1. Conceptos Básicos:

1.1 Sistemas de Unidades, patrones y calibraciones.

Un sistema de unidades es un conjunto consistente de unidades de medida. Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan el resto.

Patrones - Un patrón de medición es una representación física de una medición. Una unidad se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o un fenómeno natural que incluyen constantes físicas y atómicas.

Calibración - Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificadas, la relación entre los valores de magnitudes indicados por un instrumento o sistema de medición, o valores representados por una medida materializada o un material de referencia y los correspondientes valores aportados por patrones.

1.2 Concepto de Medida.

Medir consiste en obtener la magnitud (valor numérico) de algún objeto físico, mediante su comparación con otro de la misma naturaleza que tomamos como patrón.

Esta comparación con un patrón, que constituye el acto de medir, está sujeta a una incertidumbre que puede tener diversos orígenes. Nunca lograremos obtener el verdadero valor de la magnitud, siempre vamos a obtener un valor aproximado de la misma y necesitamos pues indicar lo buena que es esta aproximación. Por ello junto con el valor de la magnitud medida se debe adjuntar una estimación de la incertidumbre o error al objeto de saber cuan fiable son los resultados que obtenemos.

1.3 Precisión, exactitud y sensibilidad.

Precisión: La precisión es lo cerca que los valores medidos están unos de otros. La precisión está asociada al número de cifras decimales utilizados para expresar lo medido.

Exactitud: La exactitud es lo cerca que el resultado de una medición está del valor verdadero. La exactitud de una medición hace referencia a su cercanía al valor que pretende medir.

Sensibilidad: Es la respuesta del instrumento al cambio de la entrada o parámetro medido. Es decir, se determina por la intensidad de I necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala.

1.4 Errores en la medición y su reducción.

Siempre que realizamos una medición cometeremos un error en la determinación de la magnitud medida. Al hacer mediciones, las lecturas que se obtienen nunca son exactamente iguales, aun cuando las efectúe la misma persona, sobre la misma pieza, con el mismo instrumento, el mismo método y en el mismo ambiente (repetitividad). Los errores surgen debido a la imperfección de los sentidos, de los medios, de la observación, de las teorías que se aplican, de los aparatos de medición, de las condiciones ambientales y de otras causas. Su reducción podría ser efectiva al revisar y comparar los resultados, ser atentos en las mediciones, una mejor observación, etc.

1.5 Tipos de corriente eléctrica.

En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en Hertz (Hz) tenga esa corriente. A la corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).

1.6 Formas de ondas.

Forma de onda.- Es la curva que representa en cada instante la evolución de la tensión (o la intensidad)

Las formas de onda que se pueden presentar en un circuito pueden ser infinitas, pero las podemos agrupar en tres grandes grupos, en los que podremos distinguir las particularidades que aparecen en los circuitos en función del tipo de forma de onda que presenten los generadores del circuito.

• Señales con forma de onda constante: Las fuentes que presentan una señal constante en el tiempo, reciben el nombre de fuentes de continua. Así mismo a los circuitos que solo tengan fuentes de continua, les llamaremos circuitos de continua, en los que todas las corrientes y tensiones serán constantes en el tiempo. En este tipo de circuitos solo tendremos resistencias como elementos pasivos.

• Señales con forma de onda periódica: A las señales que no son constantes les llamaremos señales variables en el tiempo, las cuales tendrán su correspondiente forma de onda. De las cuales destacaremos en primer lugar las que cumple la condición de ser periódicas, es decir, hay un intervalo de tiempo y por tanto una porción de la onda que se repite continuamente.

• Señales con forma de onda no periódica: Las fuentes que presentan una señal variable pero no periódica, corresponden a formas de onda complejas, de las que se pueden distinguir formas simples, como cambios de la señal en un tiempo breve. Estos cambios breves provocaran respuestas en los circuitos que veremos al estudiar el régimen transitorio de los circuitos eléctricos. Como ejemplo de este tipo de señales son: la señal pulso, el escalón, la rampa, etc.

1.7 Frecuencia, periodo y amplitud.

Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz). Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm).

Periodo: El tiempo que demora cada valor de la sinusoide de corriente alterna en repetirse o cumplir un ciclo completo, ya sea entre pico y pico, entre valle y valle o entre nodo y nodo, se conoce como “período”. El período se expresa en segundos y se representa con la letra (T).

Amplitud: La amplitud de onda es el valor máximo, tanto positivo como negativo, que puede llegar a adquirir la sinusoide de una señal de corriente alterna. El valor máximo positivo que toma la amplitud de una onda senoidal recibe el nombre de "pico o cresta", mientras que el valor máximo negativo de la propia onda se denomina "vientre o valle". El punto donde el valor de la onda se anula al pasar del valor positivo al negativo, o viceversa, se conoce como “nodo” o “cero”.

1.8 Valor promedio, valor máximo, valor pico a pico y valor eficaz.

El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0).

Valor de pico: Se denomina valor de pico (A0) de una corriente periódica a la amplitud o valor máximo de la misma. Para corriente alterna también se tiene el valor de pico a pico (App), que es la diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.

Valor eficaz: Se define como el valor de una corriente rigurosamente constante (corriente continua) que al circular por una determinada resistencia óhmica pura produce los mismos efectos caloríficos (igual potencia disipada) que dicha corriente variable (corriente alterna). De esa forma una corriente eficaz es capaz de producir el mismo trabajo que su valor en corriente directa o continua.

2. Instrumentos Básicos y Avanzados:

2.1 Operación, ventajas y desventajas de medidores electromecánicos (analógicos) y electrónicos (digitales).

En general los parámetros que caracterizan un fenómeno pueden clasificarse en Analógicos y Digitales, se dice que un parámetro es analógico cuando puede tomar todos los valores posibles en forma continua, por ejemplo: el voltaje de una batería, la intensidad de luz, la velocidad de un vehículo, la inclinación de un plano, etc. Por otra parte se dice que un parámetro es digital cuando solo puede tomar valores discretos, por ejemplo: el número de partículas emitidas por un material radioactivo en un segundo, el número de moléculas, en un volumen dado de cierto material, el número de revoluciones de un motor en un minuto, etc.

*Instrumentos Analógicos:

Ventajas

1. Bajo Costo2. En algunos casos no requieren de energía de alimentación.3. No requieren gran sofisticación.4. Presentan con facilidad las variaciones cualitativas de los parámetros para visualizar

rápidamente si el valor aumenta o disminuye.5. Es sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas no lineales.

Desventajas

1. Tienen poca resolución, típicamente no proporcionan más de 3 cifras.2. El error de paralaje limita la exactitud a ± 0.5% a plena escala en el mejor de los casos.3. Las lecturas se presentan a errores graves cuando el instrumento tiene varias escalas.4. La rapidez de lectura es baja, típicamente 1 lectura/ segundo.

5. No pueden emplearse como parte de un sistema de procesamiento de datos de tipo digital.

*Instrumentos Digitales:

Ventajas

1. Tienen alta resolución alcanzando en algunos casos más de 9 cifras en lecturas de frecuencia y una exactitud de + 0.002% en mediciones de voltajes.

2. No están sujetos al error de paralaje.3. Pueden eliminar la posibilidad de errores por confusión de escalas.4. Tienen una rapidez de lectura que puede superar las 1000 lecturas por segundo.5. Puede entregar información digital para procesamiento inmediato en computadora.

Desventajas

1. El costo es elevado.2. Son complejos en su construcción.3. Las escalas no lineales son difíciles de introducir.4. En todos los casos requieren de fuente de alimentación.

2.1.1 Voltímetro: Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

Voltímetros electromecánicos- Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.

Voltímetros digitales- Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autor rango y otras funcionalidades

2.1.1 Amperímetros: Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. En términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". Disponiendo de una gama de resistencias shunt, se puede disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.

2.1.2 Óhmetro: Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.

El diseño de un ohmímetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia. La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería, fijo, la intensidad circulante a través

del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

2.2 Manejo, ventajas y desventajas de los medidores electromecánicos y los electrónicos en la medición de corriente y voltaje de c.a. y c.d.

MANEJO DE VOLTIMETROS Y AMPERIMETROS: En esta práctica usaremos un voltímetro analógico y un voltímetro digital. Aunque el funcionamiento interno de ambos puede ser diferente, desde el punto de vista de las medidas ambos se caracterizan de igual forma, teniendo el mismo circuito equivalente. Genéricamente podemos adelantar que todos los voltímetros tienen un borne positivo (+) y un borne negativo (-); el voltímetro mide siempre la diferencia de potencial entre el borne positivo y el borne negativo (V±V-). El voltímetro analógico debe conectarse en posición vertical u horizontal según las indicaciones del fabricante (⊥ posición vertical, posición horizontal). En particular, el voltímetro analógico de esta práctica se puede utilizar en posición horizontal o ligeramente inclinada. Este voltímetro puede medir diferencias de potencial en corriente continua o alterna.

En esta práctica se utilizarán únicamente medidas de continua, de manera que solo se seleccionarán posiciones del conmutador en los rangos marcados en blanco con el símbolo. En este caso, el voltímetro tiene dos bornes: uno positivo (+) y otro negativo (com). El aparato tiene diferentes escalas graduadas superpuestas, pero dichas escalas graduadas tienen unidades arbitrarias, el fondo de la escala nos indica que el voltímetro mide entre 0 voltios y el valor del fondo de la escala. El fondo de la escala está determinado por la posición del conmutador. Para realizar una medida debemos fijar inicialmente el mayor fondo de escala del aparato, seguidamente después de realizar la lectura iremos disminuyendo el fondo de la escala, girando muy suavemente el conmutador hasta que hagamos una medida en la que no nos salgamos del fondo de la escala.

Los voltímetros se dañan cuando la aguja intenta “salirse” del dial, por lo que nunca debemos consentir que la medida sea mayor que el fondo de escala en el que trabajamos, y, si sucede por un descuido, debemos desconectar rápidamente el voltímetro.

En todos los casos para manejar correctamente los aparatos de medición y evitar posibles daños, el selector debe situarse en la posición que seleccione la función correcta antes de conectarlo y en el mayor margen o escala posible. Si el indicador no sobrepasa el valor máximo de la escala inferior (lo que se observa cuando aparece un 1 en la pantalla) entonces posicionaremos el selector en la escala inferior hasta conseguir una medida lo más precisa posible. Es decir, para realizar una medida debemos elegir el mayor margen de escala posible, seguidamente iremos disminuyendo dicho margen de escala, girando muy suavemente el conmutador hasta encontrar un 1, para “subir” hacia el inmediato superior (así conseguiremos el mayor número de cifras significativas).

Para el caso de los amperímetros generalmente tienen también un borne positivo y uno negativo y siempre miden la corriente que entra por el borne positivo y sale por el borne negativo. El amperímetro analógico debe conectarse en posición vertical u horizontal según las indicaciones del fabricante. En los amperímetros analógicos hay diferentes escalas graduadas superpuestas, pero dichas escalas graduadas tienen unidades arbitrarias, el fondo de la escala nos indica que el

amperímetro mide entre 0 amperios y el valor del fondo de la escala. El fondo de la escala está determinado por la posición del conmutador. Igualmente para realizar mediciones debemos empezar de la escala más alta e iremos disminuyendo hasta que la medida este dentro de la escala.

En el caso de un multímetro debemos entender que es un aparato que realiza las funciones de amperímetro, voltímetro u óhmetro. Cada posición del selector corresponde a una función del multímetro y un margen de medida (por lo que el fondo de escala se determina con un conmutador) que queda indicado. Las unidades de la magnitud que se lee en el dial corresponden a la unidad asociada al fondo de escala seleccionado. Las funciones pueden ser:

* VCD volts en corriente directa

* ACD amperímetro en corriente directa.

* VCA volts en corriente alterna

* ACA amperímetro en corriente alterna

* Óhmetro o medidor de resistencias.

Para manejar correctamente el multímetro y evitarle posibles daños, el selector debe situarse en la posición que seleccione la función correcta antes de conectarlo y en el mayor margen de escala posible. Es necesario tener en cuenta que de acuerdo al tipo de medición que hay que efectuar el multímetro debe conectarse de tal manera que cumpla con la medida de seguridad necesaria para no dañarlo en paralelo para la función de voltímetro, en serie cuando se use como amperímetro y desconectando la resistencia a medir cuando se use como óhmetro.

2.3 Normas de seguridad.

REGLAS DE SEGURIDAD

La primera regla es siempre: REFLEXIONAR y esta regla se aplica a todo trabajo industrial, no sólo eléctrico. Conviene desarrollar buenos hábitos de trabajo. Aprenda a usar las herramientas correctamente y con seguridad. Siempre debe estudiar el trabajo que está por hacer y pensar cuidadosamente el procedimiento, método y la aplicación de herramientas, instrumentos y máquinas. Nunca se permita distraerse en el trabajo y jamás distraiga a un compañero que esté realizando una tarea peligrosa.

REGLAS DE SEGURIDAD PARA EVITAR CHOQUES ELÉCTRICOS

Asegúrese de las condiciones del equipo, siempre que se trabaje en equipo eléctrico este debe estar apagado y desconectado.

Nunca trabaje en una mesa atestada de herramienta desorganizada. Desarrolle hábitos de procedimientos sistemáticos y organizados de trabajo.

Nunca hable con nadie mientras trabaja con un equipo peligroso.

Trabaje con una mano atrás o en el bolsillo.

Los condensadores pueden almacenar emergía, aún después de estar desconectados pueden producir una descarga eléctrica. Tenga cuidado.

No introduzca destornilladores en salidas eléctricas de tomacorrientes.

Siempre aísle con cinta o cubiertas aislantes cables o alambres, después de realizar un empalme y antes de conectar un equipo o circuito.

En caso de un choque eléctrico desconecte la fuente de energía por medio del interruptor.

Siempre utilice protección de cortocircuito y disponga de un medio de desconexión.

Las partes metálicas de los equipos que pueden estar en contacto accidental con conductores activos deben estar conectadas a tierra.

No conecte equipos sin antes pedir autorización del instructor.

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA MEDICIÓN CON EL MULTÍMETRO

Asegúrese de que sabe lo que desea medir y cómo hacerlo antes de conectar los instrumentos y aplicar energía. Esto significa lea primeramente el manual de instrucciones, pídale al instructor que inspeccione su trabajo. Asegúrese que comprende la Lección.

Compruebe una y otra vez la polaridad de las puntas de prueba conectadas a un circuito, antes de aplicarla energía. Evite daños a un medidor.

Compruebe una y otra vez el rango del instrumento, antes de aplicar energía a un circuito.

Seleccione los terminales de medida de acuerdo a la variable a medir: resistencia, pensión y corriente, Es decir las puntas de prueba deben de ir conectadas a unos terminales del multímetro dependiendo de la variable a medir.

2.4 Funcionamiento, operación y aplicación de:

2.4.1 Generadores de señales: Un generador de señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. Es un instrumento versátil que genera diferentes formas de onda cuyas frecuencias son ajustables en un amplio rango. Las salidas más frecuentes son ondas senoidales, triangulares, cuadradas y diente de sierra. Las frecuencias de estas ondas pueden ser ajustadas desde una fracción de Hertz hasta varios cientos de kilo Hertz.

Las diferentes salidas dl generador se pueden obtener al mismo tiempo. Por ejemplo, proporcionando una sola cuadrada para medir la linealidad de un sistema de audio, la salida en diente de sierra simultánea se puede usar para alimentar el amplificador de deflexión horizontal de un osciloscopio, con lo que se obtiene la a exhibición visual de los resultados de las mediciones. La capacidad de un generador de funciones de fijar la fase de una fuente externa de señas es otra de las características importantes y útiles. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo. Este generador de funciones, 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.

2.4.2 Osciloscopio Analógico y Digital: Un osciloscopio es un instrumento de visualización 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 THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Osciloscopio analógico: La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Osciloscopio digital: 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).

3. Medición de Parámetros: 3.1 Medición y prueba de dispositivos y elementos:

3.1.1 Resistencias (varios métodos): La resistencia eléctrica es la medición utilizada para determinar el flujo de corriente eléctrica y la cantidad de flujo que se ve impedida. Esta es una prueba común que se utiliza en la solución de problemas de diversos problemas electrónicos. Para saber el valor de la resistencia proporcionada se sigue un código de colores impreso en el componente en forma de bandas, pueden existir 4 o 5 bandas, dependiendo del modelo de resistor, el conjunto de bandas cercanas determinan la resistencia y la banda del extremo opuesto determina la tolerancia (generalmente esta banda es dorada o plateada).

-Medición directa, mediante óhmetros, con exactitudes medias-bajas. También permiten determinar valores en un amplio rango, desde pocos ohmios hasta altos valores, del orden de megohmios

-Medición con métodos de equilibrio (técnicas de cero), utilizando circuitos tipo puente. Es el caso del puente de Wheatstone y sus adaptaciones. Las exactitudes logradas son elevadas ya que pueden variar desde décimas de parte por ciento hasta decenas de partes por millón.

3.1.2 Inductancia y capacitancia

Inductancia: Es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético y la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado.

MEDICIÓN DE INDUCTANCIA

1. Conecte la punta roja a la entrada “H” del multímetro y la Punta negra a la entrada “COM”2. Coloque el selector en las posiciones de H (Henrios) y presione L/C3. Conecte las puntas al inductor que desea medir.4. Lea el valor de la inductancia en la pantalla digital.

Capacitancia: Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos. La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado.

MEDICIÓN DE CAPACITANCIA

1. Conecte la punta roja a la entrada “H” del multímetro y la Punta negra a la entrada “COM”2. Coloque el selector en las posiciones de F (Faradios) y presione L/C3. Conecte las puntas al capacitor que desea medir.4. Lea el valor de la inductancia en la pantalla digital.

3.1.3 Mediciones con puentes: Básicamente un puente de medición es una configuración circuital que permite medir resistencias en forma indirecta, a través de un detector de cero. Los puentes de corriente continua tiene el propósito de medir resistencias, de valores desconocidos, utilizando patrones que sirven para ajustar a cero (equilibrio del puente).

Puente de Wheatstone: El puente de Wheatstone tiene cuatro ramas resistivas una fuente de F.E.M (una batería y un detector de cero (el galvanómetro). Para determinar la incógnita el puente debe estar balanceado y ello se logra haciendo que el galvanómetro mida 0V, de forma que no haya paso de corriente por él.

Puente de Thompson (Kelvin): El puente Kelvin es una modificación del puente Wheatstone y proporciona un incremento en la exactitud de las resistencias de valor por debajo de 1.

Puentes de CA: Los puentes de corriente alterna son más versátiles y en consecuencia tiene más aplicaciones que los puentes de C.C. Se usan en medidas de resistencias en C.A, inductancia, capacidad e inductancia mutua, en función de patrones conocidos y relaciones conocidas de elementos. Su forma básica consiste en un puente de cuatro ramas, una fuente de excitación (alterna) y un detector de cero (audífono, amplificador de C.A, con osciloscopio, etc.). Para bajas

frecuencias se puede utilizar la línea de potencia como fuente de excitación y a altas frecuencias se puede utilizar un oscilador.

Puente de Maxwell: Este puente de C.A se utiliza para medir una inductancia desconocida en términos de una capacitancia conocida.

Puente de Owen: El puente Owen es ampliamente utilizado para la medición de inductores, más precisamente para aquellas inductancias con factor de calidad bajos (Q<1).

3.1.4 Prueba de dispositivos semiconductores.

Diac (Control de potencia): El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30 V.

Diodo (Rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión): Es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua.

FPGA (Control de sistemas digitales): Es un dispositivo semiconductor que contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad se puede programar. La lógica programable puede reproducir desde funciones tan sencillas como las llevadas a cabo por una puerta lógica o un sistema combinacional hasta complejos sistemas en un chip.

Transistor (Amplificación, conmutación): El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia").

Diodo Zener (Regulación de tensiones): El diodo Zener, es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a veces diodos de avalancha o de ruptura, el diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

3.2 Medición de potencia y energía.

3.2.1 Potencia y energía en C.C: Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del

dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es,

Donde I es el valor instantáneo de la intensidad de corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios). Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia

también puede calcularse como, recordando que a mayor corriente, menor voltaje.

3.2.2 Potencia y energía en C.A: Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.

Si a un circuito se aplica una tensión sinusoidal   con velocidad angular   y valor de

pico   de forma

Esto provocará, en el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común), una

corriente   desfasada un ángulo   respecto de la tensión aplicada:

Donde, para el caso puramente resistivo, se puede tomar el ángulo de desfase como cero.

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Mediante trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:

Se obtiene así para la potencia un valor constante,   y otro variable con el tiempo,

. Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.

3.3 Efectos de carga de los instrumentos en las mediciones.

3.3.1 Impedancia de los instrumentos de medición: La impedancia, en términos generales, es la relación entre el voltaje y la corriente y se simboliza mediante la letra Z. Las unidades de impedancia son los ohms. En los circuitos de corriente directa, la impedancia es igual a la relación

del voltaje de cd a la corriente de cd. Debido a que las resistencias son los únicos elementos efectivos en los circuitos de cd, la impedancia es exactamente igual a la resistencia de la parte del

circuito en la que se determinan V e I.

Esta impedancia de entrada se puede medir si se conecta una fuente de voltaje entre las terminales de entrada y se mide la corriente que pasa a través del instrumento a un determinado de voltaje. Nótese que esta relación (y en consecuencia la impedancia de entrada) puede ser tan alta en algunos instrumentos que puede ser en realidad muy difícil de medir. Si las señales de entrada a un instrumento son cantidades de ca, Vent e Ient se refieren a los valores efectivos de las cantidades. Cabe mencionar que lo anterior solamente se puede realizar si se utiliza un multímetro TRUE RMS, de lo contrario es necesario utilizar métodos indirectos.

Determinación de la impedancia de entrada de un instrumento de medición con ayuda de una

fuente de voltaje. Se define la impedancia de salida de un dispositivo como En la mayor parte de los casos será de interés en la impedancia de salida de dispositivos o instrumentos que contengan elementos activos y por lo mismo sirvan como fuentes de señal en los sistemas de medición (los instrumentos y dispositivos como fuentes de poder, osciladores, baterías amplificadores y transductores activos se ajustan a esta categoría).

3.3.2 Sondas o puntas de prueba: Las puntas de pruebas o también llamadas sondas se construyen para que tengan un efecto mínimo sobre el circuito de medida, esto es evitar cargar al circuito en donde se realiza la medición. Esta facultad de la sondas recibe el nombre de efecto de carga, para minimizarla se utiliza un atenuador pasivo, generalmente de x10.

Este tipo de sonda se proporciona generalmente con el osciloscopio y es una excelente sonda de utilización general. Para otros tipos de medidas se utilizan sondas especiales, como pueden ser las sondas de corriente o las activas.

Sondas pasivas: La mayoría de las sondas pasivas están marcadas con un factor de atenuación, normalmente x10 o x100. Por convenio los factores de atenuación aparecen con el signo X delante del factor de división.

Sondas activas: Proporcionan una amplificación antes de aplicar la señal a la entrada del osciloscopio. Pueden ser necesarias en circuitos con una potencia de salida muy baja. Este tipo de sondas necesitan para operar una fuente de alimentación.

4. Instrumentos especiales y virtuales. 4.1 Analizador de estados lógicos - 4.1.1 Operación y aplicación:

ANALIZADOR DE ESTADOS LOGICOS: Un analizador lógico es un instrumento de medida que captura los datos de un circuito digital y los muestra para su posterior análisis, de modo similar a como lo hace un osciloscopio, pero a diferencia de este, es capaz de visualizar las señales de múltiples canales. Además de permitir visualizar los datos para así verificar el correcto funcionamiento del sistema digital, puede medir tiempos entre cambios de nivel, número de

estados lógicos, etc. La forma de capturar datos desde un analizador lógico es conectando una punta lógica apropiada en el bus de datos a medir. Los analizadores son empleados principalmente para la detección de errores y comprobación de prototipos antes de su fabricación, comprobando las entradas y analizando posteriormente el comportamiento de sus salidas.

Operaciones y aplicaciones: Un analizador lógico se inicia cuando en el circuito digital a analizar se da una determinada condición lógica. En ese momento el analizador copia una gran cantidad de datos digitales del sistema al que está conectado. Más tarde será posible visualizar estos datos e incluso ver el diagrama de flujo del sistema. Cuando los analizadores lógicos empezaron a utilizarse, era común conectar varios cientos de "clips" a un sistema digital. Los conectores específicos aparecieron más tarde. Actualmente, los computadores modernos han hecho que los analizadores lógicos hayan caído en desuso en muchos casos. Por ejemplo, muchos microprocesadores tienen apoyo hardware para el software de depuración. Muchos diseños digitales, incluso circuitos integrados, se simulan para encontrar fallos antes de ser construidos. Aunque tales simulaciones no reproducen exactamente las señales como un analizador lógico las puede obtener de un prototipo real, cubren la mayoría de las necesidades reales en cuanto a la depuración de un programa. Además, los Analizadores Lógicos más avanzados cuentan con una conexión al PC donde se pueden ver los datos mediante un software.

4.2 Analizador de espectros - 4.2.1 Operación y aplicación:

El analizador de espectros es una herramienta capaz de representar las componentes espectrales de una determinada señal a partir de su transformada de Fourier.

Esta representación en el dominio de la frecuencia permite visualizar parámetros de la señal que difícilmente podrían ser descubiertos trabajando en el dominio del tiempo con ayuda de un osciloscopio. Es especialmente útil para medir la respuesta en frecuencia de equipos de telecomunicaciones (amplificadores, filtros, acopladores, etc.) y para comprobar el espectro radioeléctrico en una zona determinada con la ayuda de una antena.

Operación y aplicación: Antes de configurar el analizador de espectros deberemos tener una idea clara de las características de la señal a medir, esto es, su potencia, ancho de banda, frecuencia central, etc. Además, tendremos que saber qué parámetros de la señal quieren medirse, así, por ejemplo, se necesitará una ventana de frecuencias mayor si se desean medir sus armónicos o una menor si lo que se desea medir es su ruido de fase. Una vez conocida la medida a realizar se fija la ventana de frecuencias, esta puede ser determinada de dos maneras distintas. La primera de ellas consiste en definir la frecuencia inicial de la ventana y la frecuencia final (START - STOP). O bien, definir una frecuencia central y una ventana de frecuencias alrededor de ella, también conocido como SPAN. De esta manera sería equivalente definir una ventana con frecuencia inicial 150MHz y final 250MHz, que hacerlo a partir de una frecuencia central de 200 MHz y 100MHz de SPAN.

Una vez fijada la ventana de visualización es muy probable que seamos capaces de distinguir la señal a medir. Únicamente restaría ajustar la referencia de amplitud y la resolución en dBm/div para que la señal quede perfectamente representada en pantalla. Jugando con estos valores se podrán distinguir con mayor precisión ciertas características de la señal como rizada, modulaciones, etc. Por último, y para obtener valores precisos en la medida de la señal, se podrán utilizar los markers del analizador. Estos markers pueden ser utilizados de forma absoluta

(entregan la medida directa de la gráfica) o relativa (devuelven la diferencia entre dos puntos de la gráfica). La utilización de unos u otros dependerá como siempre de la medida a realizar.

4.3 Equipos especiales de medición.

4.3.1 Graficadores: Los instrumentos graficadores de señal o registradores trazan continuamente o por puntos la variable de instrumentación, las gráficas que producen suelen ser circulares, rectangulares o en forma de rollo según se acoplen al proceso que registran.

4.3.2 Trazador de curvas: Un trazador de curvas de semiconductores es una pieza especializada del equipo de prueba electrónico utilizado para analizar las características de los dispositivos semiconductores discretos tales como diodos, transistores y tiristores. Basado en un osciloscopio, el dispositivo también contiene voltaje y fuentes de corriente que se pueden utilizar para estimular el dispositivo bajo prueba (DUT).

4.3.3 Luxómetro: Un luxómetro (también llamado luxómetro o light meter) es un instrumento de medición que permite medir simple y rápidamente la iluminancia real y no subjetiva de un ambiente. La unidad de medida es el lux (lx). Contiene una célula fotoeléctrica que capta la luz y la convierte en impulsos eléctricos, los cuales son interpretados y representada en un display o aguja con la correspondiente escala de luxes.

4.3.4 Tacómetro: Un tacómetro es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

4.3.5 Medidores de campo magnético: Medidor digital de campo magnético EMF y ELF. Se trata de un dispositivo compacto con un gran visor y controles que pueden ser manipulados con una sola mano. Permite la medición de la intensidad de la radiación electromagnética producida por un equipo de transmisión eléctrica, líneas eléctricas, hornos micro-ondas, aires acondicionados, neveras, monitores de ordenador, dispositivos de audio y vídeo, etc...

4.3.6 Analizador de Fourier: 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 coordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dBm del pitido 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.

5. Construcción de circuitos impresos.

5.1 Técnicas básicas para la construcción de circuitos impresos: Usualmente un ingeniero eléctrico o electrónico diseña el circuito y un especialista diseña el circuito impreso. El diseñador debe obedecer numerosas normas para diseñar un circuito impreso que funcione correctamente y que al mismo tiempo sea barato de fabricar.

Al diseñar un proyecto o prototipo electrónico, primero se debe probar, armándose en una placa de pruebas o protoboard. Cuando funcione correctamente, se dibujará el diagrama esquemático, ya sea a mano, o en computador, usando programas especializados como el proteus, eagle o Pspice. Posteriormente se diseña y fabrica el circuito impreso (PCB), y para finalizar, se montan los componentes en la tarjeta, para finalmente colocarlo en un chasis o gabinete, que le darán una presentación final a nuestro proyecto. La placa de pruebas (protoboard), es una herramienta de estudio en la electrónica, que permite interconectar los componentes electrónicos; ya sean resistencias, condensadores, semiconductores, etc., sin necesidad de soldarlos en un impreso, permitiendo así, hacer infinidad de pruebas de manera fácil, alcanzando la optimización deseada del circuito.

La placa de prueba está compuesta por segmentos plásticos con perforaciones y láminas delgadas de una aleación de cobre, estaño y fósforo, las cuales pasan por debajo de las perforaciones, creando una serie de líneas de conducción paralelas. Estas líneas están distribuidas; unas en forma transversal y otras longitudinalmente. Las líneas transversales están interrumpidas en la parte central de la placa, para facilitar la inserción de circuitos integrados tipo DIP (Dual Inline Packages), y que cada pata del circuito integrado, tenga una línea de conexión por separado. En la cara opuesta de la placa, trae un forro con pegante, que sirve para sellar y mantener en su lugar las láminas metálicas. Al momento de hacer un circuito en el protoboard, se utilizan las láminas transversales para interconectar los componentes y las longitudinales para su alimentación.

El diagrama esquemático (schematic)

Cuando el circuito está funcionando a la perfección en el protoboard, se procede ha realizar el diagrama esquemático. Esto consiste en dibujar el circuito, utilizando los símbolos electrónicos. Se puede hacer a mano, o en el computador, utilizando programas como el proteus, workbench, Pspice, Eagle, etc. Los diagramas e impresos realizados para nuestro sitio Web, son dibujados en Corel draw, programa de creación de gráficos vectoriales, el cual da una excelente resolución a la hora de imprimir.

Nota: Es necesario tener un buen conocimiento de simbología electrónica, para hacer el diagrama esquemático sin errores.