para su uso adecuado.

INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD Este medidor ha sido diseñado para uso seguro, sin embargo debe ser operado con precaución. Para una operación segura, deberá cumplir las reglas enumeradas a continuación. 1. NUNCA aplique al medidor voltaje o corriente que exceda los límites máximos especificados de alimentación:

Límites de entrada Función

Entrada máxima

V CD o V CA

1000V CD/750CA, 200Vms en el rango de 400mV Fusible de acción rápida a 500mA, 250V Fusible de acción rápida de 20ª 250V (30 segundos máx. Cada 15 minutos) 250vrms durante 15seg máx.

mA CA/CD A CA/CD Frecuencia, Resistencia, Capacitancia, Prueba de diodo, Continuidad, Temperatura Temperatura

60V CD/24V CA

2. EXTREME SUS PRECAUCIONES al trabajar con alta tensión. 3. NO mida voltajes si el voltaje en el enchufe de entrada "COM" excede 500V sobre tierra física. 4. NUNCA conecte los cables del medidor a una fuente de voltaje cuando el selector de función esté en modo de corriente, resistencia o diodo. Hacerlo puede dañar al medidor. 5. SIEMPRE descargue los filtros capacitores en las fuentes de tensión y desconecte la energía al realizar pruebas de diodo o de resistencia. 6. SIEMPRE apague la tensión y desconecte los cables de prueba antes de abrir la tapa para reemplazar las baterías o fusibles. 7. NUNCA opere el medidor a menos que la tapa posterior y la tapa de la batería y de fusibles estén colocadas y aseguradas. 2. Definir y presentar los esquemas eléctricos del voltímetro, amperímetro y ohmímetro. Explicar el uso del watimetro. Voltímetro Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Voltímetro de rango múltiple

La suma de varias resistencias multiplicadoras, junto con un interruptor de rango, provee al instrumento de varias escalas de trabajo. La Fig. 3-16 muestra un voltímetro multirrango con un interruptor de cuatro posiciones y cuatro resistencias multiplicadoras, R1, R2, R3 y R4, para las escalas de voltaje V1, V2, V3, y V4, respectivamente. Los valores de las resistencias multiplicadoras se calculan con el método de sensibilidad. Una variación del circuito de la Fig 3-16 se presenta en la Fig. 3-17, donde las resistencias multiplicadoras están conectadas en serie y el selector de escala conmuta la cantidad apropiada de resistencia en serie con el movimiento. Este sistema presenta la ventaja de que todos los resistores multiplicadores, excepto el primero, tienen resistencias normalizadas y se pueden obtener comercialmente con tolerancia de precisión

Amperímetro Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. Si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia en paralelo, llamada shunt. Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión en un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente eléctrica circulante.

Amperímetro de rango múltiple

La escala de corriente del amperímetro cd se puede extender mediante varias resistencias de derivaciones, seleccionadas por un interruptor de rango. Tal medidor se llama amperímetro multirrango. La Fig. 3-13 muestra el diagrama esquemático de un amperímetro multirrango. E1 circuito tiene cuatro derivaciones, Ra, Rb, Rc y Rd, que se pueden colocar en paralelo con el movimiento para dar cuatro escalas de corrientes diferentes. El interruptor S es de multiposición, del tipo que hace conexión antesdedesconectar, de manera que el movimiento no se vea afectado cuando el circuito se queda sin protección, sin derivación, al cambiar de rango. OHMIMETRO Se denomina ohmímetro al aparato que es capaz de medir resistencias directamente. Todos estos aparatos están basados en la ley de Ohm, es decir, la resistencia es inversamente proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa un circuito si suponemos la tensión constante. Aplicando este principio podemos cambiar la escala de un amperímetro y graduarla con ohmios. Los ohmímetros llevan incorporada una batería de tensión constante y, enviando una corriente a través de la resistencia que queremos medir, podemos obtener el valor de ésta. Una de las condiciones fundamentales para que este tipo de aparatos funcionen es que la tensión permanezca constante. Como, normalmente, dicha fuente de tensión es una pila, acaba desgastándose y las medidas ya no serán correctas. Para solucionar este problema se coloca en todos los ohmímetros una resistencia de ajuste a cero, es decir, tenemos una resistencia variable que según va descendiendo el valor de la tensión de la pila varía su valor para compensar. El ajuste a cero puede realizarse desde fuera del aparato, pero llega un momento en que ya no es posible compensar la pérdida y es necesario cambiar la pila. Siempre que vayamos a realizar una medida con un ohmímetro la resistencia que queremos medir no debe estar bajo la influencia de ninguna tensión, por lo tanto, si pertenece a algún circuito, éste debe estar desconectado, ya que, de lo contrario, se falsearía totalmente la medida que fuésemos a realizar. Otra precaución antes de realizar una medida es que siempre debemos ajustar a cero el aparato de medida.

Óhmetro tipo serie

El óhmetro tipo serie consta de un galvanómetro o movimiento D'Arsonval conectado en serie con una resistencia y una batería, con un par de terminales a los cuales se conecta la resistencia desconocida. La corriente que circula a través del galvanómetro depende de la magnitud de la resistencia desconocida y la indicación del medidor es proporcional a su valor. La Fig. 3-19 muestra los elementos de un óhmetro en tipo serie de una sola escala. R1 = resistor limitador de corriente R2 = resistor de ajuste a cero E = batería interna Rm = resistencia interna del galvanómetro D'Arsonval Rx = resistor desconocido El vatímetro El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella. El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura

diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito. Los dos circuitos de un vatímetro son propensos a resultar dañados por una corriente excesiva. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Esto se debe a que su posición depende del factor de potencia, el voltaje y la corriente. Así, un circuito con un factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso aunque ambos de sus circuitos esté cargados al borde de su límite de seguridad. Por tanto, un vatímetro no sólo se clasifica en vatios, sino también en voltios y amperios.

3. Explicar los conceptos de sensibilidad, exactitud, precisión, error absoluto y relativo, y respuesta de frecuencia de los multímetros. Sensibilidad. Es la variación de la magnitud a medir que es capaz de apreciar el instrumento. Mayor sensibilidad de un aparato indica que es capaz de medir variaciones más pequeñas de la magnitud medida. S es esencialmente él recíproco de la corriente de deflexión a plena escala del movimiento básico, esto es:

S=

Dónde: Idpc=corriente de deflexión a plena escala 







Precisión. La medida que es capaz de apreciar un instrumento. Está relacionada con la sensibilidad. A mayor sensibilidad, menores variaciones es capaz de apreciar, medidas más pequeñas nos dará el instrumento. Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida. Error relativo. Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto. no tiene unidades La exactitud de una medición especifica la diferencia entre el valor medido y el valor real de una cantidad. La desviación del valor verdadero es un índice de qué



tan exactamente se ha llevado a cabo una lectura. Por otro lado, la precisión, especifica la repetitividad de un conjunto de lecturas, hecha cada una en forma independiente con el mismo instrumento. Se determina una estimación de la precisión mediante la desviación de la lectura con respecto al valor promedio. El concepto de exactitud, cuando se aplica a instrumentos que muestran una lectura mediante el empleo de una escala y una aguja se refiere por lo general al valor de su escala completa (a menos que se especifique otra cosa). Cuando se dice que la exactitud de un medidor es de 1 por ciento, esto significa que una lectura que se tome en cualquier lugar de una de sus escalas no tendrá error mayor que el 1 por ciento del valor de la escala completa. La respuesta en frecuencia, se refiere a la respuesta en estado estable de un sistema sujeto a una señal sinusoidal de amplitud fija, pero con una frecuencia que varía con cierto rango.

4. Mostrar el diagrama de bloques y explicar las características mas importantes del ORC.

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo. La información que despliega un osciloscopio describe en forma completa las características de una señal. Por ejemplo:

•

Puede determinar parámetros de tiempo y tensión de una señal.

•

Puede calcular la frecuencia de una señal oscilante.

•

Puede ver “las piezas móviles” de un circuito representado por una señal.

•

Puede ver si un componente defectuoso está distorsionando la señal.

•

Puede averiguar cuánta corriente continua (CC) y corriente alterna (CA) componen la señal.

•

Puede determinar cuánto ruido hay en una señal y si el ruido cambia con el tiempo.

Tipos de osciloscopios Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital. Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente). Osciloscopios analógicos DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN OSCILOSCOPIO ANALÓGICO

Osciloscopios digitales DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN OSCILOSCOPIO DIGITAL

5. Explicar las funciones de los interruptores de control, perillas selectoras y potenciómetros de ajuste en el ORC.

Controles del Osciloscopio Aunque la siguiente lista describe los controles de osciloscopio que se emplean con mayor frecuencia, pueden ser ligeramente distintos sus nombres en determinado modelo de aparato. Cuando se puede emplear más de un nombre, se lista también los nombres alternativos.

• Potencia de alimentación (o línea). Enciende y apaga al osciloscopio (después que se ha conectado).

• Intensidad. Controla la brillantez del trazo del osciloscopio. La perilla da una conexión a la rejilla de control del cañón de electrones en el tubo de rayos catódicos. Cuando se gira en el sentido de las manecillas del reloj, se disminuye el voltaje de re-

pulsión de la rejilla y pueden emerger más electrones del agujero en la rejilla del cátodo para formar el haz. Un mayor número de electrones en el haz origina un punto más luminoso en la pantalla. Precaución: se debe tener cuidado para evitar que el haz de electrones queme la pantalla. Un punto estacionario se debe mantener en una intensidad muy baja. Si se mantiene alta la intensidad, el punto debe estar en movimiento. Si aparece un “halo” alrededor del punto, la intensidad es demasiado alta. Antes de encender el osciloscopio, baje la intensidad.

• Enfoque. El control de enfoque se conecta al ánodo del cañón de electrones que comprime el haz de electrones emergente para formar un punto fino. Cuando se ajusta este control, el trazo en la pantalla del osciloscopio se hace más agudo y definido.

• Localizador del haz. Regresa el despliegue a la zona de visión del tubo de rayos catódicos sin importar los demás ajustes de control. Para ello reduce los voltajes de deflexión vertical y horizontal. Observando el cuadrante en el que aparece el haz cuando se activa el localizador, se sabrá en qué direcciones se deben girar los controles de posición horizontal y vertical para volver a colocar el trazo en la pantalla una vez que vuelva a operarse normalmente el osciloscopio.

• Posición. Las perillas de posición se emplean para desplazar el trazo o el centro de la imagen mostrada por toda la pantalla. Las perillas de posición dan este control ajustando los voltajes de continua aplicados a las placas deflectoras del tubo de rayos catódicos. - Posición vertical. Controla el centrado vertical del trazo. Se emplea este control con el control acoplamiento de entrada puesto en continua para localizar o ajustar el trazo a la tierra del chasis. - Posición horizontal. Controla el centrado horizontal de la imagen.

• Sensibilidad vertical V/div o V/cm. Determina el valor necesario de voltaje que se debe aplicar a las entradas verticales para desviar el haz una división (o un cm). Este control conecta un atenuador de pasos al amplificador del osciloscopio y permite controlar la sensibilidad vertical en pasos discretos. El rango típico es de 10 mV/cm hasta 10 V/cm.

• V/div variable. Generalmente un disco rojo de movimiento continuo marcado VAR. Permite una variación continua (y no en escalones) de la sensibilidad vertical. Se debe ajustar esta perilla a la posición calibrada (generalmente girando por completo en sentido horario pasando el tope donde se oye un chasquido) para igualar la sensibilidad vertical del osciloscopio al valor marcado en el interruptor Sensibilidad Vertical. Cuando se mide la amplitud de las ondas senoidales, se lleva el control hasta el mayor tiempo posible tal que los picos aparezcan como una línea. Esto facilita mucho la lectura de la amplitud.

• Tiempo de barrido o tiempo/div. Controla el tiempo que el punto toma para moverse horizontalmente a través de una división en la pantalla cuando se emplea el modo de barrido disparado. Un valor muy pequeño de Tiempo/div indica un tiempo de barrido muy corto. Los tiempos típicos de barrido varían desde 1 s/cm hasta 5 s/cm.

• Tiempo variable. Generalmente, un disco rojo de movimiento continuo marcado. Este control de vernier permite escoger una velocidad continua pero no calibrada de tiempo/div.

• Fuente de disparo (Trigger). Selecciona la fuerte de la señal de disparo. Empleando este control, se escoge el tipo de señal que se emplea para sincronizar la onda de barrido horizontal con la señal de entrada vertical. Las selecciones posibles comprenden por lo general: - Interna. La salida del amplificador vertical se emplea para disparar el barrido. Esta opción hace que la señal de entrada controle el disparo. Este tipo es adecuado para la mayor parte de las aplicaciones tipo de disparo. - Línea. Esta posición selecciona al voltaje de línea de 50 Hz como señal de disparo. El disparo de línea es útil cuando hay una relación entre la frecuencia de la señal vertical de entrada y la frecuencia de la línea. - Ex;. Cuando se emplea esta posición, se debe aplicar una señal externa para disparar la onda de barrido. Esta señal se debe conectar a la entrada Disparo (Trigger)

.- Términos de rendimiento Ancho de banda: Las especificaciones de ancho de banda indican el rango de frecuencias que el osciloscopio puede medir con exactitud. A medida que aumenta la frecuencia de la señal, la capacidad del osciloscopio para responder con precisión disminuye. Por regla general, el ancho de banda indica la frecuencia en la cual la señal mostrada se reduce a un 70,7% de la señal de onda sinusoidal aplicada. (este 70,7% se conoce como “el punto de –3 dB”, un término basado en la escala logarítmica.)

Tiempo de subida: El tiempo de subida es otra forma de describir el rango de frecuencia útil de un osciloscopio. El tiempo de subida puede ser un criterio de rendimiento más apropiado cuando se espera medir pulsos y escalones. El osciloscopio no puede mostrar con exactitud pulsos cuyo tiempo de subida sea más rápido que el tiempo de subida especificado para el osciloscopio.

Sensibilidad vertical: La sensibilidad vertical indica hasta qué punto el amplificador vertical puede amplificar una señal débil. La sensibilidad vertical suele darse en milivoltios (mV) por división. La tensión más pequeña que puede detectar un osciloscopio de uso general es normalmente de 2 mV por división vertical de pantalla.

Velocidad de Barrido: Para los osciloscopios analógicos, esta especificación indica la velocidad máxima a que el trazado puede barrer la pantalla, permitiéndole ver la imagen con toda nitidez. La velocidad de barrido de un osciloscopio se suele dar en nanosegundos/división.

Precisión de ganancia: La precisión de ganancia indica la precisión con que el sistema vertical atenúa o amplifica una señal. Se suele indicar como un porcentaje de error.

Base de tiempo o precisión horizontal: La precisión de la base de tiempo o precisión horizontal indica la precisión con que el sistema horizontal representa los eventos de la señal en relación al tiempo. Se suele indicar como un porcentaje de error.

Velocidad de muestreo: En los osciloscopios digitales, la velocidad de muestreo indica cuántas muestras por segundo puede tomar el CAD y por tanto el osciloscopio). Las velocidades máximas de muestreo suelen darse en megamuestras por segundo (MM/s). Cuanto más rápidamente pueda tomar muestras el osciloscopio, con mayor precisión podrá representar los detalles de una señal rápida. La velocidad mínima de muestreo también puede ser importante si necesita observar señales que cambian lentamente en largos períodos de tiempo. Normalmente, la velocidad de muestreo se modifica con los cambios en el control seg/div para mantener un número constante de puntos de forma de onda en el registro de la forma de onda.

Resolución CAD (o resolución Vertical): La resolución, en bits, del CAD (y por lo tanto del osciloscopio digital) indica con qué grado de precisión el instrumento puede transformar las tensiones de entrada a valores digitales. Técnicas de cálculo pueden mejorar la resolución efectiva.

Longitud del registro: La longitud de registro de un osciloscopio digital define el número de puntos que el osciloscopio puede acumular en un registro de forma de onda. Algunos osciloscopios digitales permiten ajustar la longitud del registro. La longitud máxima de registro depende de la cantidad de memoria disponible en el osciloscopio. Puesto que el osciloscopio puede almacenar solamente un número finito de puntos de registro, existe un compromiso entre el grado de detalle y la longitud del registro. Puede obtenerse una imagen detallada de una señal por un corto período de tiempo (el osciloscopio “se llena” de puntos de forma de onda rápidamente) o bien una imagen menos detallada por un período de tiempo más largo. Algunos osciloscopios de hecho permiten añadir más memoria para aumentar la longitud de registro en aplicaciones especiales.