INSTRUMENTACIÓN EN EL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA

Errores en la medida:

Cuando se toma una medida eléctrica nunca obtenemos el valor exacto de la misma. Esto es así porque siempre se cometen errores, como por ejemplo, que el aparato de medida no este correctamente calibrado, que no se haya utilizado el método correcto, por falta de habilidad del operador que toma la medida, etc.

Dado que se cometen errores en las medidas eléctricas convendrá tener en cuenta una serie de aspectos a la hora de evaluar resultados.

Errores absolutos y relativos.

El error absoluto que se comete en una medida es la diferencia entre el valor leído (V_L) por el aparato de medida y el valor real (V_R) de la misma

Para obtener el valor más aproximado al real utilizaremos un aparato de medida patrón de laboratorio.

Ejemplo 1

Para comprobar el error que comete un voltímetro se toma una medida de 100V y luego se comprueba con un voltímetro de gran precisión la misma medida, dando como resultado 98V. Determinar el error absoluto cometido por el voltímetro

Solución:

Eab = V_L – V_R = 100 – 98 = 2V

Dado que el conocimiento del error absoluto no nos da una idea clara del error cometido, utilizaremos para ello el error relativo, que nos indica la relación porcentual entre el error absoluto y el valor real:

Ejemplo 2:

Averiguar el error relativo en la medida del ejemplo 1

Precisión de un aparato de medida

Cuanto mas preciso sea un aparato de medida mas nos acercaremos a la medida real. Para definir lo preciso que es un aparato de medida se utiliza el concepto de clase, que es un error absoluto máximo que puede cometer un aparato de medida referido al valor máximo de la escala (Vmax) de medida.

La clase suele aparecer inscrita en el aparato de medida o en la información técnica que proporciona el fabricante del mismo. En la práctica sólo se fabrican aparatos de medida de las siguientes clases de precisión: 0,1- 0,2-0,5-1-1,5-2,5-5. Dependiendo del tipo de uso a que vayamos a destinar el aparato de medida, así seleccionaremos la clase más adecuada. Así por ejemplo si necesitamos una gran precisión de medida para realizar ensayos de laboratorio utilizaremos aparatos de clase 0,1; 0,2; o 0,5.

Ejemplo 3.

Para verificar la precisión de un amperímetro se le somete a una comparación con un amperímetro patrón. De todos los valores obtenidos se observa que el mayor de los errores absolutos cometidos es de 0,5 A ¿Cuál será la clase de este amperímetro si el valor máximo de su escala es de 50 A?

Solución:

Ejemplo 4

Calcular el error máximo que puede cometer un voltímetro de clase 1 si el valor máximo que alcanza su escala es de 300V.

Solución:

 

Normas generales para la toma de medidas eléctricas

Antes de realizar la medida de una magnitud eléctrica habrá que tener en cuenta una serie de aspectos previos que nos garanticen el mejor resultado. Seguidamente expondremos algunas de estas consideraciones:

• Como no todos los aparatos de medida funcionan igual en C.A. que en C.C. habrá que seleccionar el tipo de corriente adecuado en cada caso.

• El campo de medida de un aparato de medida nos indica los valores entre los cuales mide el aparato con exactitud. Antes de realizar una medida habrá que prever con aproximación el orden de magnitud de la medida y con ello seleccionar el aparato mas adecuado, por ejemplo, supongamos que deseamos medir la tensión de una pila. Para ello seleccionaremos un voltímetro de C.C. con un campo de medida de 0-5V. Si utilizásemos un voltímetro con un campo de medida de 300V, probablemente no hubiéramos apreciado la medida en la escala.

• Utilizaremos el aparato de medida de la clase adecuada según el orden de precisión que requiera la medida. Hay que tener en cuanta que cuanto mas preciso sea el aparato mas elevada resultara su adquisición. Así, por ejemplo, no merecerá la pena en ningún caso utilizar un aparato de clase 0,1 para medir la tensión en una línea de suministro eléctrico.

• Hay que procurar evitar prisas y anotar los valores obtenidos de la medida de forma ordenada en el formulario previamente preparado.

• Conviene controlar periódicamente los instrumentos de medida, comprobando si mantienen su nivel de precisión.

Instrumentos de medida analógicos y digitales

Los instrumentos de medida analógicos son aquellos que presentan la medida mediante una aguja móvil que se desplaza por una escala graduada (véase Figura). En los instrumentos de medida digitales el resultadote la medida se puede leer como una cifra numérica (dígitos) en una pantalla (véase Figura)

Los instrumentos de medida analógicos son los que más se han venido utilizando hasta ahora, aunque el abaratamiento de los circuitos integrados está haciendo que estos quedan cada vez más relegados por los digitales.

El principio general de funcionamiento de los aparatos analógicos es el siguiente (ver Figura 2) por lo general la corriente a medir se hace circular por una bobina que puede girar sobre su eje. Esta bobina se introduce en el seno de un campo magnético, que puede ser generado por un imán. La corriente a medir genera en la bobina móvil otro campo magnético que, al interactuar con el campo fijo del imán, produce una fuerza que tiende a desplazar a la bobina móvil en un determinado sentido. Solidaria a la bobina móvil se fija la aguja medidora sobre una escala graduada. Además se incluye un muelle, generalmente de forma circular, que se opone al movimiento de la aguja. La fuerza antagonista que desarrolla el muelle es proporcional a su estiramiento. Por otro lado, la fuerza la fuerza que hace girar la aguja es proporcional a la corriente a medir. Cuando los pares de fuerzas de la bobina y del muelle antagonista se igualan se obtiene la medida leyendo el desplazamiento de la aguja en la escala graduada.

En los instrumentos digitales no existe ningún elemento mecánico. La medida se realiza gracias a complejos circuitos electrónicos en forma de circuitos integrados. El resultado de la medida se presenta en una pantalla o display en forma de cifra numérica o dígitos.

Los instrumentos de medida digitales presentan varias ventajas que le hacen ideales para la mayoría de las aplicaciones. Por lo general, son más precisos que los analógicos. La lectura de la medida es mucho más cómoda, ya que leemos directamente la cifra en la pantalla sin tener que interpretar una escala graduada. Esto les hace ideales en su uso como aparatos portátiles, donde es muy importante tomar una lectura rápida y precisa de la medida. Son muy robustos, aguantan fuertes impactos y vibraciones sin alteración de su funcionamiento. Esto último se debe a que en su estructura no existen elementos móviles.

Los instrumentos de medida analógicos tienden a ser sustituidos cada vez más por los digitales, sobre todo en los aparatos de medida portátiles.

Escalas de un instrumento de medida analógico

Las escalas pueden ser uniformes (las divisiones siempre tienen la misma anchura y representan el mismo valor sobre la escala) o no uniformes. Lo más importante en el momento de interpretar una medida en una escala graduada es conocer las constante del instrumento, es decir que medida representa cada división de la escala. Para obtener la constante del instrumento se divide el valor máximo del fondo de escala entre el numero total de divisiones de la escala.

Ejemplo

Determinar la constante de la escala del voltímetro de la figura ¿Cuál será el resultado de la medida si la aguja se sitúa sobre la sexta división partiendo de cero?.

Solución :

El campo de indicación del voltímetro es de 0V a 300V y la escala posee 30 divisiones. La constante del instrumento es por tanto:

La medida resultante cuando la aguja recorre 6 divisiones es: 6. 10 = 60 V.

Sistemas de medida

Existe una amplia variedad de instrumentos o sistemas de medida que mediante un determinado mecanismo consiguen tomar la medida de la magnitud eléctrica deseada.

El tipo de sistema de medida utilizado por un aparato de medida se representa por un símbolo, que suele venir inscrito de forma visible en la pantalla del mismo. En la tabla siguiente se expone un resumen con los sistemas de medida y su símbolo correspondiente y en la tabla siguiente los símbolos que más comúnmente se utilizan para describir las características de los aparatos de medida.

Tablas 9.1 y 9.2

Medida de intensidad

La medida de intensidad se realiza mediante el amperímetro. Se conecta en serie con el circuito cuya corriente se quiere medir, tal como se indica en la Figura. Es aconsejable que la resistencia interna del instrumento de medida (R_A) sea lo más bajo posible. De esta forma, se evitan caídas considerables de tensión (V_A) en el amperímetro y consumos de potencia elevados.

Para medidas de C.A. es indiferente la polaridad de conexión. Sin embargo, para C.C. hay que conectar el amperímetro según se indique en la polaridad del mismo, de otra manera la aguja tenderá a indicar en sentido contrario. Para aparatos de medida digitales

No es tan importante esta consideración, puesto que son capaces de indicar lecturas negativas en su display.

Cuando la corriente que s va a medir es muy elevada resulta difícil encontrar el aparato de medida adecuado para realizar una medida directa. En estos casos se recurre a sistemas de apoyo que consiguen ampliar el alcance de medida sin cambiar de amperímetro. Para corriente continua se emplean los shunt y para corriente alterna los transformadores de intensidad.

Ampliación del alcance de un amperímetro mediante shunt

Supongamos que disponemos de un amperímetro con un alcance de 50ª como máximo y que necesitamos incorporar un amperímetro de cuadro para la medida de la intensidad de corriente en un sistema de generación de energía de energía solar fotovoltaica. La potencia instalada es de 6 KW y la tensión de alimentación es de 24 V en C.C. En este ejemplo, la corriente a medir será del orden de:

Para poder medir esta corriente con el amperímetro de 50A emplearemos una resistencia shunt.

Este dispositivo consiste en conectar una resistencia en paralelo con el amperímetro que consiga desviar parte de la corriente que se quiere medir (véase Figura 5). En nuestro ejemplo, la resistencia shunt deberá desviar 200A (Is) para que por el amperímetro solo circulen 50A (I_A) cuando se quiera medir una corriente de 250 A (I).

Para poder calcular la resistencia que deberá poseer el shunt necesitamos conocer previamente la resistencia interna del amperímetro R_A. Como la resistencia R_S del shunt queda en paralelo con el amperímetro, su caída de tensión es la misma por lo que se cumple que:

Ejemplo

Teniendo en cuenta que el amperímetro de 50 A mencionado anteriormente posee una resistencia interna de 0,1 Ω, calcular el valor de la resistencia del shunt para ampliar el alcance del aparato de medida hasta los 250 A.

Solución:

La resistencia del shunt es

Este dato habrá que tenerlo en cuenta a la hora de interpretar la lectura de la medida, ya que la constante de la escala del instrumento habrá que multiplicarla por 5.

Ejemplo

Un amperímetro permite medir una corriente como máximo de 2mA. Posee una escala fraccionada de 40 divisiones y una resistencia interna de 1 Ω. Se desea ampliar el alcance del aparato para poder realizar medidas hasta 2 A. Calcular la resistencia del shunt, así como la constante de la escala del aparato con y sin shunt. ¿Cuál será el resultado de la medida del amperímetro con shunt si se lee en la escala 10 divisiones?

Solución:

Medidas de tensión

La medida de tensión se realiza mediante el voltímetro. Se conecta entre los extremos cuya tensión se quiere medir, tal como se indica en la Figura. Es importante que la resistencia del instrumento de medida (R_V) sea alta, para así evitar consumos de corriente (I_V) y potencias elevadas.

Para ampliar el alcance de un voltímetro se recurre a la conexión en serie de resistencias adicionales o al empleo de transformadores d tensión. Dado que los transformadores solo funcionan con corrientes alternas, se utilizarán solo transformadores para realizar medidas de tensiones elevadas en C.A.

Ampliación del alcance de un voltímetro mediante resistencias adicionales en serie

En la Figura siguiente se ha conectado una resistencia adicional Rs en serie con el voltímetro, con el fin de conseguir una caída de tensión Vs que haga la tensión Vv que aparece en bornes del voltímetro de resistencia Rv quede reducida proporcionalmente respecto a la tensión V a medir.

Ejemplo

Se dispone de un voltímetro con un campo de indicación de 10 V, una resistencia interna de 2KΩ y su escala está fraccionada en 40 divisiones. Calcular el valor de la resistencia adicional. a conectar en serie con el voltímetro para ampliar su alcance hasta 200V, así como la constante del instrumento con y sin resistencia adicional. ¿ Cuál será el resultado de la medida, con o sin la resistencia adicional, si se leen en la escala 30 divisiones?

Solución

Primero calculamos la corriente que circula por el voltímetro, que es la que también fluye por la resistencia adicional. Aplicando la ley de Ohm entre los extremos del voltímetro, tenemos que:

El polímetro

El polímetro o multímetro es un aparato de medida portátil que se utiliza para medir diferentes magnitudes eléctricas, como, por ejemplo tensión corrientes en C.C y C.A. , resistencia, capacidad, prueba de continuidad , prueba de diodos y transistores. La misma palabra indica su función: << polímetro>>, muchas medidas.

A primera vista da la impresión de que debe existir mucha diferencia entre manejar un modelo de polímetro u otro. Pero no es así, ya que en el momento se adquiere una cierta práctica en el manejo de uno de los modelos, prácticamente ya se saben manejar todos.

Los polímetros digitales presentan una lectura en forma de cifras numéricas que facilita bastante la interpretación de la medida. En los polímetros analógicos o de aguja hay que elegir la escala adecuada y tener cuidado en no equivocarse con la constante de escala a aplicar.

En la figura 8 se muestra la disposición de un polímetro genérico de laboratorio.

1- Conmutador tipo de corriente: Selecciona corriente continua o alterna.

2- Selector de magnitud a medir: Selecciona tensión, intensidad, resistencia, capacidad, etc.

3- Continuidad: Selecciona continuidad de circuitos y verificación del estado de diodos, así como de su polarización

4- elección de escala: Selecciona el campo de medida que podemos medir con el polímetro.

5- Interruptor de encendido

6- Conexión de las putas de prueba: Entrada: Terminal negro al negativo y el rojo al positivo.

7- Conexión para medida de capacidades en condensadores

8- Pantalla.

Medidas de resistencias eléctricas

La medida de la resistencia eléctrica se puede realizar simplemente midiendo la tensión y corriente que se producen en una resistencia al aplicar una fuente de alimentación de C.C. Aplicando la ley de Ohm se obtiene el valor de la resistencia. Evidentemente éste no es el sistema utilizado. Dependiendo del orden de magnitud a medir y nivel de precisión requerido se utilizan diferentes sistemas de medida.

Medida de resistencias con óhmetro amperimétrico

Este sistema es el que utilizan los polímetros analógicos. Al conectar la resistencia Rx a medir se cierra el circuito, donde existe una pila, un amperímetro donde se toma la medida y una resistencia R para el ajuste a cero del indicador (Figura). La intensidad que mide el amperímetro es inversamente proporcional a la resistencia a medir, por lo que al calibrar la escala del aparato de medida en ohmios habrá que poner el cero en el fondo de la escala. Dado que el resultado de la medida depende del estado de carga de la pila, antes de medir con ese aparato conviene ajustar a cero la escala, para lo que se cortocircuitan las puntas de prueba del instrumento y se modifica la resistencia variable mediante un cursor.

 

Medida de resistencias mediante puentes de medida

Cuando se desea obtener una precisión mayor en la medida de resistencias en un amplio campo de medidas se pueden utilizar puentes de medida, como el puente de Wheatstone o el puente de Thomson. En la figura 10 se muestra el aspecto de un puente de medida comercial y el la figura 11 el circuito básico de que consta un puente de Wheatstone. Un puente de Thomson comercial puede tener, por ejemplo, un campo de medida de 500 μΩ …..6Ω, mientras que un puente de Wheatstone su campo de medida estaría en 500mΩ……500KΩ

En el puente de Wheatstone de la Figura 11 sirve para medir el valor óhmico de una resistencia desconocida Rx. Las resistencias R₁ y R₂ son fijas y de un valor conocido. La resistencia R₃ es variable y se mueve enana escala graduada, de tal forma que podemos saber su valor en todo momento. Se trata de modificar R₃ hasta conseguir equilibrar el puente. Este equilibrio se consigue cuando el galvanómetro indica que la corriente es cero.

Cuando el puente está equilibrado, aplicando la 2ª ley de Kirchoff a las dos mallas formadas se cumple que:

Con esta última ecuación se puede averiguar el valor de la resistencia Rx después de equilibrar el puente.

La ventaja que supone el empleo de los puentes para la medida de las resistencias eléctricas reside en el hecho de que el resultado de la medida no depende, en ningún caso, del valor de la tensión que proporciona la batería de C.C. al circuito.

Ejemplo

Al medir con el puente de Wheatstone el valor óhmico de una resistencia desconocida Rx, lo valores fijos de R₁ y R₂ son de 10 y 1000 Ω respectivamente, habiéndose conseguido el equilibrio del puente para un valor de R₃ = 5879 Ω.

Solución:

Aplicando estos valores a la ecuación:

En un puente de Wheatstone comercial no suele ser necesario aplicar la ecuación para determinar la resistencia desconocida, ya que al variar R3 aparece el resultado de la medida directamente en una escala. El cociente R1/R2 también se suele modificar. De esta forma se consigue ampliar el campo de medida. Los resultados de esta última modificación suelen indicarse en el aparato de medida con un coeficiente de multiplicación de la medida (X 0,1; X 1; X 10; X 100; etc.).

Hoy en día existen óhmetros de indicación digital, como el de la figura, que poseen un campo de medida muy amplio, como por ejemplo, de 20 mΩ……20MΩ, consiguiendo una gran precisión en la medida.

FIGURA 9.12

EL OSCILOSCOPIO

El osciloscopio es un aparato de medida que nos va a ser indispensable para el análisis y comprobación de los valores que se dan en una tensión variable. Su aplicación en el campo de la electrónica se hace indispensable. Un osciloscopio lo que hace es mostrar en su pantalla la forma que posee una determinada tensión o corriente eléctrica. Es decir, representa en un eje de coordenadas las variaciones de estas magnitudes en función del tiempo.

Así, por ejemplo, la imagen que aparecería en la pantalla del mismo al aplicarle una tensión alterna senoidal sería la mostrada en la figura.

El osciloscopio se vale de un tubo de rayos catódicos, sobre el cual incide un haz electrónico proyectado por el cátodo. Para reproducir la imagen visual, tal como se muestra en la figura 14.

Mediante la sección de disparo y la sección horizontal se consigue generar una señal que es capaz de mover el haz de electrones, proyectado por el cátodo de izquierda a derecha a una determinada frecuencia, produciendo en la capa fluorescente de la pantalla del tubo una línea horizontal. Mediante la base de tiempos se puede ajustar la frecue4ncia de barrido del haz electrónico.

La sonda del osciloscopio toma la señal a medir, que se prepara en la sección vertical, para atacar las placas de deflexión vertical. Esto hace que el haz de electrones tienda a desviarse de arriba abajo en el tubo de rayos catódicos en función del orden de magnitud de la señal a medir (tensión en voltios). Mediante el amplificador vertical se consigue atenuar más o menos la señal a medir. Si la tensión a medir es positiva, el trazo presentado en la pantalla aparece por encima de la línea de referencia GND, y si es negativa por debajo de dicha línea.

La combinación del trazo vertical y el horizontal producen en la pantalla la representación gráfica de la señal a medir.

BASE de TIEMPOS y AMPLIFICADOR HORIZONTAL

El circuito de base de tiempos de un osciloscopio es el que hace posible que la tensión que nosotros queremos representar aparezca en función del tiempo transcurrido. Mediante el circuito de amplificador horizontal podemos seleccionar las diferentes escalas de tiempos con las que nos interese trabajar en cada momento sobre el eje X, para lo que hacemos girar el selector de ajuste de la base de tiempos (Timebase). Para hacernos una idea del campo de medida de este circuito, se muestran, a continuación, los grados d desviación de un osciloscopio comercial: desde 1 ms/división, desde 1 a 500 μs/div.

Amplificador vertical

Este circuito se encarga de que aparezcan representados los valores de tensión en el eje Y de la pantalla del osciloscopio.

Mediante este circuito también podemos seleccionar diferentes escalas de tensión, como por ejemplo: 1 a 10 V/div y de 2 a 500mV/div.

Presentamos a continuación lo que podría ser un osciloscopio genérico, con sus controles más característicos, de forma que nos permita familiarizarnos con estos:

1. Desplazamiento vertical de canal 1 : Permite desplazar la señal del canal 1 en sentido vertical
2. Atenuador vertical (CH1): Permite atenuar la señal de entrada del canal 1 y seleccionar la constante de medida en voltios/división.
3. Selector AC-GND-DC: Con este conmutador podemos seleccionar el tipo de señal de entrada para el canal 1: AC para corriente alterna, CC para corriente continua y GND para señal de entrada desconectada ( entrada conectada a masa; aquí podemos situar la señal de referencia con el mando de desplazamiento vertical (1) donde deseemos).
4. Atenuador vertical (CH2): Permite atenuar la señal de entrada del canal 2 y seleccionar la constante de medida en voltios/división
5. Selector AC-GND-DC de canal 2: Con este conmutador podemos seleccionar el tipo de señal de entrada para el canal 2 AC para corriente alterna, CC para corriente continua y GND para señal de entrada desconectada (entrada conectada a masa; aquí podemos situar la señal de referencia con el mando de desplazamiento vertical (7) donde deseemos).
6. Entrada vertical (CH1): Entrada para la señal del canal 1
7. Desplazamiento vertical de canal 2: Permite desplazar la señal del canal 2 en sentido vertical.
8. Inversor de la señal: Con este conmutador invertimos la señal del canal 1 o 2 en los modos de funcionamiento CH1 o CH2 (9). Si pulsamos CH1 y CH2 simultáneamente, obtenemos la diferencia de las dos señales.
9. Modos de funcionamiento: Permite seleccionar la señal a visualizar en pantalla. CH1 para canal 1; CH2 para el canal 2; CH1 y CH2 simultáneamente para sumar ambas señales; ALT para visualizar las dos señales a la vez; CHOP para conseguir que el barrido se realice mas despacio.
10. Selector de la fuente de barrido: Permite seleccionar la fuente de disparo: v.mode (propia); ch1 (señal del canal 1); ch2 (señal del canal 2); line (señal exterior de la red); ext (señal exterior).
11. Nivel (comienzo de trazo): Mediante este control se puede seleccionar el punto de la señal donde comience el trazo.
12. Modos de disparo: Permite seleccionar el modo de disparo: Auto (los impulsos de barrido se producen internamente); Norm (mientras no conectemos una señal a la entrada no aparecerá ninguna imagen en la pantalla); x/y (el canal 1 produce la deflexión vertical, y el canal 2 la deflexión horizontal).
13. Desplazamiento horizontal: Con este control podemos variar la posición horizontal del trazo.
14. Entrada vertical (CH2): entrada para señal del canal 2.
15. Base de tiempos: Selecciona la constante del eje de tiempos.
16. Brillo: Da mas o menos brillo al trazo de la señal en pantalla.
17. Foco: enfocamos el trazo de la señal en pantalla.
18. Interruptor de encendido.

En la actualidad se están imponiendo los osciloscopios digitales debido a las ventajas que presentan frente a los analógicos. En estos tendremos mas opciones a la hora de analizar una señal, que normalmente aparecerán mediante menús en pantalla.

Manejo del osciloscopio

Como medida de precaución general, antes de conectar un osciloscopio a la red eléctrica hay que asegurarse de que éste esté debidamente conectado a tierra. Además ajustaremos el brillo en un punto intermedio para evitar dañar la pantalla con una intensidad del haz electrónico demasiado elevada.

Una vez que se ha puesto en marcha el osciloscopio con el interruptor de encendido, seleccionaremos el conmutador de entrada de señal vertical en la posición GND y, con los controles de posición (POSITION), desplazaremos el trazo hasta el centro de la pantalla. Seguidamente se ajustan la intensidad y el foco del trazo en pantalla.

Tanto para medidas de señales de C.A. como de C.C. lo primero que haremos será introducir la sonda en el conector correspondiente (IMPUT). Si deseamos medir tensiones de entrada elevada, tendremos que utilizar sondas especiales atenuadoras con el fin de rebajar estas tensiones hasta un nivel aceptable para la entrada del osciloscopio.

Para la medida de corrientes alternas colocaremos el selector de entrada AC. Además nos aseguraremos que la fuente de barrido (SOURCE) del circuito de disparo (TRIGGER) seleccionada es correcta. Seguidamente situaremos los mandos del atenuador vertical (volts/div) y de la base de tiempos (TIMEBASE) hasta conseguir encajar en la pantalla un ciclo completo de la señal (al manejar estos dos mandos se debe observar que el mando de ajuste fino se encuentra en posición desconectada CAL).

Para la medida de corrientes continuas colocaremos el selector de entrada en DC.

Ejemplo

Al realizar una medida de una tensión alterna con un osciloscopio aparece en la pantalla la imagen que se muestra en la figura. Si los grados de desviación seleccionados fuesen: atenuados vertical (2V/div). Base de tiempos (5ms/div), averiguar el valor máximo y eficaz de la tensión, así como el período y la frecuencia.

Ejemplo

Al realizar una medida con un osciloscopio de una tensión continua aparece en la pantalla la imagen que se muestra en la figura. Si los grados de desviació0n seleccionados fuesen: atenuador vertical (10V/div), base de tiempos (0,1 ms/div), averiguar el valor medio de la tensión continua.

Generador de funciones

Se puede decir que un generador de señales es un dispositivo elaborado para producir señales eléctricas de unas determinadas características, las cuales podremos aplicar a un circuito en el que se deseen analizar los efectos causados por las mismas.

Los generadores de señal se pueden utilizar con excitadores de un determinado circuito electrónico, con el fin de imitar una determinada condición de entrada que suele darse habitualmente en el mismo y así poder realizar un análisis total de la respuesta de dicho circuito.

Los generadores de señales son instrumentos muy útiles en los laboratorios ya que se pueden usar en cualquier tipo de prueba y medida, como por ejemplo

• Análisis de circuitos electrónicos.

• Verificación de amplificadores (respuesta de frecuencia, distorsión, etc.).

• Ajuste de etapas de amplificadores, así como receptores y emisoras de radiofrecuencia.

Fundamentalmente, los generadores de señal se elaboran a partir de un circuito oscilador que tiene la propiedad de producir una determinada forma de onda, cuya frecuencia se regula mediante un mando situado en el panel de control del mismo. Los generadores de señal también incorporan un dispositivo de medición de la frecuencia, de tal forma que al manipular el mando de selección, podamos saber la frecuencia de la señal obtenida en la salida.

Los tipos de onda que puede proporcionar un generador de señal pueden ser variados: senoidal, cuadrada, triangular, impulsos. Entre todas ellas, la que cuenta con más aplicaciones es indudablemente, la senoidal, sobre todo en equipos de audio. Al aparato que es capaz de generar tanto señales senoidales como las triangulares y cuadrada se le conoce como generador de funciones.

En la Figura 20 se muestra el aspecto de un generador de funciones genérico con sus partes más significativas.

1. Interruptor de encendido
2. Selector de banda de frecuencia: Permite seleccionar el poder multiplicador del selector de frecuencias.
3. Selector de formas de onda: Podemos seleccionar el tipo de onda a generar: cuadrada, senoidal o triangular.
4. Selector de frecuencias: Seleccionamos la frecuencia de la señal generada teniendo en cuenta el margen de frecuencias seleccionado en el “selector de banda de frecuencias” ( la frecuencia generada será el producto de la frecuencia seleccionada por el poder multiplicador seleccionad en el “selector de banda de frecuencias”).
5. Control de la amplitud: Aumentamos o disminuimos la tensión de salida de la señal generada.
6. Terminal para señales TTL: Aquí aparece una señal de salida en forma de impulsos TTL.
7. Terminal de salida: Aquí aparece la señal de salida generada.

El funcionamiento del generador de funciones es muy simple: primero se selecciona la forma de onda y la banda de frecuencias. Seguidamente se ajusta la frecuencia de salida que deseamos aplicar la señal de salida y por último la amplitud.

 

DIRECCIONES ÚTILES EN INTERNET

• Páginas sobre el fabricante Hameg y Promáx de instrumentación de laboratorio de electrónica.

http://www.hameg.es/

http://www.promax.es/

ACTIVIDADES

1. Consulta en Internet sobre los temas relacionados con esta Unidad de Contenido y, como en otras ocasiones, contrasta y amplia la información sobre la instrumentación básica que se emplea en el laboratorio de Electrónica y analiza sus características, funcionamiento y aplicaciones. 
2. Identificación de aparatos de medida. Consigue diferentes modelos de aparatos de medida, observa todas las indicaciones que aparecen en pantalla o en sus instrucciones que aparecen en pantalla o en sus instrucciones de manejo y con ellas indica: magnitud a medir, campo de medición, posición de funcionamiento, sistema de medición empleado, tipo de corriente, clase del instrumento, así como la constante de la escala. 
3. Manejo del polímetro. Consigue un polímetro comercial, analiza sus características y sus diferentes campos de medida, comprobando su funcionamiento en la verificación de un circuito eléctrico. Ahora selecciona la posición de medida de resistencias, mide la resistencia eléctrica de diferentes dispositivos eléctricos. No olvidar que para la medida de resistencias eléctricas, éstas tiene que estar separadas de la alimentación eléctrica. 
4. Manejo de puente de medida. Consigue un puente de medida, analiza sus características y realiza con él la medida de varias resistencias de diferentes valores óhmicos. 
5. Manejo de osciloscopio. Consigue un osciloscopio. Analiza sus características y con la ayuda de un generador de funciones comprueba los valores de las magnitudes asociadas a señales senoidales de diferentes frecuencias.

Al finalizar cada una de estas actividades deberás elaborar un informe-memoria sobre la actividad desarrollada, indicando los resultados obtenidos y estructurándolos en los apartados necesarios para una adecuada documentación de las mismas (descripción del proceso seguido, medios utilizados, esquemas y planos utilizados, cálculos, medidas, etc.).

AUTOEVALUACIÓN

1- El shunt:

• Es una resistencia para ampliar el alcance de un voltímetro.
• Es una resistencia para ampliar el alcance de un amperímetro
•  Se conecta en serie con el amperímetro

2- Para comprobar el error que comete un amperímetro se toma una medida de 350 mA y luego se comprueba con un amperímetro de gran precisión la misma medida, dando como resultado 335mA. Determinar el error absoluto y relativo cometido con el amperímetro.

3- Para verificar la precisión de un voltímetro se le somete a una contrastación con un voltímetro patrón, anotándose los siguientes resultados:

 

- Voltímetro a verificar: 0V 50V 100V 200V

- Voltímetro patrón: 0V 49V 98V 197V

¿Cuál será la clase de este voltímetro si el valor máximo de su escala es de 200V?

4- Calcular el error máximo que puede cometer un vatímetro de clase 2,5 si su campo de medida es 0 – 500 W.

5- Se desea ampliar el alcance de un amperímetro de C.C. con sistema de medida de cuadro móvil. La corriente máxima que admite es de 100mA y su resistencia interna es de 0,19 Ω. Calcular el valor de la resistencia del shunt para ampliar el alcance del aparato de medida hasta los 2 A.

6- Un amperímetro comercial de C.C. permite medir una corriente como máximo de 10 A. posee una escala fraccionada en 80 divisiones y una resistencia interna de 1,9Ω. Se desea ampliar el alcance del aparato para poder realizar medidas hasta 200 A Calcular la resistencia del shunt y la constante de la escala del aparato con y sin shunt.¿Cuál será el resultado de la medida del amperímetro con shunt si se lee en la escala 65 divisiones?

7- Se desea ampliar el alcance de un voltímetro, con un campo de indicación de 20’V, hasta los 1000V. Este posee una resistencia interna de 5KΩ y su escala está fraccionada en 100 divisiones. Calcular el valor de la resistencia adicional a conectar en serie con el voltímetro para ampliar su alcance, así como la constante del instrumento con y sin resistencia adicional.¿Cuál será el resultado de la medida, con y sin resistencia adicional, si se leen en la escala 22 divisiones?

8- para la medida de resistencias eléctricas resulta mas preciso:

• El óhmetro amperimétrico
• Los puentes de medida
• El vármetro