viernes, 25 de febrero de 2011

Practica de Laboratorio


INSTITUTO TECNOLOGICO DE TIJUANA

INGENieRÍA EN NANOTECNOLOGÍA

Topicos de ingenieria 1
circuitos electronicos

Practica de laboratorio #1

profesor: ing. jorge carlos rios

alumnos: gARCIA oLAIZ GEMA Danira
                         Contreras bernabe enrique


24 DE febrero de 2011

Objetivo

Familiarizarse con el instrumento de medición más utilizado en circuitos electrónicos, el multímetro digital y con base a la experimentación de esta práctica se entenderán los conceptos de voltajes y corrientes de un circuito, obteniendo sus valores a través del instrumento de medición y deduciendo como se obtienen estos valores en los circuitos realizados.
Ley de Ohm
Esta ley establece:
Descripción: V = I \cdot R

Basada en el trabajo de 
Georg Simon Ohm, la Ley de Ohm es una de las tres leyes fundamentales del estudio de la electrónica, en compañía de las leyes de Kirchhoff del voltaje y de la corriente. Estas tres leyes conforman el marco dentro del cual el resto de la electrónica se establece. Es importante notar que estas leyes no se aplican en todas las condiciones, pero definitivamente se aplican con gran precisión en alambres los cuales son usados para conectar entre sí la mayor parte de las partes electrónicas dentro de un circuito. Aunque las partes individuales pueden o no ser analizadas por la ley de Ohm, sus relaciones con el circuito pueden serlo.
El enunciado actual de la Ley de Ohm es:
La corriente que fluye a través de un conductor es proporcional a la fuerza electromotriz aplicada entre sus extremos, teniendo en cuenta que la temperatura y demás condiciones se mantengan constantes.
Hay que tener en cuenta que no se menciona la resistencia, sino que simplemente éste es el nombre dado a la (constante de) proporcionalidad involucrada.
Algo importante que se obtiene de esta definición es
  • En un circuito pasivo, la corriente es el resultado del voltaje aplicado; y
  • Existen efectos térmicos definitivos en la resistencia (o la resistencia efectiva) en los conductores.
La ley de Ohm es lineal y por lo tanto asume su linealidad en la parte electrónica. Es fácil pensar en términos de una ecuación de línea y =mx considerando la resistencia como la constante m, la corriente como la variable x, y el voltaje como la variable dependiente y. De esta manera se establece una relación de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente.
Por supuesto, la Ley de Ohm puede ser reorganizada de tres maneras válidas y equivalentes.



Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene un solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En el caso concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todos los puntos del circuito.



Donde Ies la corriente en la resistencia  Ri, V el voltaje de la fuente. Aquí observamos que en general:


Se define un circuito paralelo  como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se  bifurca en cada nodo. Su característica más importante es el hecho de que el potencial en cada elemento del circuito tiene la misma diferencia de potencial.

Desarrollo
1.- De acuerdo al código de colores, seleccione tres resistencias de 1 K Ohm y mida el valor de cada una de ellas utilizando el multímetro. Obtenga sus conclusiones.
2.- Apriete fuertemente con la punta de los dedos de cada mano las puntas del multímetro y mida la resistencia de su cuerpo. Considerando que una corriente de 100 a 200 mA a través del corazón puede matar a una persona, ¿qué voltaje de corriente directa aplicado sobre sus manos puede resultar mortal? (Recuerde que V=RI)
3.- La tensión de 120 V AC que se obtiene de las tomas caseras, ¿Se refiere a voltaje RMS, promedio, pico, o pico a pico? ¿El multímetro despliega lectura RMS; promedio, pico, o pico a pico? Verifique en forma práctica con una de las tomas del laboratorio utilizando el multímetro.
Ley de ohm:
4.- Arme el siguiente circuito de la figura 1. La fuente de tensión es de 10 V, los valores de R1 y R2 escogerlos diferentes pro equipo.




Figura 1. Circuito eléctrico resistivo alimentado por una fuente de DC.
            Se armó un circuito en serie el cual tenía una fuente de voltaje de 10V y dos resistencias elegidas al azar.
            Se quitó la fuente de voltaje y se mido con el multímetro la resistencia equivalente del circuito.
            Se midió el voltaje y la corriente en las resistencias al haber sido conectada la fuente de alimentación.


5)
·         En el circuito anterior, se cambió el tipo de circuito de ser un circuito en serie a ser un circuito en paralelo
·         Se volvió a quitar la fuente de alimentación y se midieron la resistencia equivalente, así como el voltaje y la corriente en cada una de las resistencias.

6)
·         Se armó un circuito eléctrico el cual está en serie y en paralelo (un circuito mixto) el cual constaba de 1 fuente de poder de 9V y 6 resistencias de 0.22kΩ, 0.45kΩ, 0.03kΩ, 0.33kΩ, y 0.22kΩ.
·         Se desconectó la fuente de poder y se midió la resistencia equivalente
·         Se conectó la fuente de poder y se midió el voltaje y la corriente en cada una de las resistencias.








Valores de los componentes.

V1= 9V
R1=218 Ω
R2=0.46 K Ω
R3=0.52 K Ω
R4=218 Ω
R5=326 Ω
Figura 2. Circuito resistivo serie-paralelo.





Resultados
1.-  café, negro, rojo y dorado
   1° resistencia= 0.996 Ω
         2° resistencia=0.984 Ω
        3° resistencia= 1.006 Ω
Se obtienen valores ligeramente diferentes con la medición del multímetro y con la tabla de código de colores, esto porque se tiene al final de cada resistencia una banda de color dorado que indica un más menos 10% de tolerancia en cuanto al valor que ofrece con el código de colores.
2.- Resistencia de Gema =0.7 M Ω
      Resistencia de Enrique =5 M Ω
Voltaje que puede ser mortal para Gema
V=RI
V=(0.7M Ω)(100mA)= 70 KV
Voltaje que puede ser mortal para Enrique
V=(5M Ω)(100mA)= 500 KV

3.-
La toma del laboratorio da un valor de 120.1 V.

4.- Resistencias utilizadas R1= 210K Ω, R2= 2.20M Ω
      a) Resistencia equivalente vista desde la fuente = 2.380 M Ω
      b) Voltajes medidos V1=0.87 V, V2=8.95 V
          Corriente medida I1=4.2 µ A
      c) Se puede verificar que las resistencias conectadas en seria nos dan un valor de aproximadamente el valor esperado de la suma de las resistencias, de las cuales se obtuvo el valor con el código de colores. También pudimos determinar que la suma de los voltajes V1 y V2 es igual al valor de la fuente que es 10V.
5.- a)Resistencia equivalente vista desde la fuente =  192 K Ω
     b) corrientes a través de la R1= 46.2 µA         R2= 4.96 µA
                Voltaje medido en cada resistencia  V1 = V2 = 9.82 V
Suma de corrientes medidas en R1 y en R2 = 46.2 µA + 4.96 µA = 51.16 µA
Corriente calculada = V/Req= 10 V/191.7 KΩ=52.16 µA
La corriente varia por 1 µA, de la calculada a la real.
6.-  a) Req medida= 0.598 KΩ
           Req calculada=592.72 Ω
La resistencia medida y la calculada apenas varían, son muy parecidas.
b) Corrientes a través de cada resistencia medidas
                R1= 15.2 mA
                R2= 7.88 mA
                R3= 7.12  mA
                R4= 2.2  mA
                R5= 2.76 mA
 Corrientes a través de cada resistencia calculadas
                R1= 15.13 mA
                R2= 8 mA
                R3= 7  mA
                R4= 1.99  mA
                R5= 2.95 mA

    Voltajes a través de cada resistencia medidos
                R1= 3.33 V
                R2=  3.68 V
                R3= 3.68 V
                R4= 0.65 V
                R5= 0.65 V

    Voltajes a través de cada resistencia calculados
                R1= 3.12 V
                R2=  3.54 V
                R3= 3.54V
                R4= 0.72 V
                R5= 0.72 V
Conclusiones
En esta práctica pudimos comprobar la ley de ohm, y también pudimos observar que existe una variación entre los valores que podemos calcular contra los valores reales. Estas variaciones en cuanto a las mediciones las atribuimos tanto a las tolerancias de cada una de las resistencias como a las resistencias internas de la fuente, así como la resistencia que puede presentar las conexiones utilizadas.
Nos parece que el uso del multímetro requiere de más práctica.

lunes, 7 de febrero de 2011

Aparatos de medición.

Voltímetro.

Aparato que mide tensiones eficaces tanto en continua como en alterna, y su colocación es de forma obligatoria en "paralelo" al componente sobre el cual se quiere medir su tensión.
Voltímetro de continua

dc = direct current (corriente directa, corriente de contínua)
Voltímetro de alterna

ac = altern current (corriente alterna)
Errores al medir con voltímetros
Al medir con un voltímetro se comete un pequeño error porque dentro del voltímetro hay un resistencia interna (Rint.), que tiene un valor muy grande (se suele aproximar a infinito).

Amperímetro.

Aparato que mide el valor medio de la corriente, y su colocación es de forma obligatoria en "serie" con el componente del cual se quiere saber la corriente que le atraviesa.
Amperímetro de continua

Amperímetro de alterna

Errores al medir con amperímetros
Como ocurre con el voltímetro, al medir con le amperímetro se comete un error debido a una resistencia interna (Rint.) de valor muy pequeño (se suele aproximar a cero).

Aparato que mide el valor de las resistencias, y que de forma obligatoria hay que colocar en paralelo al componente estando éste separado del circuito (sin que le atraviese ninguna intensidad). Mide resistencias en Ohmios ().


Errores al medir con óhmetros
Como se ha visto anteriormente, todo aparato de medición comete un error que a veces se suele despreciar, con los óhmetros ocurre lo mismo, aunque se desprecie ese error hay que tener en cuenta que se suele hacer una pequeña aproximación.

Osciloscopio

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo.
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.
El osciloscopio es basicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales electricas variables en el tiempo.
El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.
¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
Localizar averias en un circuito.
Medir la fase entre dos señales.
Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Los osciloscopios son de los instrumentos más versatiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenomenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.
¿Qué tipos de osciloscopios existen?
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales . Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.
Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).
¿Qué controles posee un osciloscopio típico?
A primera vista un osciloscopio se parece a una pequeña televisión portatil, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor número de controles que posee. En la siguiente figura se representan estos controles distribuidos en cinco secciones:


** Vertical. ** Horizontal. ** Disparo. ** Control de la visualización ** Conectores.
¿Como funciona un osciloscopio?
Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo.
Osciloscopios analógicos
Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos.
En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente estan en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del catodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.
La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo).
El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que estan en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.
De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comienze en el mismo punto de la señal repetitiva).
En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.



Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:
La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.
La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.
Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.
Por supuesto, también deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS. (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz).
Osciloscopios digitales
Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico.
El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos muestrea la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras . En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.

Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de señal. El número de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro. La sección de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la señal.
Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.
Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL.,el mando TIMEBASE asi como los mandos que intervienen en el disparo.