Descripción de equipos - Universidad de Sevilla

1.- Resistencias
La resistencia es un elemento disipativo en el que la tensión y la intensidad están
relacionadas por la ley de Ohm:
V=R·I
Las resistencias vienen definidas por cuatro franjas de color que determinan su valor en
ohmios y una tolerancia. En la figura puede verse una resistencia que va a ser utilizada en esta
práctica con las franjas de color correspondientes. Cada color tiene asociado un número y cada
franja tiene un significado, empezando a leer por el que se encuentra más cerca del borde de la
resistencia:
1.
2.
3.
4.
Primer color: indica la primera cifra significativa del valor de la resistencia.
Segundo color: es la segunda cifra significativa.
Tercer color: es el número de ceros.
Cuarto color: tolerancia.
El número que tiene asociado cada color se muestra en la siguiente tabla:
Color
Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco
Número 0
1
2
3
4
5
6
7
8
Ejemplos:
Primer color Segundo color
Tercer color
Valor Resistencia
Marrón
1
Negro
0
Rojo
2 1000
1K
Rojo
2
Rojo
2
Rojo
2 2200
2K2
Marrón
1
Negro
0
Anaranjado 3 10000
10K
9
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2.- Condensadores
El condensador es un elemento pasivo que almacena energía en forma de campo eléctrico.
Su ecuación de definición es:
du
i=C·
dt
donde C es la capacidad del condensador que se mide en faradios. Debido a que esta unidad de
medida es muy grande para los valores de condensadores utilizados en el laboratorio,
habitualmente se usa el kpF (kilopicofaradio), equivalente a un nF (nanofaradio), que es igual a 109
F. Un condensador típico es el que se muestra en la siguiente figura.
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3.- Polímetro
Es un instrumento que se utiliza para medir las siguientes magnitudes eléctricas: tensión,
intensidad y resistencia. El polímetro que se utilizará en la práctica es el que se muestra en la
Figura 1, y puede dividirse en las siguientes partes:
Figura 1
•
•
•
Pantalla alfanumérica: se verán los resultados de las medidas realizadas
Conmutador giratorio: Es el encargado de fijar el tipo de medida que se va a realizar:
tensión, intensidad o resistencia. En la Figura 1 se pueden distinguir las siguientes zonas en
función del tipo de medida que se quiere realizar:
o Tensiones (zona 1): En esta zona el instrumento se encuentra preparado para medir
tensión, utilizando como fondo de escala el valor indicado por el conmutador
giratorio.
o Intensidades (zona 2): Igual que el caso anterior pero midiendo intensidad.
o Resistencias (zona 3): Igual que el caso anterior pero midiendo resistencia.
Bornas: Son los conectores a los que hay que aplicar la señal que se quiere medir. Las
bornas a utilizar cambian dependiendo del tipo de medida que se quiera realizar:
o Tensiones: la borna 4 es la positiva y la borna 5 es la negativa.
o Intensidades: la borna 6 y la borna 7 son las positivas, utilizándose la primera en
caso de tener una medida en el rango de amperios y la segunda para rango de
miliamperios, y la borna 5 es la negativa.
o Resistencias: se utilizarán las bornas 4 y 5.
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4.- Fuente de Alimentación
Es un generador de tensión de amplitud y forma de onda regulables. En particular, se
utilizará la fuente Tektronix que se muestra en la Figura 1. Como puede observarse, esta fuente
está dividida en tres módulos:
•
•
•
Módulo izquierdo: Generador de formas de onda.
Módulo central: Fuente de tensión c.c. de amplitud regulable.
Módulo derecho: Polímetro.
Figura 1
Generador de formas de onda:
La tensión que suministra la fuente es variable en el tiempo pero periódica. Se puede
modificar la forma de la onda de tensión, su frecuencia y amplitud. Para ello se tienen que accionar
los controles que se muestran numerados en la Figura 2 y que se describen a continuación:
•
•
•
•
Control 1: es el que fija la forma de onda deseada: triangular, cuadrada, senoidal, etc.
Como puede observarse en la Figura 2, estas formas de onda están separadas en dos grupos,
una con fondo azul y otra con fondo claro. Si se selecciona una forma de onda del primer
grupo, a la tensión generada se agrega la componente de continua ajustada en el control 5;
para el segundo grupo, la tensión de salida no tendrá componente de continua
independientemente del valor del control 5.
Controles 2 y 3: son los encargados de establecer la frecuencia. La frecuencia de la forma
de onda de tensión que estará dando la fuente será la multiplicación del valor indicado por
el control 2 y el control 3. Por este motivo al control 2 se le denomina multiplicador de
frecuencia.
Control 4: es el que modifica la amplitud de la forma de onda generada.
Control 5: controla la componente de continua que tiene la forma de onda. Una señal
periódica sin componente de continua es aquella cuyo valor medio en un periodo es nulo.
Actuando sobre este control se modifica el valor medio de la tensión generada.
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Una vez que se han realizado los ajustes necesarios, la tensión se aplica al circuito sometido
a estudio utilizándose la borna 6 que se muestra en la Figura 2.
Figura 2
Fuente variable de continua
La tensión que se suministra es en este caso continua, es decir constante en el tiempo. Con
el accionamiento de los controles resaltados en la Figura 3 se puede modificar el valor de la
tensión de la fuente:
•
•
•
Control 1: es el encargado de conectar la fuente de alimentación; hasta que este botón no se
encuentre pulsado la tensión en las bornas de la fuente será nula.
Control 2: es el que modifica la tensión de la fuente de 0 a 20 voltios. Como puede verse en
la Figura 3, los controles están duplicados, lo cual se debe a que la fuente es capaz de dar
tensiones positivas y negativas. La parte derecha es la que controla la fuente cuando se da
tensión positiva mientras que la izquierda es la que modifica los parámetros de la negativa.
Control 3: Es el encargado de establecer una limitación de intensidad que proporciona la
fuente (current limit), generalmente este control debe permanecer girado completamente a
la derecha. Igualmente este control es doble: la parte derecha es la limitación de corriente
para tensiones positivas y la izquierda para las negativas.
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Figura 3
Realizados los ajustes necesarios, para aplicar la tensión deseada al circuito que se está
estudiando utilizaremos las bornas marcadas como 4 y 5:
•
•
Bornas 4: Como puede verse en la Figura 3, se tienen tres bornas: verde (-VOLTS), negra
(COMMON) y roja (+VOLTS). Si se desea tener una tensión positiva, los controles a
utilizar, que ya han sido descritos, serán los de la derecha, y la tensión estará entre los
bornes rojo (+VOLTS) y negro (COMMON), correspondiendo al positivo y negativo de la
fuente respectivamente. Si se desea aplicar una tensión negativa, se accionarían los
controles correspondientes, lado izquierdo, estando dicha tensión entre las bornas verde (VOLTS) y negra (COMMON).
Bornas 5: corresponden a una fuente de tensión continua de valor constante e igual a 5
voltios, que se encuentran entre la borna roja, polo positivo de la fuente, y la negra, polo
negativo.
Polímetro
Es un instrumento que se utiliza para medir las siguientes magnitudes eléctricas: tensión,
intensidad y resistencia. En este caso, este polímetro va a utilizarse única y exclusivamente para
medir tensión, es decir, como voltímetro. Como puede verse en la Figura 4, está compuesto por
un display donde aparecerán los valores de las magnitudes medidas, una serie de controles y las
bornas por donde se introducirán las tensiones que se quieren medir.
Los controles que tienen que ser accionados para medir tensiones son los que aparecen
numerados en la Figura 4 y que a continuación se describen:
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•
•
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Control 1: son los pulsadores que se usan para escoger la escala en la que se desea que
mida el polímetro; el de la izquierda es el que pone un fondo de escala menor y el de la
derecha el que aumenta el fondo de escala. Para la realización de las prácticas pulsaremos
ambos a la vez; de esta forma el polímetro buscará automáticamente la escala más
conveniente para realizar la medida (autorrango).
Control 2: Es el que selecciona el tipo de medida a realizar. Consta de 3 pulsadores
dispuestos verticalmente:
o Superior: es el que selecciona entre medida de tensión o intensidad (no pulsado) o
resistencia (pulsado). Como este instrumento se va a utilizar para la medida de
tensión, siempre deberá estar pulsado.
o Central: estará pulsado si la señal que se quiere medir es alterna y no pulsado
cuando es continua.
o Inferior: es el que distingue entre medida de tensión (no pulsado) e intensidad
(pulsado).
Figura 4
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Un resumen de la configuración de que tienen que tener los botones para realizar distintas
medidas es el que se presenta en la siguiente tabla:
Medida
Control
Pulsado
No pulsado
Superior Resistencia Tensión o Intensidad
Central
Alterna
Continua
Inferior
Intensidad
Tensión
Para medir tensión se tiene que utilizar la Borna 4 (positivo) y la Borna 3 (negativo) que se
ven en la Figura 4, y el conjunto de pulsadores tiene que estar en las siguientes posiciones:
•
•
•
Superior: no pulsado.
Central: dependerá que la tensión a medir sea continua o alterna.
Inferior: pulsado.
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5.- Osciloscopio
El osciloscopio es un instrumento de medida que permite visualizar la evolución en el tiempo
de una determinada señal. El panel frontal de un osciloscopio se divide en cuatro partes según se
muestra en la Figura 1. Estas partes son:
Pantalla (1), Vertical (2), Horizontal (3) y Disparo (4)
Figura 1
En los apartados siguientes se analizarán cada uno de los controles mencionados
anteriormente.
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Pantalla:
Figura 2
Los controles que ajustan la pantalla se encuentran a la derecha de la misma, tal y
como puede verse en la Figura 2. En particular se puede regular la luminosidad,
mediante el Control 1(Intensity), y el enfoque de la onda, mediante el Control 2
(Focus).
Vertical:
Está formado por controles idénticos correspondientes al Canal 1 y 2, tal y como
puede verse en la Figura 3.
Con estos controles actuaremos sobre:
Figura 3
•
•
•
•
Posición vertical de la onda en la pantalla del
osciloscopio: Control 7 y Control 8.
Voltios por división de cada uno de los
canales: Control 12.
Tipo de conexión de cada canal (Control 14).
Se puede elegir entre las siguientes:
o AC: La señal de entrada del canal en
cuestión se filtra para eliminar la
componente de continua.
o DC: La señal de entrada se presenta
sin filtrado de la componente de
continua.
o GND:
Se
pone
el
canal
correspondiente a masa.
Modo de presentación de los canales en la
pantalla del osciloscopio. Se puede elegir
entre los siguientes modos:
o Control 9: Permite representar en la
pantalla el canal 1, el canal 2 o ambos
simultáneamente.
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o Control 10. Permite representar en la pantalla la señal de entrada del canal 2
invertida (-canal 2)
o Control 11. Deberá estar en la posición ALT o CHOP; en la posición ADD hace
que se represente en pantalla la suma de las señales del canal 1 y el canal 2, o la
diferencia del canal 1 y canal 2, si el mando 10 está en la posición INV
Figura 4
Horizontal:
En la Figura 4 se pueden observar los controles con los que se puede ajustar:
•
•
Posición horizontal de la onda en la pantalla: Control 17.
Escalado en el tiempo de las ondas adquiridas en los canales 1 y 2
(segundos/división): Control 18.
Disparo:
Un osciloscopio es el instrumento de medida que muestra la evolución de
señales temporales en una pantalla. Los controles de disparo son los que fijan
las condiciones que tiene que cumplir la señal de entrada para que se visualice
en dicha pantalla. En la Figura 5 se tienen los controles con los que se puede
ajustar el disparo de la señal de entrada:
Figura 5
•
•
•
•
Pendiente ascendente o descendente: Control
22. Pendiente de la señal a partir de la cual se comienza a
representar en la pantalla
Nivel de disparo: Control 23. Tensión a partir de la cual se
presenta la señal de entrada en la pantalla.
Modo de disparo: Control 24. El modo de disparo que se va a
seleccionar será siempre el NORMAL.
Fuente de disparo: Control 25. Éste puede estar configurado para
el canal 1 o el canal 2, dependiendo del origen de la señal de
entrada.
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Medidas de tensión instantánea
Para realizar este tipo de medida hay que seguir los pasos que a continuación se enumeran:
1. Poner el selector de la base de tiempos (Control 19) en la posición de calibrado girando el
botón interior a la derecha hasta el tope.
2. Poner el selector de ganancia vertical del canal (Control 13) en el que se va a medir la señal
en la posición de calibrado, girando el botón interior hacia la derecha hasta el tope.
3. Seleccionar el canal en el que se va a realizar la medida (Control 9).
4. Poner la entrada a masa (Control 14-GND) desplazando la traza hasta que coincida con el
eje horizontal graduado. De esta forma estamos fijando como nivel de referencia 0V.
5. Conectar la sonda del canal seleccionado al punto cuya tensión desea medirse, seleccionado
conexión directa (Control 14-DC).
6. Ajustar el nivel de disparo (TRIGGER) hasta conseguir una imagen estable (Control 23).
7. Ajustar la base de tiempos (Control 18) a un valor adecuado, de forma que pueda verse la
onda capturada convenientemente.
8. Ajustar la ganancia vertical (Control 12) a un valor adecuado, de forma que pueda verse la
onda capturada convenientemente.
9. Contar en la pantalla el número de divisiones entre el eje horizontal graduado y el punto de
la onda cuya tensión desea conocerse.
10. Calcular el valor instantáneo de la onda de tensión con la expresión:
v = N° divisiones verticales · V / div
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Medidas de amplitud
1. Poner el selector de la base de tiempos (Control 19) en la posición de calibrado girando el
botón interior a la derecha hasta el tope.
2. Poner el selector de ganancia vertical del canal (Control 13) en el que se va a medir la señal
en la posición de calibrado, girando el botón interior hacia la derecha hasta el tope.
3. Seleccionar el canal en el que se va a realizar la medida (Control 9).
4. Poner la entrada a masa (Control 14-GND) desplazando la traza hasta que coincida con el
eje horizontal graduado. De esta forma estamos fijando como nivel de referencia 0V.
5. Conectar la sonda del canal seleccionado al punto cuya tensión desea medirse, seleccionado
conexión directa (Control 14-DC).
6. Ajustar el nivel de disparo (TRIGGER) hasta conseguir una imagen estable (Control 23).
7. Ajustar la base de tiempos (Control 18) a un valor adecuado, de forma que pueda verse la
onda capturada convenientemente.
8. Ajustar la ganancia vertical (Control 12) a un valor adecuado, de forma que pueda verse la
onda capturada convenientemente.
9. Desplazar horizontalmente la onda para que uno de sus picos coincida con el eje graduado
vertical (Control 17).
10. Contar en la pantalla el número de divisiones entre el pico máximo y mínimo de la onda.
11. A partir de este valor se pueden obtener la tensión de pico (Vp) y la tensión de pico a pico
(Vpp).
12. Vpp=Nº divisiones x V/div; Vp=Vpp/2
13. Para calcular el valor eficaz de una onda periódica senoidal se utiliza la expresión:
U=Vp/2½=Vpp/(2·2½)
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Medidas de tiempo
1. Poner el selector de la base de tiempos (Control 19) en la posición de calibrado girando el
botón interior a la derecha hasta el tope.
2. Poner el selector de ganancia vertical del canal (Control 13) en el que se va a medir la señal
en la posición de calibrado, girando el botón interior hacia la derecha hasta el tope.
3. Seleccionar el canal en el que se va a realizar la medida (Control 9).
4. Poner la entrada a masa (Control 14-GND) desplazando la traza hasta que coincida con el
eje horizontal graduado. De esta forma estamos fijando como nivel de referencia 0V.
5. Conectar la sonda del canal seleccionado al punto cuya tensión desea medirse, seleccionado
conexión directa (Control 14-DC).
6. Ajustar el nivel de disparo (TRIGGER) hasta conseguir una imagen estable (Control 23).
7. Ajustar la base de tiempos (Control 18) a un valor adecuado, de forma que pueda verse la
onda capturada convenientemente.
8. Ajustar la ganancia vertical (Control 12) a un valor adecuado, de forma que pueda verse la
onda capturada convenientemente
9. Para medir el periodo de la onda, contar sobre el eje horizontal el número de divisiones
entre los puntos de comienzo y final de la onda.
10. Calcular el periodo de la onda con la expresión:
T = N° divisiones horizontales · segundos / división
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Medidas de desfase
El objetivo será conseguir una
imagen como la de la figura adjunta:
1. 1: Señal de referencia (Canal 1)
2. 2: Señal cuyo desfase se desea medir (Canal 2)
3. A y B: Paso por cero de la señal de referencia.
Haciendo pasar medio período
(180º) de la señal de referencia por
los puntos A y B, a nueve cuadros
de distancia, se tendrá 20º de
desfase para cada cuadro (180/9),
quedando reducida la medida de
desfase a un simple conteo de
cuadros.
Se enumera a continuación los pasos necesarios para ajustar el osciloscopio.
1. Una vez conectados los canales 1 y 2 del osciloscopio se obtendrá una imagen
como la de la figura
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2. El selector de canales estará en la posición BOTH (ambos), y se pondrá los filtros
de entrada de ambos canales en GND (señal a cero)
3. Se centrarán ambas señales con los mandos POSITION de cada canal, hasta que
se confundan las dos señales con el eje central de la pantalla.
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4. Seguidamente se seleccionará el canal 1 y se dará señal a ambos canales poniendo
los filtros de entrada en la posición AC.
5. Se conseguirá que la señal se dibuje desde el extermo izquierdo de la pantalla
(punto A) usando el mando de disparo LEVEL.
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6. Seguidamente, y usando el mando SEC/DIV, se irá cambiando de posición dicho
mando hasta conseguir que el segundo paso por cero de la señal diste 9 cuadros
del primero (punto B)
7. Puesto que el paso anterior produce saltos discretos, puede ser necesario el uso del
ajuste fino de dicho mando. Girándolo a derecha o a izquierda, se consigirá el
segundo paso por cero de la señal 1 por el punto B.
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8. Finalmente, se pondrá el selector de canales en la posición BOTH, quedando
ambas señales perfectamente ajustadas.
Para medir el desfase no hay más que centrarse en el paso por cero de la señal medida (punto C)
que está comprendido entre las marcas de la señal de referencia (puntos A y B). A modo de
ejemplo, se observa que en la figura de la izquierda, la señal 2 presenta un desfase de 3x20º=60º
respecto a la señal 1. En este caso es en retraso (-60º), pues el paso por cero de la señal medida
(punto C) es análogo al punto A (ambos con pendiente negativa), y el punto C está retrasado
1. –60º (retraso)
4. +30º (adelanto)
respecto al A. Por el contario, en la imagen de la derecha, la señal presenta un adelanto de
(1+1/2)x20=30º (+30º), pues el paso por cero de la señal medida (punto C) se produce antes que
que el paso por cero análogo (pendiente positiva) de la señal de referencia (punto B)