UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS COORDINACIÓN DE ELECTRÓNICA Y BIOMÉDICA GUÍA DE LABORATORIO Nº 01 CICLO 02-2015

I.   

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Generalidades y Fundamentos de Electrónica. LUGAR DE EJECUCIÓN: Laboratorio de Fundamentos Generales. (Edificio 3, Aula 3.21) TIEMPO ESTIMADO: 3 Horas. ASIGNATURA: Electrónica Analógica Discreta. INSTRUCTOR(ES): William Argueta / Alejandro Velásquez / Luis Kelman Belloso /

OBJETIVOS Instruir al estudiante en la manipulación de las herramientas y equipo del laboratorio. Realizar mediciones de voltaje, corriente y resistencia eléctrica haciendo uso del multimetro. Determinar el valor de una resistencia eléctrica haciendo uso del código de colores.

II. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Se conoce como electrónica al análisis de los electrones y a la aplicación de sus principios en diferentes contextos, por lo que podemos decir, que la noción de electrónica refiere a lo que está vinculado con el electrón y su comportamiento, que es una de las partículas esenciales de los átomos. La ingeniería y la física se encargan del desarrollo y el análisis de los sistemas creados a partir del movimiento y el control de electrones que tienen una carga de electricidad. Los circuitos electrónicos dan la posibilidad de conversión y distribución de energía eléctrica, por lo que se pueden emplear en el procesamiento y el control de información. En general, puede decirse que un sistema electrónico está formado por sensores que reciben las señales físicas y las transforman en señales de corriente o voltaje. Las personas que se desenvuelven en el ámbito de la ingeniería electrónica se dedican al estudio de los dispositivos, circuitos y sistemas electrónicos, incluyendo su análisis, diseño, desarrollo y operación, así como al estudio de los principios sobre los que se basan. Dichos dispositivos, circuitos y sistemas pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. Para la verificación y prueba de los circuitos electrónicos se utilizan diferentes instrumentos que ayudan a verificar su correcto funcionamiento. Estos instrumentos pueden mostrar desde un dato numérico, cuyo valor es proporcional a la variable eléctrica que se mide, hasta una señal analógica que son de utilidad para la verificación de las etapas de un circuito. Entre estos instrumentos podemos señalar:

Osciloscopio

Multimetro

Generador de Funciones

Fuente de Poder

Vatímetro

Analizador de Espectros

Figura 2.1 Equipo e Instrumentos de Medición.

La Breadboard La breadboard es una herramienta muy práctica que permite armar circuitos electrónicos sin necesidad de realizar soldaduras, con lo cual se puede comprobar el funcionamiento de un circuito en específico antes de llevar su armado final en circuito impreso. En la figura 2.2 se muestra como están interconectados los diferentes puntos de conexión internamente, mientras que en la figura 2.3 se muestra como deben ubicarse los elementos sobre la breadboard.

Figura 2.2. Conexiones internas en una breadboard.

Figura 2.3. Conexión de diferentes elementos sobre la breadboard.

El Multimetro Un multimetro, también denominado tester o multitester, es un instrumento que se utiliza para medir diferentes magnitudes físicas tales como corriente, voltaje, resistencia, temperatura, inductancia, capacitancia, y en algunos casos, frecuencia. Su nombre se debe a que puede configurarse para realizar mediciones de cada una de las variables físicas nombradas anteriormente. El uso de este instrumento es muy importante, pues sin él, seria muy difícil el análisis de circuitos eléctricos y dispositivos electrónicos. Por otra parte, es necesario hacer uso correcto del mismo, pues de lo contrario el instrumento puede resultar con daños.

Electrónica Analógica Discreta

2

En la figura 2.4 se muestra el esquema de la parte frontal del multimetro. Cada una de sus funciones se describe a continuación: Parte Frontal del Multimetro

Símbolo de Representación

Descripción

Escala utilizada para la medición de voltaje en corriente directa. Comúnmente la escala varía desde 10mV hasta 600V, dependiendo del fabricante del instrumento. Escala utilizada para la medir el valor real óhmico de una resistencia.

A B

Escala utilizada para la medición de voltaje en corriente alterna. Es preciso tomar precauciones cuando se realicen mediciones en esta escala. Escala utilizada para la medición de corriente directa, normalmente la escala varía desde 20uA hasta 200mA. En algunos aparatos es necesario cambiar de bornera la conexión del terminal de medición positivo cuando se realizan mediciones arriba de los 2A. Tabla 2.1. Descripción de las Funcionalidades del Multimetro.

C

D

Figura 2.4. Vista Frontal de un Multimetro. Escalas y Parámetros de Medición.

Uso de la Unidad de Instrumentación PU-2000 En la figura 2.5 muestra en forma general las partes de la estación de instrumentación a utilizar. Estas se nombran como: 1. Unidad de instrumentación PU-2000 2. Unidad de fuentes de energía 3. Unidad de aprendizaje computarizado PU-2000

Electrónica Analógica Discreta

3

Figura 2.5. Unidad PU-2000. Unidad de Instrumentación PU-2000 La unidad de instrumentación PU-2000 ha sido específicamente diseñada para ser usada con el entrenador por computadora del sistema DEGEM. Posee cuatro partes principales: a) Multimetro digital b) Fuentes de voltaje c) Contador de frecuencias d) Generador de señales: senoidal, triangular y cuadrada Unidad de Aprendizaje Computarizado La unidad PU-2000 constituye el soporte para utilizar la biblioteca EB-2000 de tarjetas de circuitos impresos de laboratorio educativos. La unidad proporciona las tensiones de alimentación y las señales de control requerida por la tarjeta impresa y hace posible la comunicación interactiva entre el alumno y la computadora. Se utiliza una configuración del sistema LMC (Laboratorio Manejado por Computadora), cada alumno tiene su propio número de identificación asignado por el instructor. Voltaje, Corriente y Resistencia Voltaje El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. El voltaje tiene su unidad de medida y ese es el voltio V. Corriente Eléctrica La corriente eléctrica no es más que el flujo de cargas eléctricas (usualmente electrones) a través de un material conductor. Un concepto íntimamente relacionado con el de corriente eléctrica es el de intensidad de la corriente eléctrica, o simplemente intensidad. El concepto de intensidad viene a cuantificar (es decir, a medir) cuán grande o pequeña es una determinada corriente eléctrica. La intensidad tiene su propia unidad de medida. Se trata del amperio, que se denota por A.

Electrónica Analógica Discreta

4

Resistencia La resistencia eléctrica, o simplemente resistencia, es un efecto físico que afecta a la corriente eléctrica. Se trata de una oposición o dificultad que presentan los materiales a que por ellos circule la corriente eléctrica. La unidad de medida llamada ohmio, que se denota por la letra griega omega Ω. El Código de Colores Los resistores son fabricados en una gran variedad de formas y tamaños. En las más grandes, el valor del resistor se imprime directamente en el cuerpo del mismo, pero en los más pequeños no es posible. Para poder obtener con facilidad el valor del resistor se utiliza el código de colores. Sobre estos resistores se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final del resistor. Para una resistencia de cuatro bandas, las dos primeras indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros (factor multiplicador) hay que agregar al valor anterior para obtener el valor final de la resistencia. Si está presente una cuarta banda, esta indica la tolerancia del resistor. Existen otras combinaciones de 5 y 6 bandas. El código de las cinco bandas se utiliza para resistencias de precisión: la 1ª, 2ª y 3ª banda representan las primeras cifras del valor teórico de la resistencia, la cuarta banda, si está presente, representa el factor multiplicador. En las resistencias de 6 bandas, la ultima banda de color especifica el coeficiente térmico expresado en ppm/ºC (partes por millón por cada grado centígrado). Este valor determina la estabilidad resistiva a determinada temperatura.

Figura 2.6. Resistencias y Códigos de Colores.

Color de Banda Valor Numérico

Negro 0

Café 1

Rojo 2

Naranja 3

Amarillo 4

Verde 5

Azul 6

Violeta 7

Gris 8

Blanco 9

Pasos para determinar el valor teórico de una resistencia 1. Escriba el valor numérico correspondiente a la primera banda desde la izquierda. 2. Escriba el valor numérico correspondiente a la segunda banda desde la izquierda. 3. Escriba el número de ceros que indica la banda multiplicadora, la cual representa una potencia de 10. Una banda multiplicadora de color oro índica que el decimal se corre una lugar hacía la izquierda; una banda multiplicadora de plata índica que el decimal se corre dos lugares hacia la izquierda. 4. La banda de tolerancia representa la precisión.

Electrónica Analógica Discreta

5

III.

MATERIALES Y EQUIPO

Nº

1 2 3 4 5

Requerimientos

Cantidad

Unidad PU-2000 Par de puntas para multimetro Breadboard Resistencias de múltiples valores Cable UTP

1 1 1 5 x

IV. PROCEDIMIENTO PARTE I. MEDICIONES DE VOLTAJE EN CORRIENTE DIRECTA Cuando se realizan mediciones de voltaje, es necesario conectar los terminales de medición del multimetro en paralelo con el dispositivo sobre el cual se desea realizar la medición. 1.

Medir el voltaje en cada una de las fuentes de poder de la unidad PU-2000. Ubique las fuentes variables (PS-1 y PS-2) y las fuentes de voltaje fijas. Anotar los valores medidos en la tabla 4.1.1. Fuente de Voltaje

Valor Medido (V)

V (+12V) V (-12V) V (+5V) PS-1 (perilla en posición mínima) PS-1 (perilla en posición intermedia) PS-1 (perilla en posición máxima) PS-2 (perilla en posición mínima) PS-2 (perilla en posición intermedia) PS-2 (perilla en posición máxima) Tabla 4.1.1. Medición de Voltaje en Fuentes de Poder. PARTE II. MEDICIÓN DE RESISTENCIA 1. Para medir la resistencia eléctrica se requiere que el multimetro se configure como óhmetro. Para ello ubique la perilla del mismo en la escala correspondiente. Para medir la resistencia eléctrica se debe conectar el multimetro en paralelo con el dispositivo sobre el cual se desea realizar la medición, para nuestro caso, son resistencias con valores fijos. 2. Enumere las resistencias que su docente le ha proporcionado, y luego complete la tabla 4.2.1 con los datos solicitados (columna valor teórico). Nº de Resistencia

Color Banda 1

Color Banda 2

Color Banda 3

Color banda 4

Valor Teórico (Ω)

Valor Medido (Ω)

Tolerancia

Tabla 4.2.1. Valor teórico y valor medido en resistencias. Electrónica Analógica Discreta

6

3.

Haciendo uso del óhmetro mida los valores de las resistencias y anote los valores obtenidos en la tabla 4.2.1 (columna valor medido).

PARTE III. MEDICIONES DE CORRIENTE IMPORTANTE: Cuando mida corriente, NUNCA conecte el multimetro en paralelo con el dispositivo que se va a medir, pues esto resultaría en un daño para el instrumento. 1.

Cuando se mide corriente, es necesario desconectar la alimentación o el flujo de corriente al mismo, y con el amperímetro, formar un puente por el cual atravesara la corriente que consume dicho dispositivo. Haga uso de la breadboard para realizar las conexiones necesarias de las resistencias con la fuente de alimentación.

Figura 4.3.1. Circuito con dos resistencias en Serie. 2. 3.

Ajuste la fuente PS-1 a 6V. Utilizando las resistencias proporcionadas, arme el circuito de la figura 4.3.1 con un par de ellas. Mantenga R1 con un valor fijo, y cambie R2 para cada medición indicada en la tabla 4.3.1. Para cada sustitución de resistencia en R2 mida la corriente (dado que es un circuito serie, la corriente es la misma en ambas resistencias). Anote las mediciones realizadas en la tabla 4.3.1. Medición

Valor de Resistencias

Corriente Medida

1 2 3 4 Tabla 4.3.1. Medición de Corriente Directa. 4.

Auxiliándose del circuito del literal anterior, para cada valor de voltaje que se indica en la tabla realice la medición de corriente sobre el resistor R2. NOTA: utilice los mismos resistores para todas las mediciones. Medición

Valor de la Fuente PS-1 (V)

1

2V

2

5V

3

7.5V

4

10V

5

12V

Corriente Medida (mA)

Tabla 4.3.2. Mediciones de Corriente Directa con Fuente de Voltaje Variable. Electrónica Analógica Discreta

7

V.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

PARTE I. MEDICIONES DE VOLTAJE EN CORRIENTE DIRECTA 1. De acuerdo con los valores obtenidos en la tabla 4.1.1. ¿Cuál es la diferencia entre la fuente de voltaje variable PS-1 y PS-2? 2. ¿En que rango varía el voltaje de las fuentes PS-1 y PS-2? PARTE II. MEDICIÓN DE RESISTENCIA 1. Presente los datos obtenidos en la tabla 4.2.1. 2. De acuerdo a los resultados obtenidos en la tabla 4.2.1. ¿Difieren poco o mucho los valores medidos con respecto a los teóricos? Explique a que se debe dicha diferencia. 3. Escriba en que consiste la tolerancia de una resistencia y que factores la afectan. PARTE III. MEDICIONES DE CORRIENTE 1. Presente los datos obtenidos en las tablas 4.3.1 y 4.3.2. 2. De acuerdo con los resultados obtenidos en la tabla 4.3.1, ¿Como se relacionan la resistencia con la corriente eléctrica? Explique. 3. De acuerdo con los resultados obtenidos en la tabla 4.3.2, ¿Cómo se relacionan el voltaje con la corriente eléctrica? Explique. VI.

BIBLIOGRAFÍA

[1] FLOYD, T.L. Principios de circuitos eléctricos, Pearson, México 2007. [2] BOYLESTAD, R. Análisis introductorio de circuitos. Prentice Hall, México 1998.

Electrónica Analógica Discreta

8