Práctica de electrónica 1, Apuntes de Suelos y recursos naturales

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA

PRÁCTICA 1– MEDICIÓN DE RESISTENCIA, CORRIENTE Y VOLTAJE EN

CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA

INTRODUCCIÓN

La resistencia es una medida de la oposición al flujo de corriente en un circuito eléctrico. La resistencia se mide en ohmios, que se simboliza con la letra griega omega (Ω), con una equivalencia de 1 ohm = 1 volt/ampere (1 Ω = V/A). Un resistor es un elemento pasivo con la propiedad de resistencia R. La figura 1 muestra una representación del voltaje y el sentido de la corriente a través de un resistor. Figura 1. Tensión y corriente en un resistor. Siempre que se considera un resistor en el cual su resistencia no es una función de la corriente eléctrica, se cumple la ley de Ohm. La ley de Ohm (1) establece que la relación entre V e I sea lineal, caracterizada por una constante de proporcionalidad que es R. Como se muestra en la figura 2, un resistor puede convertirse en no lineal fuera de su intervalo nominal de operación. V = R I (1) Figura 2. Un resistor que opera dentro de su intervalo especificado de corriente ±In, puede ser modelado mediante la ley de Ohm. En un circuito en serie (ver figura 3) la corriente circula a través de todos los elementos con la misma intensidad y están dispuestos unos a continuación de otros, de ahí que si por un motivo cualquiera, uno de los elementos dejara de funcionar, los demás no recibirán la corriente eléctrica.

indicadora cuya deflexión angular depende de la magnitud de la variable que mide. Un instrumento digital muestra una serie de dígitos que indican el valor de la variable medida [ 1 ]. a) b) Figura 5. Instrumentos de medición: a) analógico y b) digital En un instrumento analógico su exactitud es en general del orden de ±0.1 a ±5%, la cual es menor que la de un medidor digital, debido a la presencia de errores de interpolación, paralaje y de lectura [ 2 ]. Un instrumento digital obtiene mediciones de una señal en un tiempo de muestreo dado por el fabricante; el tiempo de muestreo es el tiempo que el instrumento se tarda en procesar la señal y obtener una lectura. Su lectura numérica reduce el error humano y el tedio, elimina el error de paralaje; su exactitud puede ser de hasta ±0.005%. Otras características adicionales en los instrumentos digitales modernos, tales como polaridad automática y facilidad en el cambio de intervalo, reducen los errores de medición y el posible daño del instrumento causado por sobrecargas accidentales [ 3 ]. Además, muchos instrumentos digitales tienen salidas auxiliares para el registro y procesamiento de las mediciones.

OBJETIVOS

Ø Conocer las operaciones básicas para el manejo del multímetro analógico y digital. Ø Armar circuitos eléctricos en serie, paralelo y serie-paralelo, con elementos resistores.

Ø Utilizar los multímetros digital y analógico, para medir voltaje y corriente eléctrica de los elementos de un circuito eléctrico de corriente directa (CD). Ø Comprender los conceptos de voltaje, corriente y resistencia. Ø Comprobar en forma práctica la ley de Ohm

MATERIAL Y EQUIPO

• 1 tablilla de prototipos estándar (protoboard);
• 6 resistores de valores distintos de ¼ Watt con valores de entre 100Ω y 560kΩ;
• 2 multímetros digitales
• Alambre de calibre adecuado para conexión en protoboard
• 1 fuente ajustable de voltaje de CD (fuente de laboratorio).
• Pinzas de corte, pinzas de punta, cutter
• Puntas banana-caimán;
• Equipo de cómputo con programa de simulación de circuitos;

Procedimiento para medir resistencia, corriente y voltaje

A continuación, se describe el procedimiento para medir resistencia, voltaje y corriente en un elemento de un circuito eléctrico, utilizando los multímetros analógico y digital. Para realizar mediciones, tanto para el multímetro analógico y digital, los pasos son similares y sólo en algunos casos se realizan unos pasos de más en el multímetro analógico; como se indica en cada procedimiento de medición.

Consideraciones generales para medición de resistencia, voltaje y

corriente, al utilizar los multímetros analógico y digital.

o No toque las puntas de las terminales de prueba al realizar mediciones, puesto que, podría provocar lecturas incorrectas. Además, el operador del instrumento podría sufrir una descarga cuando mide tensiones altas. Siempre sostenga las puntas de prueba por el mango de plástico. o Cuando exista incertidumbre sobre el valor a medir de resistencia, voltaje o corriente, coloque el selector de escalas en la escala de mayor valor. o Una vez realizada la medición (en el caso del multímetro analógico), ponga el conmutador de escalas en OFF. Nunca deje el medidor con el interruptor en la gama de resistores, ya que esto desgastará las baterías del instrumento.

Figura 6. Conexión de un multímetro para medir resistores.

Medición de Tensión (Voltaje)

o Conecte las puntas del instrumento en los receptáculos correspondientes: punta negra en terminal común "COM" y la roja en el receptáculo marcado con "V" o Para el multímetro analógico, ajuste su aguja a la posición cero de tal manera que indique exactamente el cero cuando el instrumento esté desconectado del circuito. o Coloque el selector de funciones en mediciones de voltaje de CD (DCV). o Cuando exista incertidumbre en la escala del voltaje a medir, coloque el selector de escalas en la escala de mayor voltaje. o Conecte las terminales de prueba en paralelo al elemento del circuito en donde desea obtener el valor de voltaje; las terminales se conectan en los extremos del elemento del circuito (vea figura 7). o Decrezca la escala de manera que el valor de la medición se encuentre dentro de la escala de menor intervalo. Para el multímetro analógico, cuando sea posible se debe lograr que en la escala la aguja se encuentre entre la mitad y plena escala si es posible. o Registre la lectura, tomando en cuenta la escala usada (mV, V, kV). Figura 7. Conexión de un multímetro para medir voltaje.

Medición de Corriente

o Conecte las puntas del instrumento en los receptáculos correspondientes: punta negra en terminal común "COM" y la roja en el receptáculo marcado con "mA". El receptáculo marcado con "10A" o "20A" sirve para medidas de corrientes grandes y generalmente no se usa para mediciones de laboratorio de electrónica. o Para el multímetro analógico, ajuste su aguja a la posición cero de tal manera que indique exactamente el cero cuando el instrumento esté desconectado. o Colocar el selector de funciones en mediciones de corriente de CD (DCA). o Cuando se mide un valor de corriente desconocido, coloque el selector de escalas en la escala de mayor corriente y vaya descendiendo la escala hasta observar la mejor resolución. o Conecte las terminales de prueba en serie con el circuito, lo que implica "abrir" el conductor por donde fluya la corriente de interés (vea figura 8). En un circuito serie, basta "abrir" cualquier conductor del arreglo e insertar el amperímetro; en un circuito en paralelo, se deberá "abrir" cada rama por donde se divide la corriente e insertar el amperímetro para "reconectar" esa rama. La figura 8 derecha muestra cómo se mide la corriente que fluye por R 2. o El amperímetro se puede considerar como un conductor de resistencia casi cero, por lo que SE DEBE EVITAR CONECTAR ACCIDENTALMENTE LAS PUNTAS ENTRE EL POSITIVO Y EL NEGATIVO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN, lo que la pondría en corto (muy alta corriente) y fundiría el fusible de protección del amperímetro. o Decrezca la escala de manera que el valor de la medición se encuentre dentro de la escala de menor intervalo. Para el multímetro analógico, cuando sea posible se debe lograr que en la escala la aguja se encuentre entre la mitad y plena escala si es posible. o Registre la lectura, tomando en cuenta la escala ajustada (uA, mA, A). Figura 8. Conexión de un multímetro para medir corriente en circuitos serie (izquierda) y paralelo (derecha).

En las siguientes actividades deberá obtener los parámetros de voltaje y corriente empleando tres técnicas: analítica (cálculos empleando la teoría de análisis correspondiente), con un programa de simulación de circuitos y mediante el armado del circuito real, con instrumentos de medida (voltímetro y amperímetro). Como parte de los resultados y evidencias, para cada circuito analizado deberá incluir una fotografía del circuito real, una captura del esquemático de la simulación y el procedimiento de análisis teórico. NOTA : En todos los circuitos sugeridos, se puede omitir el interruptor mostrado, haciendo una conexión directa. II. Medición de corriente y voltaje en un circuito serie Usando los valores de resistencia de la tabla 1, arme el circuito que se muestra en la figura 9, en tablilla de prototipos y en un programa de simulación. Ajuste la fuente V de corriente directa a un voltaje fijo entre 3 y 1 8 V. Mida la tensión y corriente de cada uno de sus elementos, utilizando el instrumento adecuado (amperímetro o voltímetro). Verifique que las lecturas obtenidas coincidan con los cálculos teóricos. Anote las lecturas obtenidas en la tabla 2. Incluya una sección mostrando el procedimiento de cálculo teórico. Figura 9. Circuito en serie. Tabla 2. Resultados analíticos y experimentales de tensión y corriente del circuito serie. R (Ω)

ANALÍTICAMENTE MULTÍMETRO SIMULACIÓN

Voltaje (V) Corriente (A) Voltaje (V) Corriente (A) Voltaje (V) Corriente (A) R 1 = R 2 = R 3 = Voltaje de la fuente V=

III. Medición de corriente y voltaje en un circuito paralelo Usando los valores de resistencia de la tabla 1, arme el circuito que se muestra en la figura 10, en tablilla de prototipos y en un programa de simulación. Ajuste la fuente V de corriente directa a un voltaje fijo entre 3 y 1 8 V. Mida la tensión y corriente de cada uno de sus elementos, utilizando el instrumento adecuado (amperímetro, voltímetro). Verifique los resultados obtenidos con los analíticos. Anote las lecturas obtenidas en la tabla 3. Incluya una sección mostrando el procedimiento de cálculo para la técnica analítica. Figura 10. Circuito en paralelo. Tabla 3. Resultados analíticos y experimentales de tensión y corriente del circuito paralelo. R (Ω)

ANALÍTICAMENTE MULTÍMETRO SIMULACIÓN

Voltaje (V) Corriente (A) Voltaje (V) Corriente (A) Voltaje (V) Corriente (A) R 1 = R 2 = R 3 = Voltaje de la fuente V= IV. Medición de corriente y voltaje en un circuito serie-paralelo (mixto) Arme el circuito eléctrico que se muestra en la figura 11 con seis resistores de su elección (recomendable que sean mayores a 100 ohms), anotando su valor nominal en la tabla 3. Ajuste la fuente V de corriente directa a un voltaje fijo entre 3 y 15V. Mida la tensión y corriente de cada uno de sus elementos, utilizando un multímetro digital. Compare los resultados experimentales obtenidos utilizando la ley de Ohm y los obtenidos en la simulación. Anote las lecturas obtenidas en la tabla 4, en donde corresponda.

Al medir resistencia ¿por qué es recomendable desconectar del resto del circuito el componente a ser comprobado? ¿Por qué es importante seleccionar una escala de lectura adecuada para realizar una medición? ¿A qué se deben las pequeñas diferencias entre los valores teóricos, simulados y los valores experimentales obtenidos en las mediciones? ¿Qué indica la tolerancia en los resistores?

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Analiza los resultados obtenidos en cada actividad, comparando cada técnica usada y coméntalos a manera de conclusiones.

ANEXO Figura A. Alimentación desde un plug invertido. Verificar la polaridad con el voltímetro. Figura B. Conexión de la alimentación del eliminador a los rieles de alimentación de la tablilla de prototipos.

Figura C. Arreglo en serie de tres resistores, desconectado de la alimentación. Figura D. Arreglo en serie alimentado.

Figura G. Medición de corriente del arreglo serie: apertura del conductor entre los resistores de 10k y 1k y restablecimiento con el amperímetro. Figura H. Puntas y multímetro en modo amperímetro.

Figura I. Arreglo en paralelo sin alimentación. Figura J. Arreglo en paralelo conectado a la alimentación con puentes de alambre del 26AWG.