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1 | Guía Nº1 “Instrumentación”

Sistemas Digitales. Guía 01

CICLO: 01-2013

UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS

ESCUELA DE ELECTRONICA

GGuuííaa ddee llaabboorraattoorriioo NNºº11 Nombre de la práctica: “Instrumentación” Lugar de ejecución: Laboratorio de electrónica citt

Tiempo estimado: 150 Minutos

Materia: Sistemas Digitales

Docente: Ángel Moreno/Mauricio Gómez

Que el estudiante analice y comprenda el manejo del equipo empleado en el laboratorio de fundamentos generales, para aplicar los conocimientos en prácticas posteriores.

USO DE LA BREADBOARD La Breadboard es una herramienta de mucha utilidad para el electrónico. Sirve para poder armar pequeñas aplicaciones de la electrónica y poder ver su funcionamiento sin todavía desarrollar el circuito impreso. La forma de las conexiones internas sobre una Breadboard, permiten al usuario jugar con una variedad de posibles conexiones de un circuito electrónico. Las conexiones internas son como se muestran en la figura 1, aunque algunas podrían tener una variante en las conexiones de los dos filas superiores e inferiores, ya que podrían estar ó no unidas internamente.

Figura 1. Breadboard. Algunas de las prácticas de laboratorio consistirán en armar circuitos electrónicos utilizando resistencias, capacitores, LED´s, circuitos integrados, etc. Para los cual, se necesitan conocer detalladamente la manera de realizar la conexión como se muestra en la figura 2, tanto de la fuente de alimentación como de elementos individuales sobre la Breadborad.

Figura 2. Circuito armado en Breadboard.

I. Objetivos

II. Introducción Teórica



USO DE LA UNIDAD DE INSTRUMENTACION PU-2000 La figura 3, muestra en forma general, las partes del equipo a utilizar, estas son:

1. Unidad de Instrumentación PU-2000 2. Unidad de Fuentes de Energía 3. Unidad de Aprendizaje Computarizado PU-2000

Figura 3. Unidad de experimentación PU-2000

UNIDAD DE INSTRUMENTACION PU-2000 La unidad de instrumentación PU-2000 ha sido específicamente diseñada para ser usada con el entrenador por computadora del sistema DEGEM. Posee cuatro partes principales:

1. Multímetro Digital 2. Fuentes de voltaje 3. Frecuencímetro ó contador de frecuencias 4. Generador de señales: Senoidal, Triangular y Cuadrada

A continuación se presenta el nombre de cada uno de los controles que posee la unidad de instrumentación (referirse a la figura 4.) 1La unidad de instrumentación PU-2000 ha sido específicamente diseñada para ser usada con el entrenador por computadora del sistema DEGEM. Posee cuatro partes principales:

1. Multímetro Digital. 2. Fuentes de voltaje. 3. Frecuencímetro ó contador de frecuencias. 4. Generador de señales: Senoidal, Triangular y Cuadrada.



A continuación se presenta el nombre de cada uno de los controles que posee la unidad de instrumentación (referirse a la figura 4.)

1. Exhibidor (pantalla) que se muestra la medida de la frecuencia 2. Pulsador para verificar el buen estado de los exhibidores (test) 3. Pulsador de Reset del contador de frecuencia 4. Selecciona si se va a medir una señal externa o una señal interna que proviene

del Generador de Señales 5. Selecciona entre medición de frecuencia ó periodo 6. Selecciona el rango de conteo y la resolución (número de decimales del

resultado) 7. Entrada externa, se puede utilizar un conector de tipo BNC o de tipo barra

Tierra común (la referencia es igual en todas las conexiones que indique tierra. 8. Salida pequeña de amplitud del generador de señales. 9. Selección entre formas de onda: Senoidal, Triangular y Cuadrada 10. Selecciona el rango de frecuencia 11. Ajusta la frecuencia 12. Ajusta la amplitud de la señal generada 13. Ajusta el nivel de corriente directa (DC) de la señal. 14. Salida grande de amplitud del generador de señales 15. Tierra Común 16. Salida de nivel digital 0 y 5 V. (Salida TTL) 17. Fuentes de alimentación de +5Vdc, +12Vdc y -12Vdc no variables (fijas) 18. DMM-Multimetro Digital

Figura 4 Unidad de Instrumentación PU-2000



USO DEL OSCILOSCOPIO

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma.

El osciloscopio utilizado en el laboratorio será un HAMEG HM203-7, el cual se describe detalladamente a continuación:

Figura 5. Osciloscopio HAMEG HM203-7



No. Cantidad Elemento

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1 2 2 1 5 2 -

Osciloscopio de doble trazo. Unidad PU-2000.

Puntas para osciloscopio Puntas para multímetro

Breadboard Resistencias de valores variados

Cables degem para fuente Cable UTP

III. Materiales y Equipo



1. Lea detenidamente la descripción del panel frontal, identificando en el Osciloscopio cada uno de los controles.

2. Ubique el control de encendido y presiónelo. 3. Verificar que los tres botones de calibración (controles con la parte superior roja y con un

triángulo blanco dibujado) se encuentren totalmente girados en el sentido de las agujas del reloj.

4. Ubique en el osciloscopio la sección VERT MODE y verifique que los tres botones (CHI/II, DUAL y ADD) estén en la posición sin presionar. (Si acaso alguno está presionado, simplemente presiónelo otra vez para que regrese a la posición de afuera).

5. Ubique el selector de TIME/DIV en el valor de 50 Us/división (microsegundos por división).

6. Ubique el selector de VOLT/DIV del canal 1 (el de la izquierda) en la escala de 1V/división (un voltio por división).

7. Ubique los controles que se identifican con CH.I (Control de l canal 1), verifique que el pulsador GD (tierra) esté presionado, por el momento no importa cómo este el otro pulsador. Se coloca en tierra la entrada con el objetivo de colocar una entrada permanente de cero voltios, para colocar en la pantalla la referencia de dicho punto (0 voltios). La referencia por lo general se ubica en el centro de la pantalla del osciloscopio, ya que este forma un plano cartesiano como el que se muestra en la figura:

Figura 6. Pantalla del osciloscopio

8. Mueva el control Y POS I en todo su rango. ¿Cuál es la función de este control?

(La señal que debe aparecer en pantalla debe ser una línea horizontal contínua y con el control Y POS I se puede localizar en cualquier parte de la pantalla). Si no aparece la línea en la pantalla llame a su instructor.

9. Deje la línea horizontal justamente en la línea central de la pantalla. 10. Ubique el control X POS y muévalo. ¿Cuál es la función de este control? 11. Deje bien colocada la línea en la pantalla con el mismo control X POS. 12. Ubique el control de INTENSIDAD, este control se utiliza para ajustar el brillo del haz en la

pantalla, se recomienda no mantener por mucho tiempo el control de intensidad al máximo debido a que puede dañarse el fósforo de la pantalla . Mueva el control de intensidad para comprobar su funcionamiento, intente no tener por mucho tiempo el máximo de intensidad.

IV. Procedimiento

PARTE I: CALIBRACIÓN DEL OSCILOSCOPIO



13. Deje la intensidad de la pantalla en un punto moderado. 14. Ubique el control de enfoque (FOCUS), este control permite hacer mas claras las imágenes.

Muévalo para comprobar su funcionamiento. 15. Localice el selector TV SEP y asegúrese que esté en OFF, como ya se había mencionado,

éste control solamente se utiliza para observar señales de sincronismo de vídeo. 16. Conecte la punta del osciloscopio a la entrada del Canal 1 (Solicite la ayuda de su instructor

de ser necesario). 17. Ubique la selección de acoples para el canal (CH. I), coloque el GD fuera (recuerde que hay

que presionarlo de nuevo para que salga), y coloque el selector AC/DC en AC (Corriente Alterna), es decir, en la posición de afuera.

18. Pase el TIME/DIV a 0.5ms/div. 19. Conecte la punta del osciloscopio en el conector CAL 2V (está justamente debajo de la

pantalla). ¿Qué aparece en la pantalla del osciloscopio?___________________________ __________________________

20. Debe aparecer una señal cuadrada que cubre aproximadamente 2 cuadros de amplitud total, pues cada cuadro vale 1Volt/división. ¿Cuánto es el voltaje pico a pico?_________ ________________________________________________________________________

21. Pase la punta del osciloscopio a la conexión de CAL 0.2V, pase el selector de VOLT/DIV a la escala de 0.1V/div. ¿Cuánto mide ahora la señal pico a pico?

22. Coloque el selector TIME/DIV en 0.2ms/div y el VOLT/DIV en 50 mV/div. 23. Toque con un dedo la punta del osciloscopio y con un dedo de su otra mano la salida de

CAL 0.2V. ¿Podría concluir que la señal cuadrada de 0.2 Vpp viaja desde el dedo de una de sus manos hasta el dedo de su otra mano?, porque?

_________________________________________________________________________________________________________

1. Seleccione en VOLT/DIV la escala de 5V/div y en CH. I, en el pulsador AC/DC, seleccione

DC (pulsador presionado). 2. Conecte el tierra del PU (equipo donde están las fuentes), de cualquier fuente que tenga el

símbolo de tierra al tierra de la punta del osciloscopio (alambre con terminal “lagarto”). 3. Conectar la punta del osciloscopio a la fuente de +5V. Dibuje en la figura 7 la forma de

onda observada en el osciloscopio con un marcador de color rojo.

FIGURA 7.Pantalla del osciloscopio.

PARTE II: MEDICION DE VOLTAJE DE CORRIENTE DIRECTA CON OSCILOSCOPIO.



4. Repita el procedimiento anterior para las fuentes de +12V (verde) y de –12V (azul). En cada caso intente medir con el osciloscopio el valor del voltaje medido, note que como es corriente directa la señal no tiene ninguna variación con respecto al tiempo, es decir que se tiene una línea recta horizontal. Para medir el voltaje simplemente mida cuántos cuadros hay entre donde estaba la línea al inicio y donde esta ahora, luego multiplique el número de cuadros por la escala VOLT/DIV. ¿Concuerdan los datos con el resultado esperado? Explique. _______ ______________________________________ _______________________________________________________________________

5. Deje la punta del canal 1 en la fuente de +5V. 6. Conecte otra punta del osciloscopio a la entrada del canal 2, ajuste el VOLT/DIV de dicho

canal a la escala de 5V, presione el pulsador DUAL (esto sirve para ver los dos canales al mismo tiempo en la pantalla).

7. Ubique los controles de acople del canal dos, CH II y presione el pulsador GD. Utilice el control POS Y II para ajustar la línea horizontal al centro de la pantalla.

8. Presione nuevamente el pulsador GD para que quede fuera de nuevo y en el selector AC/DC seleccione la función DC.

9. Manteniendo la punta del canal 1 a +5V, conecte la punta del canal 2 a una fuente de –12V. Dibuje la forma de onda en la figura 7 con un marcador azul. ¿Qué puede concluir?

10. Repita el procedimiento para la fuente de PS-1 y gire la perilla. Dibuje la forma de onda en la figura 7 con un marcador verde.

11. Ajuste la fuente variable PS-2 al mínimo. Conecte la punta del canal 2 a la salida de la fuente PS-2. Gire lentamente la perilla de control de voltaje de la fuente. ¿Qué puede concluir?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Presione nuevamente el botón de DUAL para desactivar la función. (botón sin presionar).

Presione el botón CH.I/CH.II (Al quitar DUAL le solicitamos al osciloscopio que solamente nos muestre una señal, con el botón CH.I/CH.II seleccionamos qué canal deseamos que se vea en pantalla, en éste caso estaríamos seleccionando el canal 2.)

3. Ubique en el PU el Generador de Funciones (AUDIO FUNCTION GENERATOR). 4. Coloque el control DC-OFFSET en la posición de apagado, el selector de forma de onda

(WAVEFORMS) colóquelo en la señal senoidal , el control de rango (RANGE) en la selección 1-10 Hz, el control de VERNIER (Sirve para ajustar la frecuencia de la señal entre los límites seleccionados, en este caso 1 y 10 Hertz). Ajuste el control de Amplitud (AMPLITUD) al máximo.

5. Conecte la punta del canal 2 del osciloscopio a la salida alta del Generador (OUTPUT HI). Describa lo observado:

6. Cambie el control RANGE del Generador a 10-100 Hz y lentamente cambie el control TIME/DIV hasta llegar a 10 ms/div . ¿Qué observa?_______________________________ __________________________________________________________________________

7. Cambie el control RANGE del Generador a 100-1000 Hz y lentamente cambie el control TIME/DIV hasta llegar a 1ms/div. Mueva lentamente el control de VERNIER. ¿Cuál es la función de éste control? ____________________________________________________

8. Deje el VERNIER en la posición mínima (CAL). Cambie el selector de forma de onda

PARTE III: MEDICION DE CORRIENTE ALTERNA CON OSCILOSCOPIO.



(WAVEFORMS) a las otras dos posiciones que tiene. ¿Qué observa?_________________

________________________________________________________________________ 9. Deje el selector de señal en senoidal. Cuente los cuadros que hay en X de un ciclo de la

señal y multiplique el número de cuadros por el TIME/DIV. De esta forma usted está calculando el período de la señal. Anótelo: (OJO: no olvide que al multiplicar por el TIME/DIV debe utilizar los prefijos en la multiplicación, sino lo hace estará dando una respuesta errónea)

Período (T):______[segundos].

10. Divida 1 sobre el período (T

f1= ). Con esto calculará la frecuencia, Anótelo.

Frecuencia (f): [Hz].

11. Ubique la parte superior del Generador de Señales del modulo PU2000, el dispositivo

denominado frecuencímetro (COUNTER). Ubique el selector DISPLAY INDICATION y seleccione INTERNAL AUDIO GE. FREQ. (Con esto se está conectando internamente el frecuencímetro a la salida del generador de señales). Coloque el selector de RANGE del COUNTER en 1 y el selector de función (FUNCTION) en FREQ. Anote la indicación del medidor:

Frecuencia medida: kHz.

12. ¿Concuerdan ambas mediciones? . 13. Ajuste el VERNIER hasta que en los indicadores del COUNTER aparezca 500 Hz (0.5kHz).

Mida con el osciloscopio el período y la frecuencia de la señal.

Período: segundos Frecuencia: Hz.

14. Pase el selector de FUNCTION del COUNTER a PERIODE. Esto hará aparecer la medición del período de la señal en Microsegundos (uSeg). ¿Concuerdan las mediciones? . (Si su respuesta es NO, significa que lo ha hecho incorrectamente).

15. En el osciloscopio presione la tecla INV. ¿Cuál es la función de ésta tecla?. __________________________________________________________________________

16. Haga que el pulsador de INV no esté presionado. Presione +/- (Pendiente de Disparo).

Luego haga que no este oprimido el pulsador. ¿Cuál es la función de ésta tecla? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Para medir la resistencia eléctrica se requiere de la parte del multímetro denominada

Ohmetro, el valor de la medición es en ohmios y se representa por la letra griega omega mayúscula. Para medir la resistencia eléctrica se debe conectar el multímetro en paralelo y sin ninguna conexión de fuente de poder, es decir igual que como se conectó el voltímetro en la parte I de esta guía, pero la resistencia debe estar en circuito abierto o desconectada de la fuente o circuito de alimentación.

PARTE IV: MEDICIONES DE RESISTENCIAS (CON OHMETRO).



2. Para esta sección se medirá el valor de las cinco resistencias que se le han proporcionado. Antes de comenzar escriba en el cuadro de abajo los colores que tienen las resistencias.

Resistencia Color Banda 1

Color Banda 2

Color Banda 3

Color Banda 4

Color Banda 5

1

2

3

4

5

Resistencia Valor Teórico Valor Medido

1

2

3

4

5

3. Conecte la resistencia a la tableta de conexiones (BreadBoard), refiérase a la introducción

teórica si lo considera necesario para el uso de la breadboard.

4. Seleccione en el multímetro la escala de Resistencia (Ω). Conecte una punta del multímetro a un extremo de la resistencia y la otra punta al otro extremo de la resistencia. Repita el procedimiento anterior para las cinco resistencias y complete la última columna de la tabla anterior.

5. Tome una de las puntas del multímetro con una mano y la otra punta con la otra mano. ¿Cuál es el valor de la resistencia eléctrica de su cuerpo? _______________________.

6. Una las dos puntas del multitester. ¿Cuánto mide la resistencia de un cortocircuito? _____________.

Código de colores para Resistores



1. Para la medición de voltaje se utiliza la parte del multímetro denominada: Voltímetro. Un

voltímetro SIEMPRE debe colocarse en paralelo con el dispositivo que se desea medir, esto significa que una punta va hacia un extremo del elemento donde queramos medir el voltaje y el otro extremo hacia el otro extremo del mismo dispositivo. Por ejemplo en la figura 8 se muestran tres elementos conectados en serie, si se quisiera medir el voltaje del elemento del centro se debe hacer como se muestra en la figura.

NOTA IMPORTANTE: Antes de conectar el Multímetro al circuito debe asegurarse que se ha escogido correctamente la escala adecuada de la variable que se va a medir. Si el valor medido es mayor al especificado en la escala, se dañará el aparato.

2. En el caso de mediciones en una fuente de energía, pues simplemente se conectará la

terminal positiva del tester (usualmente se usa el cable rojo) hacia la terminal positiva de la fuente y la terminal común del tester a la terminal negativa de la fuente (tierra-usualmente se usa el cable negro).

FIGURA 8. Medición de voltaje

3. Conecte la terminal roja al conector del multitester que tiene por nombre Volts, Amps,

Ohm, y la terminal negra al conector denominado común, tierra, o negativo. 4. Seleccione en el multímetro la escala de 20 voltios de corriente directa (20VDC). 5. Ubique en el equipo la fuente PS-1. Note que existe un potenciómetro (perilla que regula

el voltaje), a la izquierda de ese control están dos conectores hembra que indican +12V y tierra, esta es una fuente fija de +12V, es decir que no es posible variar el valor de voltaje que proporciona la fuente.

6. Conecte la punta roja del tester al terminal rojo de última fuente mencionada y la punta negra de tester al terminal negro de la fuente. ¿Cuánto da la medición?

Valor medido = _____________

7. Lógicamente el valor medido debe dar aproximadamente 12V, si no es así, hay algo que

ha hecho mal y debe repetirse el paso anterior. 8. Ahora mida la salida de la fuente variable PS-1 (Power Supply 1). Coloque las puntas del

tester a la salida de PS-1 (estos conectores están a la derecha de los conectores que acaba de utilizar y de la perilla donde se regula el voltaje).

9. Varíe el potenciómetro desde el mínimo hasta el máximo y complete:

Valor mínimo de la fuente =____________

Valor máximo de la fuente =____________

PARTE V: MEDICIONES DE VOLTAJE DE CORRIENTE DIRECTA.



10. Repita los pasos 6-9 para la fuente PS-2 y complete:

Valor mínimo de la fuente =____________

Valor máximo de la fuente =____________

11. ¿Cuál es la diferencia entre la fuente de energía PS-1 y PS-2? Explique

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Ubique la fuente de alimentación de +5V (siempre en el módulo de aprendizaje

computarizado). Compruebe que efectivamente el valor de voltaje de esta fuente es de +5V. ¿Es así? ______________

13. Utilizando el mismo orden de las resistencias de la parte IV arme el siguiente circuito en la

breadboard y con la ayuda del voltímetro mida las caídas de voltaje en cada uno de los resistores, así como se muestra en la figura 9.

Figura 9. Medición de voltaje (midiendo VR3)

Resistencia Voltaje medido (V)

1

2

3

4

5



Evaluación del desarrollo de la práctica Guía Nº1 “Instrumentación” Grupo de laboratorio______________ Alumno: _________________________________________________Nº Carné: ____________ Alumno: _________________________________________________Nº Carné: ____________

Evaluación desarrollo de la práctica Alumno Nº1 Alumno Nº2

Aspecto a evaluar Porcentaje

real

Porcentaje

obtenido

Porcentaje

obtenido

Atiende las indicaciones a lo largo de la guía

10%

Contesta correctamente a las preguntas que se le plantean

20%

Comprende la funcionalidad del circuito armado

30%

Estética de los circuitos armados 10%

Mantiene el orden durante el desarrollo de la práctica

10%

Cumple todos los puntos especificados en la guía de laboratorio

20%

Total 100%

universidad don bosco facultad de …23. toque con un dedo la punta del osciloscopio y con un dedo...

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