PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN BÁSICA

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PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN BÁSICA

OBJETIVOS

Que el alumno se familiarice con en el manejo de los aparatos de instrumentación y medida más habituales tales como osciloscopio, fuente de alimentación, generador de funciones, multímetro, y con el material a utilizar en un laboratorio de electrónica (placas protoboard, sondas, etc...).

1. INTRODUCCIÓN

A continuación se describen los aparatos anteriormente mencionados con el fin de que el alumno pueda realizar una serie de medidas y comprobaciones. Esta descripción no es exhaustiva, ni pretende sustituir a los manuales de los propios aparatos, a los que el alumno habrá de recurrir y tendrá que aprender a usar e interpretar.

1.1. El Osciloscopio

Es un aparato que permite visualizar la evolución de una determinada señal eléctrica a lo largo del tiempo. Por ejemplo, puedo ver la evolución en el tiempo de la tensión de una señal alterna. El Osciloscopio me presenta la forma de la onda en función del tiempo.

Para poder visualizar esas señales el osciloscopio se compone de un Tubo de Rayos Catódicos (TRC), cuyo funcionamiento es similar al de una televisión. Existe un haz de electrones que se va moviendo de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha, proyectando los mismos sobre el TRC, iluminando cada vez un punto de la pantalla.

Los electrones van impactando en la pantalla del osciloscopio, liberando energía luminosa en forma de fotones. Debido al fenómeno de la persistencia provocado por el fósforo que recubre la pantalla, no vemos sólo un punto iluminado, sino el conjunto de esos puntos, nos aparece una señal continua como en la siguiente figura:

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En el eje horizontal está representado el tiempo y en el eje vertical las tensiones. Cada una de estas magnitudes cuenta con un mando para seleccionar la escala de tensiones y la escala de tiempos. La escala ha de se proporcional al valor de la magnitud que estoy visualizando.

Para poder ver el comportamiento de una onda a lo largo del tiempo es necesario tener una Base de Tiempos, que será una función rampa generada automáticamente por el propio osciloscopio.

Una vez que tenemos una onda nos interesa “Sincronizar” la señal. Esto es, que en todos los barridos me presenta la misma onda superpuesta, para lo cual tengo que actuar sobre la base de tiempos.

Si tengo un osciloscopio con dos canales (puedo ver dos ondas). Es probable que salvo que una de las ondas tenga una frecuencia múltiplo de la otra, sólo pueda sincronizar una de ellas, puesto que la base de tiempos suele ser común.

Asimismo, el Osciloscopio nos permite realizar mediciones con distinta precisión de las señales mostradas.

Estos son los principios fundamentales del funcionamiento de un osciloscopio.

V(t) Ignorado

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En nuestro laboratorio disponemos de Osciloscopios de la marca Hitachi, modelo HM 404 y 404-2. (Ver apéndice 1).

Las características principales del mismo son:

• Al encenderlo efectúa un Autotest de unos 10 seg. • Se puede recalibrar sin necesidad de abrirlo.

• Cuenta con una tecla de Autoset (Autoajuste) que ajusta automáticamente los controles para una correcta visualización.

• Presenta en pantalla “Readouts” (escala de medidas y algunas funciones). • Cuenta con cursores para efectuar medidas de precisión.

• El modelo 404-2 dispone de 9 memorias para ajustes complejos de los mandos.

• Su ancho de banda es de 40 Mhz, pudiendo sincronizar señales desde 20 Hz hasta 100 MHz.

• Tiene un interface serie RS-232 para conexión a un PC.

Vamos a explicar las características y funciones utilizadas habitualmente.

ƒ El Osciloscopio se enciende pulsando la tecla de Power (1). Al encenderlo emite dos pitidos agudos, nos muestra la versión del software y del hardware, a continuación hace un autochequeo y si está todo correcto emite un pitido indicándonos que ya podemos empezar a trabajar.

ƒ Los ajustes que aparecen son los que tenía el osciloscopio la última vez que se apagó. Guarda los últimos ajustes seleccionados.

ƒ Los ajustes de intensidad y foco se recomienda efectuarlos con las entradas en posición GND (Ground) para evitar interferencias. Cuando el osciloscopio emita pitidos, es debido a que estamos en valores máximos o nos estamos equivocando de tecla pulsada.

ƒ La tecla AUTOSET realiza un ajuste automático de los mandos electrónicos.

ƒ Los “readouts” nos informan del valor de cada cuadro de la retícula del osciloscopio. Podemos variar esos valores en cualquier momento para mejorar la visualización de la onda, mediante los tres mandos principales Volts/División del Canal 1(15), Volts/División del Canal 2 (19), Time/Div escala de tiempos (23), con los que podemos modificar la visualización de la señal.

ƒ Las señales que queramos observar con el osciloscopio las tendremos que introducir en uno de las dos entradas (canales) de los que dispone: -en la Input CH1 (26), o -en la Input CH2 (30). NO utilizaremos la entrada de disparo externa TRIG. EXT. (33).

ƒ Podemos elegir ver las señal introducida en el canal 1 (CH1) con la tecla 16 (se ilumina el led CH1), el canal 2 (CH2) con la tecla 20 (se ilumina el led CH2) o ver los dos canales pulsando la tecla DUAL (17).

ƒ Cada vez que cambiamos de canal de visualización es conveniente pulsar la tecla Autoset para que sincronice la señal visualizada.

ƒ Una vez que hemos seleccionado el canal que quiero ver en el osciloscopio y que se como variar la visualización de la señal, tengo que elegir el modo de acoplamiento de la misma AC (Corriente Alterna), DC (Corriente Continua) o GND (Tierra), con las teclas 27 y 28.

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ƒ GND sirve para establecer una línea de referencia para el potencial de masa 0V y medir una magnitud de tensión continua.

ƒ Por último, podemos memorizar un determinado ajuste de los mandos. El osciloscopio cuenta con nueve memorias para ello. Pulsando la tecla SAVE , aparecerá en pantalla Sx, donde x es un número del 1 al 9, elegiremos la posición de memoria en que queremos almacenar los ajustes y pulsaremos de nuevo la tecla SAVE.

ƒ Para recuperar esos ajustes memorizados pulsamos la tecla RECALL aparecerá Rx, donde x es el numero de memoria a recuperar, una vez elegida pulsamos un tiempo la tecla RECALL y recuperaremos esos ajustes memorizados.

1.2. Fuente de Corriente Continua Multi-salida (ver apéndice 2)

La fuente de corriente continua de la que disponemos en el laboratorio, tiene tres salidas de las cuales, dos son regulables y una es fija. Dispone de displays de cuarzo líquido para poder ver el valor de las salidas regulables sin tener que utilizar ningún aparato auxiliar.

Las dos salidas regulables (Master y Esclava) pueden seleccionarse para que suministren tensión continua o corriente constante.

En el modo de funcionamiento de tensión continua, la salida puede ajustarse arbitrariamente desde 0 V. hasta el valor nominal 30 V.

En el modo de funcionamiento de corriente constante, la salida puede ajustarse desde 0 A. hasta el valor nominal 5 A.

Las dos salidas regulables pueden conectarse con los dos interruptores de “Tracking” (13 y 14) en serie, en paralelo o permanecer independientes, teniendo en cuenta siempre que los controles de ajuste maestros establecen la tensión y la corriente en la fuente esclava en las configuraciones serie y paralelo.

Por último, la salida de voltaje fijo es de 5V. La característica principal de esta salida es la gran estabilidad que tiene. Si el mando de corriente (current) esta girado completamente a la izquierda, no habrá tensión en la salida afectada.

1.2.1. Descripción del Panel Frontal y los controles (ver Apéndice2)

ƒ 1-Visualizador LCD que indica el valor de la salida Master en corriente y en tensión.

ƒ 4-Visualizador LCD que indica el valor de la salida Esclava en corriente y en tensión.

ƒ 5-Ajuste de tensión de la salida esclava.

ƒ 6-Ajuste de la corriente de la salida esclava.

ƒ 7-Botón de encendido. Cuando está pulsado la fuente se encuentra encendida y el led 18 ó 19 estará encendido.

ƒ 8-Indicador del estado de la salida esclava en corriente o indicador del estado en paralelo. Cuando se produce cualquiera de los dos estados anteriores lucirá el led.

ƒ 9-Indicador del estado de salida esclava en tensión.

ƒ 10-Terminal negativo de la salida esclava. Se ha de conectar al terminal negativo de la carga.

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ƒ 11-Terminal de tierra de la salida esclava. La carcasa está conectada a tierra.

ƒ 12- Terminal positivo de la salida esclava. Se ha de conectar al terminal positivo de la carga.

ƒ 13/14-Interruptor para seleccionar el modo de trabajo de las dos salidas regulables entre: independiente, serie o en paralelo.

ƒ 15-Terminal negativo de la salida Master. Se ha de conectar al terminal negativo de la carga.

ƒ 16- Terminal de tierra de la salida Master. La carcasa está conectada a tierra

ƒ 17- Terminal positivo de la salida Master. Se ha de conectar al terminal positivo de la carga.

ƒ 18- Indicador del estado de salida Master en corriente.

ƒ 19- Indicador del estado de salida Master en tensión.

ƒ 20-Terminal negativo de la salida de Corriente Continua de 5V. Se ha de conectar al terminal negativo de la carga.

ƒ 21- Terminal positivo de la salida de Corriente Continua de 5V. Se ha de conectar al terminal positivo de la carga

ƒ 22-Ajuste de tensión de la salida Master.

ƒ 23-Ajuste de la corriente de la salida Master.

Puesto que los elementos electrónicos que contiene la fuente producen calor que se ha de disipar, se ruega no tapar las rejillas de ventilación que tiene la fuente tanto en la parte superior como en los laterales.

1.3. Generador de Funciones

Es un instrumento que permite generar señales con características de forma, amplitud y frecuencia determinadas por el usuario.

Es capaz de proporcionarnos una onda senosoidal, cuadrada, triangular, pulso o rampa entre 0,1 Hz y 2MHz.

La salida se puede ajustar entre 5 mVp-p hasta 20 Vp-p (pico a pico). 1.3.1. Vista Frontal y Trasera (Apéndice 3)

1. AMPLITUD. Mando de amplitud de la señal de salida.

2. FUNCIÓN. Presionando uno de esos botones seleccionamos la forma de la onda de salida. Sólo se puede haber pulsado uno de ellos a la vez

3. FRECUENCIA. Sirve para variar la frecuencia de salida en conjunción con el mando (4) Rango.

4. RANGO. Sirve para establecer el rango de frecuencias de salida. La frecuencia será el producto del valor del mando (3) por el valor del rango en el que me encuentre.

5. RAMPA/PULSO. Este interruptor sirve para ajustar el ciclo de trabajo de las formas de onda cuadrada/pulso y triángulo/rampa. Cuando el mando está pulsado el ciclo de trabajo está fijado al 50%. Cuando tiramos del mando hacia nosotros, el ciclo de trabajo puede ajustarse entre el 20 y el 80% sin que cambie la frecuencia.

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6. ATENUACIÓN. Cuando el botón está hacia fuera, la señal es entregada a la salida sin cambios. Pero si pulsamos el botón, la señal de salida se atenúa en 30dB.

7. DC OFFSET. Este mando permite una tensión variable entre –10V. hasta +10V. a añadir a la señal de salida. Hay que tirar del mando hacia nosotros para que sea efectivo.

8. POWER ON. Enciende y apaga el equipo, que se denota por el led siguiente (9).

9. LED INDICADOR DE ENCENDIDO. Este led se enciende cuando el Interruptor (8) está pulsado.

10.SYNC. Este conector proporciona una señal TTL compatible. La salida no se ve afectada ni por la selección de la FUNCIÓN (2) ni por los controles de Amplitud (1). La frecuencia de salida es la misma que proporciona el conector de salida (12) y no se ve afectada por el ajuste RAMPA/PULSO (5).

11.V.C.F. IN. Se puede introducir un a tensión entre 0 y +5V de corriente contínua para la controlar la frecuencia de salida de 1000:1.

12.OUTPUT. Este conector BNC proporciona la señal de salida para todas las formas de ondas.

13.INTERRUPTOR DE SELECCIÓN DEL VOLTAJE. En la parte trasera.

14.ZOCALO CON PORTAFUSIBLE. Existen dos fusibles, uno es de repuesto.

Antes de ponerse a trabajar con él hay que fijarse en los botones que tienen dos posiciones, como el de atenuación, para ver que se encuentren en la posición correcta.

1.4. Multímetro

Un multímetro es un aparato que sirve para realizar diversas clases de medidas eléctricas, como tensión, corriente, frecuencia, resistencia, capacitancia, y además sirve para comprobar diodos y continuidad.

El que vamos a utilizar tiene cuatro entradas perfectamente identificadas en las que hemos de introducir las dos sondas suministradas, dependiendo de la medición que vayamos a efectuar.

Tenemos que tener en cuenta que al medir con un multímetro, por ejemplo una onda senoidal, nos mide el valor eficaz, no el de pico a pico, que es mostrado por el osciloscopio.

En nuestro caso el multímetro a utilizar es de marca FLUKE modelo 79 III de fácil manejo. Por un lado tiene una ruleta, con la que elegimos la magnitud de la medida a realizar, sirviendo de interruptor de apagado y encendido. Al acabar su uso ponerlo en posición OFF

para que no se descargue la batería interna.

Además cuenta con 2 botones, uno denominado RANGE y otro multifunción de color amarillo.Cada posición de la ruleta puede realizar dos funciones dependiendo si pulsamos el botón amarillo o no.

Para evitar cortocircuitos, se recomienda al alumno utilizar los alargadores de conexión de color negro para que la referencia de masa del circuito sea la misma para todo el mismo.

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En cuanto a conectores dispone de cuatro: (ver Apéndice 4).

• Común, marcado como COM (Color negro), donde conectaremos la sonda de color negro. • V, Ω, de color rojo, para medidas que no sean de corriente.

• 40mA, para medidas de corriente. • 10 A, para medidas de corriente.

Recordar al alumno que las medidas de tensión se realizan en paralelo en los circuitos, mientras que para las medidas de corriente hay que situar el multímetro en serie con el circuito (abriéndolo).

1.5. Material necesario

Instrumentos de laboratorio Sondas

Cocodrilos, cable rígido y tijeras

Alargadores rojo y negro con conectores banana Manuales de los aparatos descritos

2. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Y PREGUNTAS.

1-Encenderemos el Generador de Funciones y lo ajustaremos para tener una onda senosoidal de frecuencia 50 Hz y valor de pico a pico 10v. Nos ayudaremos del Multímetro para tal fin. A continuación conectaremos esa señal al canal 1 del osciloscopio y dibujaremos la pantalla que nos aparece (incluyendo los “readouts”, escala del eje de tiempos y V/Div):

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Seguidamente conectaremos la fuente de C.C. como fuente independiente y la ajustaremos al valor de 15v. ayudándonos del Multímetro. La conectaremos al canal II del osciloscopio e intentaremos ver las dos señales.

Dibuja el resultado en la pantalla anterior.

2-¿Qué valores marca la fuente en el fluke y en el osciloscopio para la señal del Canal 1 y para la señal del Canal2?

3-¿Qué leds tengo encendidos en la fuente, y qué significan?

Si apago la fuente, ¿desaparece la señal del osciloscopio?

¿Qué ocurre?, ¿Por qué?

¿Qué tengo que hacer para que desaparezca?

4-¿En qué terminales he conectado el osciloscopio?

¿En qué posición he situado el mando del fluke?

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5-Ahora, suelta las sondas de la fuente y coloca los botones “Tracking”de la fuente en posición serie, ¿qué observas en la salida Master y Esclava midiendo con el Fluke?

¿Y si muevo el mando de la esclava, qué ocurre en las salidas?, ¿por qué?

6-Ahora coloca las dos fuentes en paralelo cada uno a 15v de cc., ¿qué ocurre en las salidas cuando muevo el mando master?, ¿por qué?

¿Y si muevo el mando de la esclava, qué ocurre en las salidas?, ¿por qué?

7-Entonces, ¿cuál es la diferencia entre la configuración serie y paralelo?

8-¿Cuál es la V eficaz de la señal del generador de funciones?

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9- Modifica la frecuencia y el valor de pico a pico de la señal del generador de funciones y comprueba su valor eficaz con el multímetro tanto en tensión como en frecuencia. Indica que valores tomas para realizar este apartado.

10-Si quiero generar una onda cuadrada de 300 mHz ¿qué configuración he de poner en el generador de funciones? Especifica la posición de los mandos y teclas afectados.

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