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Universidad Autónoma de Baja California

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA

Ing. en Electrónica e Ing. en Computación

Manual de Prácticas

Laboratorio de Mediciones Eléctricas y Electrónicas

Elaboró: Revisión:Juan Jesús López García Enero 2000

Comentarios y sugerencias: [email protected]

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Práctica 1. El Galvanómetro. 2


FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS E INGENIERIA



Práctica No. 1

EL GALVANOMETRO Objetivo: Conocer las principales características del galvanómetro como parte fundamental de un aparato

de medición. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico

- Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 1 resistencia de 22 KΩ @ ½ watt - 1 resistencia de 10 KΩ @ ½ watt - 2 resistencias de 1 KΩ @ ½ watt - 1 potenciómetro de precisión de 0 a 1KΩ - Una fuente regulada de voltaje y puntas para fuente - Un generador de funciones y puntas para generador - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El galvanómetro es un medidor básico de corriente, a partir de él es posible diseñar otros tipos diferentes de medidores tales como voltímetros y amperímetros de C.D. y C.A., óhmetros, frecuencímetros, medidores de impedancia, etc., para esto es necesario conocer las características propias del galvanómetro. Procedimiento Medición Indirecta de la Resistencia Interna del Galvanómetro. Armar el circuito de la fig.1.1 ajustando el voltaje E de la fuente a 0 volts manteniendo el interruptor CN abierto. Aumente lentamente el voltaje de la fuente hasta lograr que la aguja del galvanómetro deflexione hasta su máximo nivel. Cierre el interruptor CN y ajuste Rv hasta que la aguja del galvanómetro marque a la mitad de la escala. Bajo ésta condición la corriente que brinda la fuente se divide en igual proporción entre la resistencia interna del galvanómetro rg y la resistencia del potenciómetro Rv, esto es, Rv = rg. Apague la fuente, desconecte la resistencia Rv y mida su valor empleando el óhmetro digital; llene la parte correspondiente de la tabla.

UABC Mediciones Eléctricas y Electrónicas


E

CN

R =22 ΚΩ

ΚΩR =1 v

s

rg

I máxg

Galvanómetro Figura 1.1 Medición Directa de la Resistencia Interna del Galvanómetro. PRECAUCION: Al medir la resistencia de un dispositivo empleando un óhmetro, éste suministra corriente al mismo, puede ocurrir que ésta corriente sea superior a la máxima capacidad del galvanómetro y podría dañarlo así que sea precavido al realizarla. Mida directamente la resistencia interna del galvanómetro (rg) usando el óhmetro digital y llene la parte correspondiente de la tabla.

Medición indirecta (Ω) Medición Directa (ΩΩΩΩ)

gr Determinación de la Corriente Máxima. La corriente máxima Igmáx del galvanómetro es la corriente necesaria para hacer que la aguja deflexione al máximo. Arme el circuito de la fig.1.2 ajuste el voltaje E de la fuente a 0 volts. Aumente lentamente el voltaje de la fuente hasta lograr que la aguja del galvanómetro deflexione hasta su máxima escala (d=1); sustituya IT medida en la ecuación del divisor de corriente y determine Igmáx del galvanómetro.

E

AMPERMETRO1 ΚΩ ΚΩR =102

1R =1 ΚΩ

ITrg

I máxg

Galvanómetro Figura 1.2

( ) ==++

= Tg

g IrRR

RI21

1max



Determinación de la Resolución. La resolución (R) se define como el "mínimo cambio que es posible medir con certeza en el instrumento", en una carátula con N número de divisiones y una corriente máxima Igmáx la resolución es entonces:

===N

IR gmax

Determinación de la Sensibilidad. La sensibilidad (S) es la "relación entre la respuesta del instrumento y la señal de entrada", esto es, la mínima variación de corriente que es capaz de detectar el galvanómetro. Se determina usando dos puntos, el primero a la mitad de la escala (d1=0.5, Ig1=0.5Igmáx), el segundo punto se obtiene incrementando lentamente el voltaje hasta apreciar un incremento en la deflexión, de tal forma que:

gIdS

∆∆=

Usando el circuito de la fig.1.2 ajuste el voltaje E de la fuente a 0 volts, eleve gradualmente el voltaje de la fuente hasta lograr que la aguja del galvanómetro deflexione hasta la mitad de su escala máxima (d1=0.5), mida el valor de IT1. Aumente lo mas lentamente posible el voltaje E hasta notar un cambio en la deflexión de la aguja, mida tanto la nueva deflexión (d2), como IT2; la corriente necesaria para mover la aguja nos indica la sensibilidad del instrumento:

( ) ( ) - 12

21

1

21

1 ==−++

=∆++

=∆ TTg

Tg

g IIrRR

RIrRR

RI

Verifique la sensibilidad que indica el fabricante del galvanómetro (teórica) y llene la parte correspondiente de la tabla, compárela con la obtenida experimentalmente y llene la parte correspondiente:

==∆−

=∆∆=

gg Idd

IdS 12

Teórica Experimental

S

Medición de la Resistencia Crítica de Amortiguamiento. Al aplicar una señal de tipo escalón al galvanómetro, esperamos que el medidor indique la lectura inmediatamente, sin embargo la aguja oscila alrededor del valor hasta establecerse, esto es indeseable en un aparato de medición ya que la amplitud de la oscilación podría ser tan grande que dañe el instrumento. Ajuste el voltaje de la fuente E a 0 volts y arme el circuito de la fig.1.3. Aumente el voltaje hasta que la aguja deflexione hasta ¾ de la deflexión total, mida el sobretiro abriendo y cerrando el interruptor (al cerrar el interruptor ocurre un fenómeno conocido como “transitorio”, el sobrepaso ó sobretiro en ese transitorio es la diferencia entre el valor mas alto inicial y el valor final alcanzado):

=sobretiro



E

CN

Rv=1ΚΩ

10 ΚΩ

rg

I máxg

Galvanómetro Figura 1.3. Si existe sobretiro conecte el potenciómetro en paralelo con el galvanómetro, varíe la resistencia hasta que el sobretiro quede corregido, apague la fuente, desconecte el potenciómetro y mida su resistencia con el óhmetro, éste valor es la resistencia crítica de amortiguamiento requerida:

=ientoamortiguamcritica

R

Respuesta a la frecuencia del galvanómetro. El galvanómetro D’Arsonval es un dispositivo electromecánico; si se desea medir una señal que varía con el tiempo y su frecuencia es muy baja, la aguja se moverá siguiendo el ritmo de la señal dificultando la medición, en cambio, si la frecuencia es alta, la mecánica del aparato promedia la señal y mantiene la aguja fija facilitando la medición. Ajuste el voltaje del generador de funciones para producir una onda senoidal con la perilla de amplitud al mínimo y a una frecuencia de 1 KHz. Arme el circuito de la fig.1.4 y aumente el nivel de c.d. (perilla “offset”) en el generador de funciones hasta que la aguja del galvanómetro deflexione hasta ½ de la deflexión total.

10 ΚΩ

rg

I máxg

Galvanómetro

+

_

v t A Bsen t( ) = + ω

Figura 1.4. Disminuya la frecuencia a 4 Hz. y aumente lentamente la amplitud de la señal senoidal hasta observar que la oscilación deflexione la aguja desde ¼ hasta ¾ de la carátula. Aumente lentamente la frecuencia hasta que se muestre estable la aguja, esta es la frecuencia mínima de operación del galvanómetro:

=operaciónmínima

f



Cuestionario 1.- La resistencia interna del galvanómetro (rg) se obtiene usando dos métodos, ¿cuál de ellos arroja un

valor más confiable, cuál es más seguro?, explique cada uno. 2.- ¿Qué unidades posee la Sensibilidad del instrumento, cuáles son para la Resolución?. 3.- A diferencia de los instrumentos analógicos basados en galvanómetro, los instrumentos digitales ¿en que

tipo de medidor se basan? 4.- En un medidor con lectura digital indique como se determina:

a) la resolución b) la sensibilidad

Conclusiones

Práctica 2. Amperímetro de C.D. 7





Práctica No. 2

AMPERIMETRO DE C.D. Objetivo: Diseñar un amperímetro multiescala para c.d. empleando un medidor básico de corriente. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico

- Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 3 potenciómetros de precisión de 0 a 200Ω - 1 potenciómetro de precisión de 0 a 1KΩ - 1 resistencia de 470Ω @ ½ watt - Una fuente de voltaje y puntas para fuente - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El galvanómetro es un medidor de corriente generalmente de pequeña capacidad, si se desean medir corrientes superiores se requiere desviar la corriente extra a una resistencia conectada en paralelo permitiendo ampliar la capacidad del mismo. Procedimiento Amperímetro tipo paralelo. Diseñe un amperímetro tipo paralelo como el mostrado en la fig.2.1 para las escalas:

a) 0 a 2 mA, b) 0 a 5 mA,

c) 0 a 10 mA, y d) 0 a 30 mA

Arme el circuito de la fig.2.2, ajuste el voltaje E de la fuente a 0 volts. Aumente lentamente el voltaje y verifique la corriente para la deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala y calcule el error relativo porcentual de cada una considerando la deflexión máxima.



rg

I máxg

Galvanómetro

3Rp4Rp 1Rp2Rp

Figura 2.1

E

AMPERMETRO

470 ΩAmperímetroDiseñado

Amperímetrode Referencia

Figura 2.2

¼ ½ ¾ 1 %ξ= Teórico Experimental 0-2 mA




Amperímetro tipo serie-paralelo (Ayrton). Diseñe un amperímetro tipo Ayrton como el mostrado en la fig.2.3 para las escalas:

a) 0 a 2 mA, b) 0 a 5 mA,

c) 0 a 10 mA, y d) 0 a 30 mA



rg

I máxg

Galvanómetro

R1

R2

R3

R4

Figura 2.3 Verifique el funcionamiento del amperímetro diseñado armando de nuevo el circuito de la fig.2.2, ajuste el voltaje E de la fuente a 0 volts. Aumente lentamente el voltaje y verifique la corriente para la deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala.





Cuestionario 1.- Indique la impedancia de entrada para cada una de las escalas de los amperímetros diseñados, ¿cuál de

los amperímetros introduce menor error por efecto de carga?. 2.- ¿Que ventaja presenta el uso del amperímetro tipo Ayrton sobre el de tipo paralelo?. 3.- Si se desea medir una corriente máxima de 1 amper usando el mismo galvanómetro, ¿cuál seria el valor

de la resistencia en paralelo requerida, cuál debe ser la potencia mínima de disipasión de tal resistencia? Conclusiones

Práctica 3. Voltímetro de C.D. 10





Práctica No. 3

VOLTIMETRO DE C.D. Objetivo: Diseñar un voltímetro multiescala para c.d. empleando un medidor básico de corriente. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico

- Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 1 potenciómetros de precisión de 0 a 1KΩ - 1 resistencia de 2.2 KΩ @ ½ watt - 1 resistencia de 3.9 KΩ @ ½ watt - 2 resistencias de 4.7 KΩ @ ½ watt - Una fuente de voltaje y puntas para fuente - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El galvanómetro es un medidor de corriente en el que existe una caída de potencial debido a su resistencia interna, por lo que también es un medidor de voltaje, la diferencia de potencial puede ajustarse "incrementando" la resistencia interna del galvanómetro. Procedimiento Voltímetro con resistencias en serie. Diseñe un voltímetro como el mostrado en la fig.3.1 ó el de la fig.3.2 (el que desee) para las escalas:

a) 0 a 1 V, b) 0 a 3 V,

c) 0 a 5 V, y d) 0 a 10 V.

SUGERENCIA: Conecte en serie resistencias y un potenciómetro para lograr los valores calculados. Verifique el funcionamiento del voltímetro diseñado armando el circuito de la fig.3.3, ajuste el voltaje E de la fuente a 0 volts. Aumente lentamente el voltaje y verifique el mismo para la deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala y calcule la sensibilidad y el error relativo porcentual de cada una considerando la deflexión máxima.



rg

I máxg

Galvanómetro

Rs4Rs1

Rs3 Rs2

Figura 3 .1

rg

I máxg

Galvanómetro

Rs4

Rs1

Rs3

Rs2

Figura 3.2

E VOLTMETRO

Voltímetrode Referencia

VoltímetroDiseñado

Figura 3.3

¼ ½ ¾ 1 %ξ= Teórico S= Experimental 0-1V






Cuestionario 1.- Indique la impedancia de entrada para cada una de las escalas de los voltímetros diseñados, ¿cuál escala

introduce menor error por efecto de carga?. 2.- Si se desea medir un voltaje máximo de 200 volts usando el mismo galvanómetro, ¿cuál es el valor de la

resistencia en serie requerida, cuál debe ser la potencia mínima de disipasión de tal resistencia? Conclusiones

Práctica 4. Amperímetro de C.A. 13





Práctica No. 4

AMPERIMETRO DE C.A. Objetivo: Diseñar un amperímetro multiescala para c.a. empleando un medidor básico de corriente. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico

- Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 4 diodos rectificadores - 1 potenciómetro de precisión de 0 a 1 KΩ - 1 potenciómetro de precisión de 0 a 200Ω - 1 resistencia de 47Ω @ ½ watt (preferentemente) - Un generador de señales y puntas para generador - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El galvanómetro es un medidor de corriente directa (valor promedio de una señal); si se desean medir corriente alterna es necesario rectificarla convirtiéndola en corriente directa y desviar parte de la corriente a una resistencia en paralelo permitiendo ampliar la capacidad del galvanómetro. Procedimiento Amperímetro de c.a. con rectificación de ½ onda. Diseñe un amperímetro usando rectificación de ½ onda como el mostrado en la fig.4.1 para medir valor efectivo de corriente alterna senoidal en las escalas:

a) 0 a 5 mArms, b) 0 a 10 mArms,

c) 0 a 30 mArms, y d) 0 a 50 mArms.

Arme el circuito de la fig.4.2, ajuste el voltaje v(t) del generador al mínimo posible, forma de onda sinusoidal con frecuencia 60 Hz. Aumente lentamente el voltaje y verifique la corriente para la deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala y calcule el error relativo porcentual de cada una considerando la deflexión máxima.



rg

I máxg

Galvanómetro

3Rp4Rp 1Rp2Rp

Figura 4.1

AMPERMETRO

47 ΩAmperímetroDiseñado

Amperímetrode Referencia

+

_v(t)=A senωt

Figura 4.2





Amperímetro de c.a. con rectificación de onda completa. Diseñe un amperímetro usando rectificación de onda completa como el mostrado en la fig.4.3 para medir valor efectivo de corriente alterna senoidal en las escalas:



a) 0 a 5 mArms, b) 0 a 10 mArms,

c) 0 a 30 mArms, y d) 0 a 50 mArms.

rg

I máxg

Galvanómetro

PUENTE DEDIODOS

3Rp4Rp 1Rp2Rp

Figura 4.3 Verifique el funcionamiento del amperímetro diseñado armando de nuevo el circuito de la fig.4.2, ajuste el voltaje del generador al mínimo, onda sinusoidal y frecuencia de 60 Hz. Aumente lentamente el voltaje y verifique la corriente en cada escala para una deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala y calcule el error relativo porcentual de cada una considerando la deflexión máxima.





Cuestionario 1.- Indique la impedancia de entrada para cada una de las escalas de los amperímetros diseñados, ¿cuál de

las escalas introduce menor error por efecto de carga?. 2.- Indique si las escalas del amperímetro diseñado son o no lineales, explique.



3.- Explique la razón de colocar un diodo y una resistencia de valor Rp//rg en paralelo a la entrada del amperímetro de c.a. con rectificación de media onda.

4.- Si se desea medir una corriente máxima de 1 amper usando el mismo galvanómetro, ¿cuál seria el valor de la resistencia en paralelo requerida, cuál debe ser la potencia mínima de disipasión de tal resistencia, cuál debe ser la potencia mínima de disipasión de los diodos?

Conclusiones

Práctica 5. Voltímetro de C.A. 17





Práctica No. 5

VOLTIMETRO DE C.A. Objetivo: Diseñar un voltímetro multiescala para c.a. empleando un medidor básico de corriente. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico

- Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 4 diodos rectificadores de silicio - 1 potenciómetro de precisión de 0 a 200 Ω - 1 potenciómetro de precisión de 0 a 1 KΩ - 1 resistencia de 1 KΩ @ ½ watt - 1 resistencia de 2.7 KΩ @ ½ watt - 1 resistencia de 3.3 KΩ @ ½ watt - 1 resistencia de 6.8 KΩ @ ½ watt - Un generador de señales y puntas para generador - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El galvanómetro es un medidor de corriente continua (mide el valor promedio) así que si se desea medir una señal alterna es necesario primero rectificarla (convertirla a corriente directa). La corriente que fluye por el galvanómetro genera un voltaje proporcional a ella debido a la resistencia interna del mismo, si se desea ampliar el rango de medición de voltaje bastará con "incrementar" la resistencia interna del galvanómetro. Procedimiento Voltímetro de c.a. con rectificación de ½ onda. Diseñe un voltímetro con rectificación de ½ onda como el mostrado en la fig.5.1 para medir valor efectivo de voltaje alterno sinusoidal en las escalas:

a) 0 a 1 Vrms, b) 0 a 3 Vrms,

c) 0 a 5 Vrms, y d) 0 a 10 Vrms.



SUGERENCIA: Conecte en serie resistencias y un potenciómetro para lograr los valores calculados.

rg

I máxg

Galvanómetro

Rs4

Rs1

Rs3

Rs2

Figura 5.1 Verifique el funcionamiento del voltímetro diseñado armando el circuito de la fig.5.2, ajuste el voltaje del generador al mínimo, onda sinusoidal y frecuencia de 60 Hz. Aumente lentamente el voltaje y verifique el mismo para la deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala y calcule la sensibilidad y el error relativo porcentual de cada una considerando la deflexión máxima.

VOLTMETRO

Voltímetrode Referencia

VoltímetroDiseñado

+

_v(t)=A senωt

Figura 5.2

¼ ½ ¾ 1 %ξ= Teórico S= Experimental 0-1Vrms






Voltímetro de c.a. con rectificación de onda completa. Diseñe un voltímetro usando rectificación de onda completa como el mostrado en la fig.5.3 para medir valor efectivo de voltaje alterno sinusoidal en las escalas:

a) 0 a 1 Vrms, b) 0 a 3 Vrms,

c) 0 a 5 Vrms, y d) 0 a 10 Vrms.

rg

I máxg

Galvanómetro

PUENTE DEDIODOS

Rs4

Rs1

Rs3

Rs2

Figura 5.3 Verifique el funcionamiento del voltímetro diseñado armando de nuevo el circuito de la fig.5.2, ajuste el voltaje del generador al mínimo, onda sinusoidal y frecuencia de 60 Hz. Aumente lentamente el voltaje y verifíquelo en cada escala para una deflexión de la aguja en ¼, ½, ¾ y escala total, llene la tabla correspondiente para cada escala.







Cuestionario 1.- Indique la impedancia de entrada para cada una de las escalas de los voltímetros diseñados, ¿cuál escala

introduce menor error por efecto de carga?. 2.- Indique si las escalas de los voltímetros diseñados son o no lineales, explique. 3.- Indique la sensibilidad en Ω/V para cada escala del voltímetro diseñado. 4.- Si se desea medir un voltaje máximo de 200 Vrms usando el mismo galvanómetro, ¿cuál es el valor de

la resistencia en serie requerida, cuál debe ser la potencia mínima de disipasión de tal resistencia, cuál deberá ser el voltaje inverso de ruptura mínimo requerido en los diodos?

Conclusiones

Práctica 6. Ohmetros no lineales. 21





Práctica No. 6

OHMETROS NO LINEALES Objetivo: Diseñar un ohmetro basado en fuente de voltaje empleando un medidor básico de corriente. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico

- Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 2 potenciómetros de precisión de 0 a 200Ω - 2 potenciómetros de precisión de 0 a 1KΩ - 1 resistencia de 470 Ω (preferentemente) - 1 resistencia de 1 KΩ (preferentemente) - 1 resistencia de 4.7 KΩ (preferentemente) - Una fuente de voltaje y puntas para fuente - Un par de cables con banana y caimán - Calibrador de puntas

Introducción Este tipo de ohmetro esta basado en fuente de voltaje, al conectar una resistencia entre sus terminales se cierra el circuito y se genera corriente, midiendo ésta corriente es posible determinar la resistencia (si resistencia cero hay corriente máxima, si resistencia infinita hay corriente cero). Procedimiento Ohmetro Serie Simple. Diseñe un ohmetro serie simple como el mostrado en la fig.6.1 que cumpla con las características: Ro=1KΩ usando una batería de valor E = 3 V y se desea que el error por decaimiento de batería no sea mayor del 20%. NOTA: Verifique primero que la corriente a plena escala del galvanómetro corresponda a la de las

condiciones establecidas, de no ser así, amplíe el rango del mismo.


Práctica 6. Ohmetros No Lineales 22

rg

I máxg

Galvanómetro

E

Rv Rf

Figura 6.1 Compruebe el funcionamiento del ohmetro diseñado midiendo 3 diferentes resistencias con su ohmetro diseñado y con un ohmetro de referencia (de preferencia un ohmetro digital) y llene la parte correspondiente de la tabla. Simule el decaimiento máximo permisible de la batería disminuyendo E hasta el límite de ajuste a cero del ohmetro con el potenciómetro Rv, mida el nuevo valor de E (E=E’) y realice de nuevo las mediciones de las resistencias. Obtenga el error por decaimiento de batería (ξD.B.) empleando la medición de resistencia con batería nueva y con batería baja, compárelo con el teórico y llene la parte correspondiente de la tabla.

Nominal Ohmetro de Referencia

Ohmetro (bateria nueva)

Ohmetro (batería usada)

ξD.B. experimental

ξD.B. teórico

470Ω 1KΩ E’teórica=

4.7KΩ E’experimental= Ohmetro Serie Mejorado. Diseñe un ohmetro serie mejorado como el mostrado en la fig.6.2 que cumpla con las características: Ro = 1KΩ usando una batería de E = 3 V y se desea poder emplear el ohmetro aún para un decaimiento del 40% de la batería.

rg

I máxg

Galvanómetro

Rs

RvE

Rf

Figura 6.2 Compruebe el funcionamiento del ohmetro diseñado midiendo 3 diferentes resistencias con su ohmetro diseñado y con un ohmetro de referencia (de preferencia un ohmetro digital) y llene la parte correspondiente de la tabla.


Práctica 6. Ohmetros No Lineales 23

Simule el decaimiento máximo permisible de la batería disminuyendo E hasta el límite de ajuste a cero del ohmetro con el potenciómetro Rv, mida el nuevo valor de E (E=E’) y realice de nuevo las mediciones de las resistencias. Obtenga el error por decaimiento de batería (ξD.B.) empleando la medición de resistencia con batería nueva y con batería baja, compárelo con el teórico y llene la parte correspondiente de la tabla.


Ohmetro (bateria nueva)

Ohmetro (batería usada)

ξD.B. experimental

ξD.B. teórico

470Ω 1KΩ E’teórica=

4.7KΩ E’experimental= Cuestionario 1.- Dibuje la carátula de cada ohmetro diseñado con almenos 30 divisiones espaciadas no linealmente (que

aparezcan sólo valores enteros, similar a la carátula del ohmetro analógico “Simpson”). 2.- ¿Que indica un error negativo por decaimiento de batería, que indica un error positivo? 3.- ¿Que ventajas presenta el O.S.M. sobre el O.S.S.? 4.- Si se desea diseñar un O.S.M. con E=3V, Ro = 100KΩ y ξD.B.=10% usando el mismo galvanómetro:

a) ¿que voltaje llegaría a tener la batería en su valor mínimo permisible? b) ¿cuál es el valor de las resistencias requeridas? c) ¿que inconvenientes se presentan?

Conclusiones

Práctica 6a. Ohmetro Lineal 24





Práctica No. 6a

OHMETRO LINEAL Objetivo: Diseñar un ohmetro basado en fuente de corriente empleando un medidor básico de corriente en

configuración de voltímetro de c.d. Material: - Un galvanómetro ó un multímetro analógico - Un multímetro digital - Tablilla para conexiones (protoboard) - 1 C.I. MC1458 - 2 potenciómetros de precisión de 0 a 1KΩ - 1 resistencia de 100 Ω - 1 resistencia de 470 Ω - 1 resistencia de 680 Ω - 1 resistencia de 1 KΩ - 1 resistencia de 4.7 KΩ - 1 resistencia de 6.8 KΩ - 1 resistencia de 10 KΩ - 1 resistencia de 47 KΩ - 1 resistencia de 68 KΩ - 1 resistencia de 100 KΩ - Una fuente de voltaje y puntas para fuente - Tres pares de cables con banana y caimán - Calibrador de puntas Introducción Este tipo de ohmetro esta basado en fuente de corriente, al conectar una resistencia entre sus terminales se genera un voltaje proporcional a la resistencia, midiendo éste voltaje se determina directamente la resistencia. NOTA: La fuente de corriente puede diseñarse de diferentes formas, en éste caso se emplea un diseño

basado en amplificador operacional.



Procedimiento Ohmetro Lineal. Diseñe un ohmetro lineal basado en fuente de corriente como el mostrado en la fig.6a.1 para las escalas:

a) 0 a 1 KΩ, b) 0 a 10 KΩ, y c) 0 a 100 KΩ.

empleando un voltímetro de c.d. de 0 a 1 V.

rg

I máxg

Galvanómetro

Rx

Rf

E

Fuente de Corriente de valor:

Voltmetro

Rs

I ER

of

=

1458

3

2 1

A

+VCC

-VCC4

8

Figura 6a.1 Compruebe el funcionamiento del ohmetro diseñado (fig.6a.2) midiendo 4 diferentes resistencias por cada escale y compare el resultado con el valor indicado por un ohmetro de referencia (de preferencia digital) y llene la tabla correspondiente en cada escala.

Rx

Io

VoltmetroFuente deCorriente

Ohmetro Lineal Figura 6a.2



Nominal Ohmetro

de Referencia Ohmetro diseñado %ξ

100Ω 470Ω 680Ω 1KΩ 0 a 1KΩ


Ohmetro diseñado %ξ

1KΩ 4.7KΩ 6.8KΩ 10KΩ 0 a 10KΩ


Ohmetro diseñado %ξ

10KΩ 47KΩ 68KΩ 100KΩ 0 a 100KΩ

Cuestionario 1.- Dibuje la carátula de cada ohmetro diseñado con almenos 30 divisiones. 2.- Si se desea diseñar un ohmetro lineal para la escala 0 a 100 MΩ usando un voltímetro de 0 a 1 V, ¿cuál

es la corriente requerida en la fuente de corriente, cuál es el valor de las resistencias requeridas, que características deberá tener el vóltmetro empleado, que inconvenientes se presentan, servirá éste ohmetro para verificar el funcionamiento de un diodo, explique?.

3.- ¿Que ventajas presenta un ohmetro basado en fuente de corriente sobre uno basado en fuente de voltaje, que desventajas presenta?

Conclusiones

Práctica 7. El Osciloscopio 27





Práctica No. 7

EL OSCILOSCOPIO Objetivo: Comprobar las características y el funcionamiento interno del osciloscopio para hacer un manejo

adecuado del mismo. Material: - Osciloscopio y un par de puntas para osciloscopio

- Generador de señales y 2 puntas para generador - Tablilla para conexiones (protoboard) - 1 resistencia de 1 KΩ - 1 resistencia de 470 KΩ - 1 capacitor de 0.1 µFd @ 10 V (preferentemente) - Calibrador de puntas - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El osciloscopio es el medidor de señales por excelencia, sea cual fuese su tipo, el funcionamiento interno es similar y el manejo es prácticamente el mismo. Procedimiento Compensación de las Puntas de Prueba. Conecte la punta de prueba al canal 1 del osciloscopio, aplique la señal de calibración interna del mismo y verifique que tenga la apariencia adecuada (onda cuadrada, fig.7.1), de no ser así corríjala ajustando el capacitor variable de la punta de prueba empleando el "calibrador de puntas".

Subcompensada Compensada Sobrecompensada Figura 7.1 Repita el procedimiento para el canal 2.



Calibración de los Canales del Osciloscopio. Aplique al canal 1 del osciloscopio la señal de calibración interna del mismo y mida la amplitud y frecuencia, de no ser la especificada ajústelos empleando las perillas de calibración (si es posible). NOTA: Tome en cuenta la atenuación de las puntas (si existiese). Repita el procedimiento para el canal 2. Impedancia de Entrada de los Canales del Osciloscopio. Mida la impedancia de entrada del canal 1 del osciloscopio usando el circuito de la fig.7.2.

Osciloscopio

+

_+

CH-

R Kf = 470 Ω

V Vf Hz

g pp=

=

1010

Figura 7.2 Este es un divisor de voltaje entre la resistencia de 470KΩ y la resistencia de entrada del canal de tal forma que:

V RR R

Vef

g=+

e

e

donde: Re = resistencia de entrada del canal, Rf = resistencia externa colocada, Ve = voltaje medido en el osciloscopio Vg = voltaje de entrada (del generador de funciones). Despeje Re de la ec. para determinar la resistencia de entrada del canal. Compare el valor encontrado con el indicado por el fabricante. Repita el procedimiento para el canal 2.



Acoplamiento a C.D. y a C.A. Coloque el generador de funciones en señal senoidal, frecuencia 100 Hz., atenuación cero, voltaje de salida al mínimo y nivel de c.d. al máximo. Medir con la máxima resolución posible en el osciloscopio el nivel de c.d. y el vpp de la señal senoidal del generador de funciones acoplando la señal a C.D., mida ahora acoplando la señal a C.A. Medición de Desfasamiento entre Señales. Armar el circuito de la fig.7.3. y medir el desfasamiento entre la señal del generador de funciones y la señal en la resistencia usando el método y t− y luego el método X Y− si la señal del generador es una onda senoidal de 10 Vpp y f Hz= 100 .

+

_R K= 1 Ω

CH X

CH Y

Común

C fd= 0.1µ

v t Asen t( ) = ω

Figura 7.3 Repita el procedimiento pero ahora a una frecuencia de f KHz= 1 . Operación de Doble Trazo. Introduzca una señal senoidal de 1 Vpp y 5 Hz. por ambos canales del osciloscopio, visualícelos usando el modo “alternado”, explique. Ahora emplee el modo “muestreado”, explique. Aumente la frecuencia del generador a 100 MHz. y repita el procedimiento anterior. Disminuya la frecuencia a 1 KHz y sume las dos señales, explique; invierta ahora el canal 2 y sume las dos señales, explique. Fuente de Disparo. Arme el circuito de la fig.7.4. Introduzca por el canal 1 una señal senoidal del generador, vea únicamente la señal del canal 1 y siga el procedimiento indicado.



Osciloscopio

+

_+

CH 1- EXTv t Asen t( ) = ω

Figura 7.4 a) Ajuste la fuente de disparo en "Canal 1", ¿cómo se ve la señal?, explique. b) Ajuste la fuente de disparo en "Canal 2", ¿cómo se ve la señal?, explique. c) Ajuste la fuente de disparo en "Vertical", ¿cómo se ve la señal?, explique. d) Ajuste la fuente de disparo en "Línea", ¿cómo se ve la señal?, explique. Ajuste lentamente la frecuencia

de la señal en 60 Hz. hasta que se vea estática, explique, ¿en que otras frecuencias se ve estática?, explique.

e) Ajuste la fuente de disparo en "Externo", ¿cómo se ve la señal?, explique. ¿Que ocurre cuando se introduce la misma señal que se está midiendo por el conector de "señal de disparo externa"?, explique.

f) Ajuste el nivel de disparo en ≈ 1 Volt, pendiente positiva, ¿como aparece la señal en el osciloscopio?, ajuste ahora el disparo en pendiente negativa, ¿como aparece la señal en el osciloscopio?.

Formación de Figuras de Lissajous (modo X-Y). Arme el circuito de la fig.7.5. e introduzca una señal senoidal de 1 Vpp en cada canal del osciloscopio, grafique en modo X Y− . Ajuste las frecuencias de tal forma que la relación entre ellas sea:

ff

1

2

23

32

341 2 3= , , , , , ...,

+

_Osciloscopio

+

_+

CH X- CH Y+f1 f2

Figura 7.5



Cuestionario 1.- ¿Que inconvenientes pueden presentarse si el osciloscopio posee una resistencia de entrada diferente

de la esperada? 2.- ¿Porque es necesario emplear una frecuencia muy baja (de preferencia c.c.) para medir la resistencia de

entrada del canal? 3.- ¿Si desea medir el voltaje de "rizo" de una fuente de voltaje de 100 Vc.d. en que posición sería más

conveniente colocar el selector de acoplamiento?, explique. 4.- ¿En que casos es mejor emplear el método X Y− para medir el desfasamiento entre señales, cuando es

mejor emplear el y t− ? 5.- Para visualización de dos señales a la vez, ¿cuando es mejor emplear el modo “alternado”, cuando el

modo “muestreado”? 6.- ¿Cuál es la frecuencia máxima de operación del osciloscopio que utilizó? 7.- ¿Cuál es la mínima escala de voltaje que posee el osciloscopio, de que valor es el mínimo voltaje que

se puede medir con certeza; cuál la máxima escala, cuál es el máximo voltaje que se puede medir?. 8.- ¿Cuál es la escala de tiempo mínima, cuál es el intervalo de tiempo mínimo que se puede medir; cuál

es la máxima escala de tiempo, cuál es el máximo intervalo de tiempo que se puede medir con certeza?. 9.- ¿Que aplicaciones poseen las figuras de Lissajous?

Conclusiones

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