electrónica informe - instrumentos de medición y leyes de kirchhoff

8/2/2019 Electrónica Informe - Instrumentos De Medición Y Leyes De Kirchhoff

http://slidepdf.com/reader/full/electronica-informe-instrumentos-de-medicion-y-leyes-de-kirchhoff 1/9

Universidad Pedagógica Y Tecnológica De ColombiaSeccional Duitama ELECTRÓNICA IEscuela De Ingeniería Electromecánica

LABORATORIO No. 1INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y LEYES DE KIRCHHOFF

JASSON RICARDO DIAZ LEON

[email protected] ALONSO ESTEPA ESTUPIÑAN

[email protected]

RESUMEN: Los instrumentos para mediciones eléctricas nos dan una idea más clara y aplicada del funcionamiento y com portamiento de los circuitos, nos lleva a un acercamiento a realidad y a la aplicación de los conceptos elaborados sobre sistemas ideales.

PALABRAS CLAVE: Análisis experimental, confrontar,

medición, modelo ideal.

INTRODUCCIÓNEn el laboratorio se pretende comparar los datos ob tenidos experimentalmente con los calculados sobre el modelo ideal. Comenzamos haciendo el montaje de los circuitos propuestos sobre el protoboard, para su posterior medición, conectamos la fuente DC a nuestro circuito, para medir las caídas de tensión en las resistencias y la barrera de potencial en los diodos.Para el anál isis de los tipos de señales hicimos uso de un osciloscopio digi tal y un generador de señales, con los cuales es posible tener una idea visual de su comportamiento sobre el plano cartesiano.

TALLER PREVIO

1. ¿Qué tipo de fuentes de voltaje existen?

Según la carga ins talada, existen dos tipos de fuentes:fuente de tens ión continua y fuente de tensión alterna,la continua provee una señal regulada, lineal,polarizada y directa en la que se garantiza que lacorriente fluye del lado de mayor potencial a uno demenor potencial; la señal alterna se emite cambiando lapolaridad en ciclos por segundo de manera que lacorriente cambia su sentido de circulación tantas vecespor segundo según se especifique.

2. ¿Qué es un multímetro?

Es un instrumento eléctrico portátil para medirdirectamente magnitudes eléctricas activas comocorrientes y tensiones; o pasivas como resistencias,capacidades y otras. Las medidas pueden realizarsepara corriente continua o alterna y en varios márgenesde medida cada una. Los hay analógicos yposteriormente se han introducido los digitales cuyafunción es la misma (con alguna variante añadida)

3. ¿Qué es un osciloscopio?

El osciloscopio es básicamente un dispositivo devisualización gráfica que muestra señales eléctricasvariables en el tiempo. El eje vertical denominado Y,representa el voltaje; mientras que el eje horizontaldenominado X, representa el tiempo. El osciloscopio nosólo permite visualizar la s eñal, sino también medir su

periodo y su amplitud.

4. ¿Qué es un generador de señales?

Un generador de señales, de funciones o de formas deonda es un dispositivo electrónico de laboratorio quegenera patrones de señales periódicas o no periódicastanto analógicas como digitales. Se empleanormalmente en el diseño, test y reparación dedispositivos electrónicos. Típicamente, genera señalesde forma cuadrada, triangular y la s inusoidal, que es lamás usada.

5. ¿Qué parámetros influyen en la calidad de un

osciloscopio?

La calidad de un osciloscopio está dada por:• Ancho de BandaEspecifica el rango de frecuencias en las que elosciloscopio puede medir con precisión. Por convenio elancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hastala frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal sevisualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (loque corresponde a una atenuación de 3dB).• Tiempo de subidaEs otro de los parámetros que nos dará, junto con elanterior, la máxima frecuencia de utilización del

osciloscopio. Es un parámetro muy importante si sedesea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordarque este tipo de señales poseen transiciones entreniveles de tensión muy rápidas). Un osciloscopio nopuede visualizar pulsos con tiempos de subida másrápidos que el suyo propio.• Sensibilidad verticalIndica la facilidad del osciloscopio para amplificarseñales débiles. Se suele proporcionar en mV pordivisión vertical, normalmente es del orden de 5 m V/div(llegando hasta 2 mV/div).




• VelocidadPara osciloscopios analógicos esta especificaciónindica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo quenos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele serdel orden de nanosegundos por división horizontal.• Exactitud en la gananciaIndica la precisión con la cual el sistema vertical delosciloscopio amplifica o atenúa la señal. Se proporcionanormalm ente en porcentaje máximo de error.• Exactitud de la base de tiemposIndica la precisión en la base de tiempos del sis temahorizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo.También se suele dar en porcentaje de error máximo.• Resolución verticalSe mide en bits y es un parámetro que nos da laresolución del conversor A/D del osciloscopio digital.Nos indica con que precisión se convierten las señalesde entrada en valores digitales almacenados en lamemoria. Técnicas de cálculo pueden aumentar la

resolución efectiva del osciloscopio.

6. ¿Qué controles posee un osciloscopio típico?

Aquí presentamos un básico (y ficticio) oscilos copio:

Este es un osciloscopio de dos trazos (o haces).Igualmente la mayoría de la información explicada aquípuede ser aplicada a uno de un trazo. Los controlesbásicos son:• BRIGHT: Girando su cursos se ajus ta la intensidad dela pantalla.• FOCUS: Girándolo s e ajus ta el foco del trazo sobre lapantalla.• GRAT: Ilumina una cuadrícula o grilla que facilita lavisualización de la señal.

• TRACE: Selecciona la señal a trazar en la pantalla.• TRIGGER: Selecciona la fuente de disparo.• TRIGGER LEVEL: Selecciona el punto de la ondautilizado para disparar.• TIMEBASE: Selecciona la velocidad con la que eltrazo se desplaza en la pantalla.• INPUT LEVEL: Ajusta el nivel de la entrada.• POS (Position): Establece la posición del trazo en lapantalla.

7. ¿Cómo se identifica el valor de una resistencia?

Para conocer su valor, cada resistor posee cuatrobandas coloreadas donde cada una representa un valorde acuerdo a su color y posición relativa. Las dosprimeras bandas representan las dos primeras cifras.

La tercera es el factor multiplicativo, es decir, el valorpor el cual se debe multiplicar las dos primeras cifraspara obtener el valor nominal. La última bandarepresenta la tolerancia o margen de error quegarantiza el fabricante sobre el valor real de cadaresistencia. Esta forma de representar el valor teóricode un resis tor es conocido como “Código de Colores”

8. ¿Cuáles son los valores significativos de una

señal de corriente y voltaje?

A continuación se indican los valores significativos deuna señal sinusoidal:• Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenadaen un instante, t, determinado.

• Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico omáximo positivo y su pico negativo. Dado que el valormáximo de Sin(x) es +1 y el valor mínimo es −1, una

señal s inusoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor depico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2×A0.• Valor medio: Se llama valor medio de una tensión (ocorriente) alterna a la media aritmética de todos losvalores instantáneos de tensión (o corriente), medidos




en un cierto intervalo de tiempo. En una corrientealterna sinusoidal, el valor medio durante un período esnulo: en efecto, los valores positivos se compensancon los negativos. Vm = 0

En cambio, durante medio periodo, el valor medio es

siendo V0 el valor máximo.

• Valor eficaz (A): Su importancia se debe a que estevalor es el que produce el mismo efecto calorífico quesu equivalente en corriente continua. Matemáticamente,el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo,se define como la raíz cuadrada de la media de loscuadrados de los valores instantáneos alcanzadosdurante un período:

En la literatura inglesa este valor se conoce comoR.M.S. (Root Mean Square, valor cuadrático medio), yde hecho en matemáticas a veces es llamado valorcuadrático medio de una función. En el campoindustrial, el valor eficaz es de gran importancia ya quecasi todas las operaciones con magnitudes energéticasse hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez yclaridad se represente con la letra mayúscula de lamagnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente

se dem uestra que para una corriente alterna senoidal elvalor eficaz viene dado por la expresión:

El valor A, tensión o intens idad, es útil para calcular lapotencia consumida por una carga. Así, si una tensiónde corriente continua (CC), VCC, desarrolla una ciertapotencia P en una carga resis tiva dada, una tensión deCA de Vrms desarrollará la misma potencia P en lamisma carga si Vrms = VCC.

9. ¿Cuáles son las pruebas de funcionamiento de un diodo rectificador con un multímetro?

Ya que sabemos que un diodo es esencialmente nadamás que una válvula de una vía para la electricidad,tiene sentido que debe ser capaz de verificar sunaturaleza de una vía con un DC (batería) ohmímetrocomo en la figura a continuación. Conectados de unaforma a través del diodo, el medidor debería mostraruna resis tencia muy baja a (a). Conectados a la inversaen el diodo, que debe mos trar una resis tencia muy altaal (b) ("OL" en algunos m odelos de medidor digital).

10. ¿Cómo funciona un protoboard?

Se conocen en cas tellano como "placas de prototipos" yson esencialmente unas placas agujereadas conconexiones internas dispuestas en hileras, de modoque forman una matriz de taladros a los que podemosdirectamente "pinchar" componentes y formar el circuitodeseado. Como el nombre indica, se trata de montarprototipos, de forma eventual, nunca permanente, por loque probamos y volvemos a desmontar loscomponentes, quedando la protoboard lista para elpróximo experimento.

El protoboard o breadbord:Es una es pecie de tablerocon orificios, en la cual se pueden insertarcomponentes electrónicos y cables para armarcircuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirvepara experimentar con circuitos electrónicos, con lo quese asegura el buen funcionamiento del mismoestructura del protoboard: Básicamente un protoboardse divide en tres regiones:

http://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficaz

http://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficaz




A) Canal central: Es la región localizada en el medio delprotoboard, se utiliza para colocar los circuitosintegrados.

B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremosdel protoboard, se representan por las líneas rojas(buses pos itivos o de voltaje) y azules (buses negativoso de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existeconexión física entre ellas. La fuente de poder seconecta aquí.

C) Pistas: La pis tas s e localizan en la parte central del

protoboard, se representan y conducen según laslíneas rosas. MATERIALES Y MÉTODOS

• El multímetro es un aparato de medida que reúne lasfunciones de otros aparatos en un solo. El nuestro tienela capacidad de brindar las mediciones de unvoltímetro, un amperímetro y un óhmetro.Para medir tensiones el multímetro debe conectarse enparalelo al elemento a medir, y para medir corrientesdebe conectarse en serie con es te.

Fig. 1 Multímetro

• En el osciloscopio digital podemos identificar lassiguientes secciones básicas:· Conectores (A)· Vertical (B)· Horizontal (C)· Disparo (D)· Control de visualización (E)

Fig. 2 Controles Del Osciloscopio

• El generador de señales es un dispositivo que nospermite generar señales análogas y digitales. En él s epuede variar la frecuencia y la amplitud de los tresprincipales tipos de onda.

Fig. 3 Generador De Señales

Con una tensión de 10 voltios, una frecuencia de 60 Hzy distintos tipos de s eñal, el osciloscopio nos mues traen pantalla las s iguientes gráficas:

Fig. 4 Señal Cuadrada




Fig. 5 Señal Triangular

Fig. 6 Señal Senoidal

ANALISIS

♦ Para el circuito A, no se obtuvo ninguna m edición, yaque la disposición del circuito permitía que estosucediera.

Fig. 7 Circuito A

♦ En el circuito B, a medida que aumentamos el valorde la resis tencia, la caída de tensión en esta aumenta,pero la corriente desciende.

Fig. 8 Circuito B Tabla 1 Caídas De Tensión Medidas En La Res istencia

Valor Resistencia Caída De Tensión Vr

2200 8,78

3300 8,86

5600 8,87

12000 8,96

Fig. 9 Caída De Tensión Medida vs. Resistencia

Fig. 10 Caída De Tensión Teór ica vs. Res istencia

♦ Aumentando el valor de la resistencia, la caída detensión en el diodo desciende. Comparado con elmodelo matemático, esta caída de tensión debería serconstante e igual a 0.7 V.

0

2

4

6

8

10

2200 3300 5600 12000 C A I D A

D E T E N S I O N E

N

R (

V )

RESISTENCIA (Ω)

0

2

4

6

8

10

2200 3300 5600 12000

C

A I D A

D E T E N S I O N E

N

R (

V )

RESISTENCIA (Ω)




Tabla 2 Caídas De Tensión Medidas En El Diodo

Valor Resistencia Caída De Tensión Vd

2200 0,64

3300 0,625600 0,61

12000 0,55


Fig. 12 Caída De te nsión Teór ica vs. Res istencia

♦ Para el circuito C, el aumento del valor de laresis tencia aumentaba notoriamente la caída de tensiónen es ta a diferencia del circuito B, en el cual no s eprodujeron incrementos notables.

Fig. 13 Circuito C

Tabla 3 Caídas De Tensión Medidas En La Res istencia

Valor Resistencia Caída De Tensión Vr

2200 3,61

3300 3,855600 4,09

12000 4,33


Fig. 15 Caída De Tensión Teór ica vs. Res istencia

♦ Incrementando el valor de la resis tencia, la caída detensión en el diodo disminuye, alejándose de 0.7 V, suvalor estimado.

Tabla 4 Caídas De Tensión Medidas En El Diodo

Valor Resistencia Caída De Tensión Vd

2200 0,61

3300 0,58

5600 0,56

12000 0,54

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

2200 3300 5600 12000 C A I D A

D E T E N S I O N E

N

D I O D O ( V

)

RESISTENCIA (Ω)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

2200 3300 5600 12000 C A I D A

D E T E N S I O N

E N D

I O D O (

V )

RESISTENCIA (Ω)

0

1

2

3

4

5

2200 3300 5600 12000 C A I D

A

D E T E N S I O N E

N

R (

V )

RESISTENCIA (Ω)

0

1

2

3

4

5

2200 3300 5600 12000 C A I D A D

E T E N S I O N E

N

R (

V )

RESISTENCIA (Ω)






OBSERVACIONES

Las resistencias usadas en los circuitos debensuperar los 1000Ω ya que un aumento en la

corriente genera aumento en la temperatura. En lo posible usar resis tencias de tolerancia baja,

para una medición más exacta.

CONCLUSIONES

Las mediciones hechas con los aparatos de medidatienen un error implícito debido a la naturaleza delos dispositivos.

Los valores calculados difieren sustancialmente alos medidos, ya que en el modelo matemático sedesprecia la resistencia propia de los conductores ylos aparatos de medida.

La tolerancia de las resistencias es el factordominante en la magnitud del error.

En el caso del diodo, se aprecia que en las pruebasexperimentales el voltaje que absorbe éste esmucho mayor al medido en el laboratorio.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

2200 3300 5600 12000 C A I D A

D E T

E N S I O N E

N

D I O D

O (

V )

RESISTENCIA (Ω)

0

0,2

0,40,6

0,8

1

1,2

2200 3300 5600 12000 C A I D A

D E T E N S I O N

E N D I O D

O (

V )

RESISTENCIA (Ω)




ANEXO

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

Electrónica IntegradaCircuitos Y Sistemas Analógicos Y DigitalesJacob Millman Y Christos C. HalkiasEditorial Hispano Europea S.A., Barcelona España, 1991.

ElectrónicaFundamentos Y AplicacionesJohn D. RyderCuarta EdiciónAguilar S.A. De Edición, Juan Bravo, 38, Madrid España, 1970

ElectrónicaMatthew OandlEdiciones Urmo, Alam. De Recalde, 74, Bilbao España, 1970

Conceptos Sobre ElectrónicaUn Manual Programado De Auto Ens eñanzaVester RobinsonEditorial Diana S.A., Esq. Tlacoquemecatl, 12, México, 1974

Electrónica Industrial ModernaQuinta EdiciónTimothy J. MaloneyPearson Educación, México, 2006

Electrónica Y Automática Industriales 1Por Varios Autores Bajo La Supervisión De José Mompin PobletEdición En Cas tellano Por Marcombo S.A., Gran Vía De Les Corts Catalanes, 569, Barcelona España, 1986.

Anális is Y Diseño De Circuitos ElectrónicosPaul M. ChirlianEdiciones Del Cas tillo S.A., Madrid España, 1967

Electrónica BásicaTexto ProgramadoCuerpo Docente Del Departamento De Tecnología Eléctrica Del Instituto Tecnológico De Nueva YorkEditorial Limusa-Wiley S.A., México, 1971




ElectrónicaTeoría De Circuitos Y Dispositivos ElectrónicosOctava EdiciónRobert L Boylestad

Louis NashelskyPearson Educación, México, 2003

Fundamentos De Electrónica IndustrialMiguel Boleda VilaMarcombo S.A., Boixareu Editores, Avda Jose Antonio, Barcelona España

Electrónica IndustrialG. GoudetEdiciones Urmo, Bilbao, España, 1966

Introducción Al Estudio De Los Circuitos, La Electrónica Y El Análisis De SeñalesKendall L. SuEditorial Reverte, S.A., España, 1979

Electrónica Fundamental:Dispositivos, Circuitos Y SistemasMichael M. CirovicEditorial Reverte S.A., España, 1979

Principios De ElectrónicaSexta EdiciónAlbert Paul MalvinoMcgraw Hill Interamericana De España S.A. 2000

electrónica informe - instrumentos de medición y leyes de kirchhoff

Documents