lab. circuitos electronicos i - 1.- instrumentos de medicion

7/29/2019 Lab. Circuitos Electronicos I - 1.- Instrumentos de Medicion

http://slidepdf.com/reader/full/lab-circuitos-electronicos-i-1-instrumentos-de-medicion 1/12

I. TEMA: USO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

II. OBJETIVOS:

a. Entrenar al alumno en el uso correcto del MULTIMETRO (VOM) y el OSCILOSCOPIO

(ORC), como instrumentos de medida.

b. Entrenar al alumno en el uso correcto de la FUENTE DC DE VOLTAJE AJUSTABLE y

el GENERADOR DE SEÑALES MULTIFUNCIONES (AF), para circuitos electrónicos

activos.

c. Conocimiento de las especificaciones técnicas y características eléctricas de los

Instrumentos y Equipos anteriores.

III. INTRODUCCIÓN TEÓRICA:

Multimetro:

Es un aparato muy versátil, que se basa en la utilización de un instrumento de medida, un

galvanómetro muy sensible que se emplea para todas las determinaciones. Para poder medir

cada una de las magnitudes eléctricas, el galvanómetro se debe completar con un determinado

circuito eléctrico que dependerá también de dos características del galvanómetro: la resistencia

interna (Ri) y la inversa de la sensibilidad. Esta última es la intensidad que, aplicada

directamente a los bornes del galvanómetro, hace que la aguja llegue al fondo de escala. Además

del galvanómetro, el polímetro consta de los siguientes

elementos: La escala múltiple por la que se desplaza una sola

aguja permite leer los valores de las diferentes magnitudes en los

distintos márgenes de medida. Un conmutador permite cambiar

la función del polímetro para que actúe como medidor en todas

sus versiones y márgenes de medida. La misión del conmutador

es seleccionar en cada caso el circuito interno que hay que

asociar al instrumento de medida para realizar cada medición.

Dos o más bornas eléctricas permiten conectar el polímetro a los

circuitos o componentes exteriores cuyos valores se pretenden

medir. Las bornas de acceso suelen tener colores para facilitar la corrección de las conexiones

exteriores. Cuando se mide en corriente continua, suele ser de color rojo la de mayor potencial (

o potencial + ) y de color negro la de menor potencial ( o potencial - ). La parte izquierda de la

figura (Esquema 1) es la utilizada para medir en continua y se puede observar dicha polaridad. La

parte derecha de la figura es la utilizada para medir en corriente alterna cuya diferencia básica es

que contiene un puente de diodos para rectificar la corriente y poder finalmente medir con el

galvanómetro. El polímetro está dotado de una pila interna para poder medir las magnitudes

pasivas. También posee un ajuste de cero necesario para la medida de resistencias.



Diseño de un multímetro

MEDICIONES

VOLTAJE

Comenzamos con la medición del voltaje en una pila

de 1,5 Volt, algo gastada, para ver en qué estado se

encuentra la misma. Para realizar la medición de voltajes,

colocamos la llave selectora del multímetro en el bloque

“DCV” siglas correspondientes a: Direct Current Voltage, lo

que traducimos como Voltaje de Corriente Continua, puesto

que la pila constituye un generador de corriente contínua.

Colocamos la punta roja en el electrodo positivo de la

pila, la punta negra en el negativo, la llave selectora en l a posición “2,5“ y efectuamos lamedición.

CORRIENTE

El circuito propuesto está formado por un generador (batería de 9 Volt), dos resistores (R1

y R2), conectados en serie. Sabiendo que en un circuito serie, la corriente es la misma en todos

sus puntos, podríamos colocar el miliamperímetro en

cualquier lugar del circuito, por ejemplo.

Antes de R1, entre R1 y R2, o después de R2.

En primer lugar colocamos la punta roja en el terminalpositivo del instrumento y la punta negra en el Terminal

negativo. Luego debemos intercalar el amperímetro en el

circuito de modo que la corriente pase por él; es decir que el

amperímetro debe conectarse en serie con los demás componentes del circuito en los que se

quiere medir la corriente, tal como se muestra en la figura 3.

El circuito fue abierto a fin de conectar las puntas de prueba del amperímetro, de manera

que el instrumento quede en serie con el circuito.



RESISTENCIA

Para esta función, el instrumento tiene una fuente de tensión continua de 1,5V (pila de

zinc-carbón) u otro valor, para generar una corriente cuyo valor dependerá de la resistencia del

circuito, y que será medida por la bobina.

Se usa la escala superior, que crece numéricamente de derecha a izquierda para leer losvalores de resistencia expresados en Ohm. Siempre debemos calibrar el instrumento con la

perilla “ajuste del óhmetro”.

Para realizar la calibración, las puntas de prueba deben ponerse en contacto, lo cual

significa poner un cortocircuito entre los terminales

del instrumento, esto implica que la resistencia

conectada externamente al óhmetro es nula en estas

condiciones, y por lo tanto la aguja debe marcar:

cero ohm. Para ello variamos el potenciómetro “ohm

adjust” -en inglés- hasta que la aguja se ubique justo

en el “0” ; en ese momento, estará circulando por labobina del intrumento, la corriente de deflexión a plena escala.

Cuando conectamos las puntas de prueba a un resistor R, la corriente por el galvanómetro

disminuirá en una proporción que depende del valor de R; de ahí que la escala de resistencia

aumente en sentido contrario al de corriente.

Para medir resistores de distinto valor, existen 2 ó 3 rangos en la mayoría de los óhmetros

marcados de la siguiente manera: x1, x10, x100 y x1k.

Si la llave selectora está en “x 1” el valor leído será directamente en ohm; si está en “x 10”,

debemos multiplicar el valor medido por 10 para tener el valor correcto en ohm; y si está en “x

1k”, la lectura directa nos da el valor correcto de resistencia en kOhm.

OSCILOSCOPIO DE RAYOS CATODICOS

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica

de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal,

frecuentemente junto a un analizador de

espectro.

En la actualidad los osciloscopios

analógicos están siendo desplazados en

gran medida por los osciloscopios digitales,

entre otras razones por la facilidad depoder transferir las medidas a una

computadora personal o pantalla LCD.

En el osciloscopio digital la señal es

previamente digitalizada por un conversor

analógico digital. Al depender la fiabilidad

de la visualización de la calidad de este

componente, esta debe ser cuidada al máximo.



Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son

aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el

disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la

memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas

realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan

etapas analógicas y digitales.La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma

determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada

generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).

La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por

FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del

conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como

memoria, buffers, entre otros.

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con

circuitería analógica, como los siguientes:

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor

eficaz.

Medida de flancos de la señal y otros intervalos.

Captura de transitorios.

Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. también sirve para

medir señales de tensión

WATIMETRO

Y el Vatimetro es un aparato para medir la potencia de una corriente eléctrica,generalmente en vatios. 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. Unacorriente 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 elmismo circuito.

GENERADOR DE FUNCIONES

ONDA SENOIDAL

Una onda senoidal se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se

presiona la opción de onda senoidal en el botón de función y cuando cualquier botón del rango

de frecuencia está también presionado.

Para obtener una señal senoidal, se deben seguir las siguientes instrucciones:

Control Instrucción

Botón de encendido (Power button) Encendido (presionado)Botón de rango (Range button) Botón de 1 KHz presionaldoControl de ciclo de máquina (Duty Control) PresionadoControl de offset en DC (Dc Offset Control) PresionadoControl de amplitud (Amplitude Control) PresionadoBotón de inversión (Invert button) No presionadoBotón de voltaje en la salida (Volts out button) No presionado (posición de 0-20)Botón de funciones Presionar el botón senoidal

Botón de barrido (Sweep button) No presionadoLínea de selección de voltaje (Line voltage selector) Checar la salida de voltaje para el

rango de salida

Fija la perilla de volts por división (VOLTS/DIV) a 2 V, la perilla de segundos por división

(SEC/DIV) a 0.2 ms y el resto de los controles en la posición de operación normal.

La frecuencia de salida puede ser calculada tomando el recíproco del período de la forma

de la señal.

La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando un contador de

frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de funciones directamente al

contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida del generador de funciones al

osciloscopio y al contador al mismo tiempo.

Cuando se familiariza con la configuración para lograr una señal senoidal a la frecuencia

del ejemplo anterior, cambie el rango de frecuencias y rote el disco de frecuencias, observando

el osciloscopio o el display del contador. Lea el voltaje de salida del generador conectando a éste

un multímetro, situado en la función de voltaje en AC (AC Volts). Con esto, será posible leer el

valor rms de la señal senoidal y compararla con la señal pico a pico (p-p) vista en el osciloscopio.

El valor rms debe ser 0.3535 veces el valor p-p visto en el osciloscopio. Las ondas senoidales son

utilizadas para checar circuitos de audio y de radio frecuencia.



IV. MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO:

1. Un ORC.

2. Una Fuente DC de Voltaje Ajustable

3. Un Generador de Señales Multifunciones AF.4. Un Multímetro (VOM) Digital

5. Resistores Fijos: 220Ω, 1KΩ, 330KΩ y 1MΩ (47.0Ω y 22Ω)

6. Un Miliamperímetro DC.

7. Un Microamperímetro DC.

8. Un Voltímetro Analógico DC.

9. Cables de Conexión (8 Cocodrilo-Banano, 3 Coaxiales, 3 Cordones AC)

10. Un Watímetro DC.



V. PROCEDIMIENTOS:

1. Verificar los Resistores fijos con el Ohmímetro. Llenar la Tabla 1.

2. Armar el circuito de la Figura 1:

a. Colocando el Voltímetro Digital en la escala adecuada, observar y medir las tensiones en

R1 y R2. Llenar la Tabla 2.a.b. Cambiando a otros rangos de Voltaje, medir nuevamente las tensiones en R1 y R2,

llenando la Tabla 2.a.

c. Medir la corriente en el circuito seleccionando las escalas adecuadas en el

Miliamperímetro (que está conectado en serie), sin tener conectado al Voltímetro en el

circuito; llenar la Tabla 2.b.

d. Conectar de manera combinada el Voltímetro (Multímetro) y Miliamperímetro Analógico

en el circuito de la Figura 1, observar, medir en los rangos adecuados; anotando los datos

en la Tabla 2.c.

e. Usar el Watímetro en este circuito y llenar la Tabla 2.e y la Tabla 2.f.

3. Armar el circuito de la Figura 2:

a. Repetir los pasos a, b, c y d anteriores; llenando las Tablas 3.a, 3.b y 3.c.

b. Interpretar los resultados obtenidos.

4. Poner en funcionamiento el ORC mediante el procedimiento adecuado, luego:

R1

1k

D C

V

N O

D A T A

DC A

NO DATA

+ V1

12V

R2

1k

R4

1k

R3

1k

+ V2

10V

DC A

NO DATA

D C

V

N

O

D A T A



a. Armar el esquema de la Figura 3.

b. Moviendo el control de Volt/Div. Del ORC obtener una señal sin distorsión y medir sus

características; luego medir el voltaje alterno (c.a.) con un Voltímetro anotando sus

datos en la Tabla 4.

c. Armar el esquema de la Figura 4, consultando los datos para los equipos con el

docente de laboratorio.

d. Observar y medir la forma de onda total en el ORC.

e. Sin alterar el circuito; usando los interruptores de control adecuados, observar y medir

el voltaje alterno puro; llenar datos en la Tabla 4.

VI. DATOS OBTENIDOS:

TABLA 1: Valores de los Resistores Fijos:

Resistores R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω) R4 (Ω) R5 (Ω) R6 (Ω)

Teóricos 220 1K 1M 330K 22 34.7

Medidos 222.6 0.99K 99K 316K 25.8 27.3

TABLA 2.a: Con Viltímetro Digital:

Escalas 40 v. 400 v. 1000 v. TeóricosV (R1) 2.18v 2.2v 2v 2.164v

V (R2) 9.8v 9.8v 10v 9.836v

TABLA 2.b: Con Miliamperímetro DC:

Escalas 10mA 30mA 100mAI(mA) 10mA 10.05mA 10mA



TABLA 2.c: Con Voltímetro y Miliamperímetro:

Rangos V 10 v 30 v 100 v I Teórico

Resistor R1 R2 R1 R2 R1 R2 IT(mA)

Is(10mA) 2.1v10mA

9.7v 2.0v10mA

9.9v 1.9v10.5mA

9.1v9.836mA

Is(30mA) 2.15v10.5mA

9.7v 2.05v10.5mA

9.8v 1.9v10.5mA

9.1v

TABLA 2.d: Cálculo de Potencias (mW):

Rangos V 10 v 30 v 100 vResistor R2 P1(mW) P2(mW) P3(mW)

Is(10mA) 97mW 99mW 95.55mW

Is(30mA) 101.85mW 102.9mW 95.55mWP Teórica (mW) 96.746mW

TABLA 2.f : Con Voltímetro y Miliamperímetro:

Rangos V 10 v 30 v 100 v

Resistor R5 R6 R5 R6 R5 R6

Is(300mA) 5.49v247mA

6.4v 5.25v246mA

6.15v 5.1v246mA

6.1v

Is(1000mA) 5.5v245mA

6.35v 5.2v245mA

6.25v 5.1v245mA

6.0v

TABLA 2.g: Cálculo de Potencias (W):

Rangos v 10 v 30 v 100 v

Resistor R5 R6 R5 R6 R5 R6Is(300mA) 1356.03mW 1580.8mW 1291.5mW 1512.9mW 1254.6mW 1500.6mW

Is(1000mA) 1347.5mW 1555.75mW 1274mW 1531.25mW 1249.5mW 1470mW

TABLA 3.a: Con Voltímetro Digital:

Escalas 10 v 100 v 1000 vV(R3) 7.35v 7.3v 7v

V(R4) 2.36v 2.3v 2v

TABLA 3.b: Con Microamperímetro:

Escalas 30 µA 100 µA 300 µA I TeóricoI(µA) 7.5 µ 7.8 µ 7.5 µ 7.581 µ



TABLA 3.c: Con Multímetro y Microamperímetro:

Rangos V 3V 10V 30V

Resistor R3 R4 R3 R4 R3 R4

Is(30uA) 0.1V2.1V

9.7uA 0.3V2.1V

9.7uA 0.8V2.1V

9.5uA

Is(100uA) 0.1V2.1V

9.9uA 0.3V2.1V9.9uA 0.8V

2.1V9.8uA

Is(300uA) 0.1V2.1V

9.9uA 0.3V2.1V

10uA 0.8V2.1V

9.9uA

TABLA 4 Con ORC y Voltímetro AC:

SEÑAL FORMA DE ONDA AMPLITUD PERIODO NIVEL CC VOLTAJEAC VOLTIM.AC

b. Senoidal 2.52V O.5 ms 0.08V 1.72 1.74

c. Senoidal 3.56V 0.5 ms 1.04V 2.04 1.745

VII. CUESTIONARIO FINAL:

1. Se puede inferir que de los datos obtenidos en la práctica respecto a los datosobtenidos teóricamente, cometimos un error no más del 2%, quiere decir que nuestra

experiencia fue del casi 100% correcto.

2. Explicar El Efecto Carga de los Instrumentos de Medida DC.

El efecto de carga de los instrumentos de medida DC están relacionados a unconcepto muy importante como la sensibilidad.

SENSIBILIDAD en un instrumento de medición es la relación que existe entre la variacióndel instrumento y la del efecto medido. Es la magnitud más pequeña que puede medir elinstrumento o también se define como la sumatoria de las resistencias respecto a la escalaseleccionada en un voltímetro multirango siempre es una constante, ésta a menudo se conoce

como sensibilidad S o cifra ohm/volt de un voltímetro. S es esencialmente él recíproco de lacorriente de deflexión a plena escala del movimiento básico, esto es:

EFECTO DE CARGA. La cifra O/V de un voltímetro de cc es un factor importante cuando se

selecciona un medidor para determinadas mediciones de voltaje. Un medidor de baja cifra O/V



puede dar lecturas correctas cuando se miden voltajes en circuitos de baja resistencia; pero

éste produce lecturas erróneas en circuitos de alta resistencia. Cuando se conecta un

voltímetro, a través de dos puntos en un circuito altamente resistivo, actúa como un derivador

para esa parte del circuito y por lo tanto reduce la resistencia equivalente en esa parte del

circuito. El medidor indicará un voltaje menor del que realmente existe antes de conectar el

medidor. A este efecto se le llama efecto de carga del instrumento; y lo causan principalmenteinstrumentos de baja sensibilidad o cifra O/V.

Haciendo los respectivos cálculos para la tabla 2d:

Rangos V 10 v 30 v 100 vResistor R2 P1(mW) P2(mW) P3(mW)

Is(10mA) 97mW 99mW 95.55mW

Is(30mA) 101.85mW 102.9mW 95.55mW

P Teórica (mW) 96.746mW

Ahora hallaremos los errores relativos de cada una de las potencias calculadas:

Haremos un cuadro con los valores hallados:

ERRORES RELATIVOS (ER)

Rangos V 10V 30V 100V

R2 ER= 11,12 ER= 21,22 ER= 31,32

3. Referido al paso 4.b, usando los resultados obtenidos con el ORC, calcular el valor

eficaz y compararlos con los del multímetro.

Vmax Veficaz V voltímetro

2.52 1.79 1.74

3.56 2.52 1.74



VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

La sensibilidad del voltímetro Analógico es la especificación eléctrica más importante de

este instrumento, nos permite proveer el grado de error sobre el circuito que se está

midiendo; observándose que para valores altos de sensibilidad, menor será el efecto cargadel voltímetro.

Para mediciones de voltaje es recomendable utilizar instrumentos con una sensibilidad del

orden de 20 KΩ/v para aplicaciones en los Laboratorios de Circuitos Electrónicos.

Se confirma que para el caso de los Miliamperímetros y Microamperímetros Analógicos la

calidad de estos instrumentos estará determinada por la combinación de máxima

sensibilidad con mínimo voltaje de trabajo del medidor de bobina móvil, para que tengan

el mínimo efecto de carga posible.

Para mediciones de corriente con Microamperímetro Analógicos y teniendo en cuenta el

mínimo efecto de carga posible, es recomendable utilizar Microperímetros con una

sensibilidad mínimo de 50 KΩ/v y un voltaje de trabajo del medidor de bobina móvil

máximo de 100mV, o se debe evaluar esta característica de acuerdo a las necesidades.

Para mediciones de corriente con Miliamperímetros Analógicos, y teniendo en cuenta los

avances tecnológicos logrados en los últimos años; estos instrumentos deberán tener una

sensibilidad mínimo de 2 KΩ/v y un voltaje de trabajo del Medidor de Bobina Móvil

máximo de 50 mV, para un adecuado trabajo en circuitos electrónicos y eléctricos, o se

debe evaluar esta característica de acuerdo a las necesidades.

De los Miliamperímetros Analógicos Ganz, Yokogawa y Stark, éste último es el que más

efecto de carga introduce.

Con respecto a la sensibilidad de los Miliamperímetros Analógicos Ganz, Yojogawa y Stark,

el segundo tiene la menor sensibilidad.

IX. BIBLIOGRAFÍA:

Manuales de Usuario de los Instrumentos Analógicos DC: GANZ, YOKOGAWA, STARK.

Stanley Wolf: Instrumentación y Mediciones Electrónicas.

http://www.slideshare.net/guestb97266b9/medidas-electricas (medidas eléctricas).

lab. circuitos electronicos i - 1.- instrumentos de medicion

Documents