TEMA: RECONOCIMIENTO DE MATERIALES E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO

1. OBJETIVOS

Familiarizar al estudiante en el uso del protoboard y elementos eléctricos. Familiarizar al estudiante en el uso de instrumentos de medida en el laboratorio.

2. EQUIPO NECESARIO

Fuente DC. Protoboard Multímetro Cables conductores Diodo LED Resistencias: 100 Ω ,1 KΩ, 10 KΩ, 100 KΩ, 220 Ω, 470 Ω, 5.6 KΩ, 330 KΩ, 1 MΩ.

3. PROCEDIMIENTO

El profesor dará las instrucciones necesarias para realizar las siguientes actividades:

3.1 Medir los valores de cada una de las resistencias con el óhmetro. Anote los valores.3.2 Armar en el protoboard cada uno de los circuitos mostrados en la figura.3.3 Utilizar el multímetro para medir los voltajes en los elementos de cada uno de los circuitos. Observe y anote los resultados. 3.4 Incremente en cada uno de los circuitos el valor de la fuente a 20 [V] ó 30 [V]. Observe y anote qué ocurre. 3.5 En el circuito con el diodo observar los voltajes en condiciones de cortocircuito y circuito abierto. Anote qué ocurre.

CIRCUITO 1FUENTE R1=100KΩ R2=467KΩ

10V 1,63V 7,6V20V 3,26V 15,18V30V 4,89V 22,8V

CIRCUITO 2FUENTE R1=100KΩ R2=467KΩ R3=4,6KΩ

10V 9,48V 0,44V 0,44V20V 19,12V 0,84V 0,84V30V 28,6V 1,3V 1,3V

CIRCUITO 3

FUENTER4=196

Ω Diodo LED10V 7,54V 2,58V

CORTOCIRCUITO10V 10V 0V

4. ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 Compare los valores medidos, con los valores especificados en las resistencias. Calcule errores de las mediciones y comente los resultados.

Circuito 1 y 2

Resistencia 1

Resistencia 2

Resistencia 3

Circuito 3

Resistencia 1

Se puede observar que el margen de error medido en las resistencias es pequeño, por lo que no existe mayor variación entre el valor teórico y el valor medido.

4.2 Comente los resultados observados en los ítems 3.3 3.4 y 3.5 del procedimiento.

Circuito 1: En este circuito se observó que en la resistencia de mayor valor hay un voltaje mayor, al aumentar el voltaje las resistencias se calientan en incluso se percibe un olor a quemado cuando la fuente está a 30v, esto sucede cuando elevamos el voltaje y la potencia es mayor de lo que puede soportar la resistencia. Circuito 2: En este circuito observamos que cuando 2 resistencias están en paralelo el voltaje es el mismo para las dos, es decir no se divide.Circuito 3: En este circuito se observó que el valor de voltaje de la resistencia es menor al voltaje generado por la fuente, mientras que el valor del voltaje del diodo led es la diferencia del voltaje de la fuente y la resistencia. Al provocar un cortocircuito el valor de la resistencia es el mismo del voltaje generado por la fuente y para el diodo led el voltaje es 0 ya que se produce una continuidad en el circuito y se elimina la función del diodo led.

4.3 Indique su concepto de cortocircuito y circuito abierto en base a lo observado en la práctica.

Cortocircuito es un fallo por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo al neutro o tierra entre polos opuestos en el caso de corriente continua.

Circuito abierto es un circuito en el cual no circula la corriente eléctrica por estar éste interrumpido o no comunicado por medio de un conductor eléctrico. El circuito al no estar cerrado no puede tener un flujo de energía que permita a una carga o receptor de energía aprovechar el paso de la corriente eléctrica y poder cumplir una determinada función.

5. CUESTIONARIO

En la modalidad de trabajo de consulta, investigar la naturaleza y especificaciones técnicas generales de los elementos siguientes:

RESISTORSon componentes diseñados para ofrecer una cierta oposición al paso de la corriente. Físicamente están hechas de carbono o de metal. Se usa principalmente para limitar o controlar la cantidad de corriente que circula a través de un circuito.

Estas pueden ser de diferentes tipos, dependiendo de los materiales utilizados en su fabricación, el método de montaje, la capacidad de disipación de potencia y otros criterios.

CAPACITOR

También llamado condensador. Son componentes diseñados para almacenar temporalmente energía eléctrica en forma de voltaje. Físicamente están formados por dos placas metálicas separadas por un aislante. Al aplicar una diferencia de tensión entre las dos placas o armaduras pasan electrones de una armadura a la otra, originándola carga de capacitor. La relación entre la carga que adquieren las armaduras y la diferencia de tensión aplicada se llama capacidad y se mide en faradios.

Cuando se le aplica a un capacitor una diferencia de tensión de corriente continua se cargan sus armaduras hasta alcanzar la máxima tensión que se les aplica En este punto dejan de pasar electrones desde la armadura a la otra, por eso se dice que bloquea o no deja pasar la corriente continua. En realidad la deja pasar un primer instante hasta que la carga del capacitor contrarresta la diferencia de tensión.

El tiempo que tarda en cargarse un condensador al conectarle una tensión de corriente continua es proporcional al producto de su capacidad por la resistencia del circuito.

INDUCTOR

Consiste en un hilo de cobre enrollado en forma de espiras sobre un soporte cilíndrico. Su propiedad más importante es la de comportarse como un imán cuando por ella circula un intensidad de corriente.

Frente a la corriente continua la bobina se comporta como un hilo conductor de muy baja resistencia, porque al ser la corriente constante no se producen efectos de autoinducción.La bobina funciona al revés que el capacitor con la corriente continua, pues la deja pasar en lugar de bloquearla.

Si se aplica a una bobina una corriente alterna varía el magnetismo que genera y el que corta a la misma bobina apareciendo el fenómeno de la autoinducción que presenta una cierta resistencia al paso de la corriente alterna, que recibe el nombre de reactancia inductiva.

XL=2.π.f.L

Siendo XL la reactancia inductiva en Ω, f la frecuencia y L el coeficiente de autoinducción de la bobina medido en Henrios.

Frente a la corriente alterna, la bobina al revés que el capacitor presenta mayor resistencia cuando mayor sea la frecuencia.

CIRCUITOS INTEGRADOS

Es una pastilla o chip que generalmente es de silicio o de algún otro material semiconductor, en la que se encuentran todos o casi todos los componentes electrónicos necesarios para realizar alguna función. Estos componentes son transistores en su mayoría, aunque también contienen resistencias, diodos, condensadores, etc.

El chip está alojado en una cápsula plástica o metálica la cual además de protegerlo, proporciona los pines o terminales de conexión que posibilitan su comunicación externa.

Vienen en una gran variedad de encapsulados, siendo la común el encapsulado de doble fila o DIP. En este tipo de representación, los pines se numeran en sentido antihorario comenzando por el pin 1, la posición de este se indica mediante un pequeño punto impreso en la cápsula.

En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:

Circuitos integrados analógicos: Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, reguladores de voltaje, osciladores o incluso receptores de radio completos.

Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde simples son puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados como los microprocesadores.

FUENTE DE PODER

En electrónica, una fuente de poder es un circuito que convierte la tensión alterna de la red industrial en una tensión prácticamente continua.

Una especificación fundamental de las fuentes de poder es el rendimiento, que se define como la potencia total de salida entre la potencia activa de entrada.

El factor de potencia es la potencia activa entre la potencia aparente de entrada. Es una medida de la calidad de la corriente.

Aparte de disminuir lo más posible el rizado, la fuente debe mantener la tensión de salida al voltaje solicitado independientemente de las oscilaciones de la línea, regulación de línea o de la carga requerida por el circuito, regulación de carga.

Las fuentes de poder se pueden clasificar atendiendo a varios criterios:

Fuentes analógicas: sus sistemas de control son analógicos.

Fuentes de alimentación continuas: Usualmente la entrada es una tensión alterna proveniente de la red eléctrica comercial y la salida es una tensión continua con bajo nivel de rizado. Constan de tres o cuatro etapas. Sección de entrada compuesta principalmente por un rectificador, también tiene elementos de protección como fusibles, varistores, etc. Regulación su misión es mantener la salida en los valores prefijados. Salida su misión es filtrar, controlar, limitar, proteger y adaptar la fuente a la carga a la que esté conectada. Este tipo de fuentes pueden ser tanto lineales como conmutadas. Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y

mejores características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor costo y tamaño.

Fuentes de alimentación alternas: Su salida es alterna y puede ser tanto monofásica como trifasica. Su mayor aplicación es el ensayo de otros equipos. Su esquema es un generador de ondas. Puede ser también la mejor.

GENERADOR DE SEÑALES

Un Generador de señales es un aparato electrónico que produce ondas cuyas frecuencias

son ajustables en un amplio rango. Las salidas más frecuentes son: senoidales, cuadradas,

dientes de sierra, y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen

pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.

Este generador de señales, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre

0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada

tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de

offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados

por el usuario.

OSCILOSCOPIO

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.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir.

El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).

Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia.

MULTÍMETRO

Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y ohmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.

Existen distintos modelos que incorporan además de las tres funciones básicas antes citadas algunas de las siguientes:

Un comprobador de resistencia, que emite un sonido cuando el circuito bajo prueba no está interrumpido o la resistencia no supera un cierto nivel. (También puede mostrar en la pantalla 00.0, dependiendo el tipo y modelo). Presentación de resultados mediante dígitos en una pantalla, en lugar de lectura en una escala. Amplificador para aumentar la sensibilidad, para la medida de tensiones o corrientes muy pequeñas o resistencias de muy alto valor. Medida de inductancias y capacitancias. Comprobador de diodos y transistores. Escalas y zócalos para la medida de temperatura mediante termopares normalizados.

ANALIZADOR DE ESPECTROS

Un analizador de espectro es un equipo de medición electrónica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales en un espectro de frecuencias de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acústicas u ópticas.

En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dBm del contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el número de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla. A menudo se mide con ellos el espectro de la potencia eléctrica. En la actualidad está siendo reemplazado por el analizador vectorial de señales.

Hay analizadores analógicos y digitales de espectro:

Un analizador analógico de espectro es un equipo electrónico que muestra la composición del espectro de ondas eléctricas, acústicas, ópticas, de radio frecuencia, etc. Contrario a un osciloscopio un Analizador de Espectros muestra las ondas en el dominio de frecuencia en vez del dominio de tiempo. Puede ser considerado un voltímetro de frecuencia selectiva, que responde a picos calibrados en valores RMS de la onda. Los analizadores análogos utilizan un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya frecuencia central se afina automáticamente dentro de una gama de fija. También se puede emplear un banco de filtros o un receptor superheterodino donde el oscilador local barre una gama de frecuencias. Algunos otros analizadores como los de Tektronix utilizan un hibrido entre análogo y digital al que llaman "tiempo real" analizador de Espectros. La señales son convertidas a una frecuencia mas baja para ser trabajadas con técnicas FFT o transformada rápida de Fourier descubiertas por Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830.

Un analizador digital de espectro utiliza la (FFT), un proceso matemático que transforma una señal en sus componentes espectrales. Algunas medidas requieren que se preserve la información completa de señal - frecuencia y fase este tipo de análisis se llama vectorial. Equipos como los de Agilent Technologies (antiguamente conocidos como Hewlett Packard) usan este tipo de análisis. Ambos grupos de analizadores pueden traer un generador interno incorporado y así poder ser usados como un simple analizador de redes.

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 deflección 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 deflección 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.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El protoboard es una placa de pruebas que tiene como componentes a las fuentes DC, AC, tierra, bloques de plástico perforados y numerosas láminas delgadas que unen dichas perforaciones; puede tener una base plástica o metálica y generalmente se le utiliza para armar prototipos de circuitos eléctricos.

Los elementos eléctricos se deben conectar en láminas distintas para evitar un cortocircuito, o en la misma lámina pero en forma vertical.

Los distintos elementos eléctricos usados en la elaboración de un circuito eléctrico tienen características y funciones propias que deben ser tomadas en cuenta para evitar un mal funcionamiento a daño de los mismos.

Un multímetro es un instrumento electrónico con puertos positivo y negativo, que permite medir el voltaje, corriente y el valor de las resistencias, a fin de que los circuitos eléctricos sean armados de acuerdo al diseño propuesto.

Las fuentes positiva y negativa de la protoboard son el punto de partida para generar tanto las líneas positivas como negativas que se construyan en el circuito, cuya continuidad será medida con la utilización de un multímetro.

La fuente genera un voltaje o una corriente eléctrica que circularán a través del circuito eléctrico permitiendo con ello medir el valor del voltaje y la corriente en cada resistencia.

El voltaje en un circuito en paralelo es el mismo y en un circuito en serie es distinto. No se debe exceder en el voltaje que una resistencia puede soportar ya que esta se

puede quemar como fue el caso del tercer circuito en el que se utilizo una resistencia y un diodo led con un voltaje de 30 V desde la fuente. Para el caso, en que se provocó un cortocircuito el voltaje de la resistencia se torna igual al de la fuente, ya que el voltaje generado por la fuente circula en forma continua por el circuito eliminando el trabajo que realizaba el diodo led.

Tener cuidado con las puntas que estén conectadas a la fuente ya se puede causar un corto circuito y verificar que los instrumentos estén correctamente calibrados para evitar errores en las mediciones de los diferentes parámetros.

7. REFERENCIAS

Fuentes Bibliográficas

HERNÁNDEZ, Jorge REVISTA ELECTÓNICA MODERNA CEKIT S.A., Pereira-Colombia, 1998

Fuentes Electrónicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/generador.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro http://es.wikipedia.org/wiki/Vat%C3%ADmetro