¡Descarga Infrome pratica 1 STI y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Logística solo en Docsity!
Sistemes Electrònics
Pràctica 1: Instrumentació
Resum.
En aquest document es descriu l’objectiu, procediment i circuits proposats com a pràctica 1.
També, en el apartat 1.2, s’indica el treball previ que ha de fer l’estudiant abans de la realització de la pràctica.
Paraules clau: Instrumentació de laboratori, font d'alimentació, generador de senyals, multímetre, oscil·loscopi, placa de proves.
1.1.- Objectius.
Aquesta primera pràctica té com a objectiu conèixer la instrumentació, els materials i la forma de procedir en el Laboratori de Sistemes Electrònics.
També es realitza el muntatge d’uns circuits senzills amb resistors, sobre els que es verifica, de forma pràctica, com utilitzar la instrumentació i els materials de pràctiques.
1.2.- Treball previ.
Aquesta preparació prèvia s'ha de presentar per escrit l’inici de la pràctica, en el document, preparat a tal efecte, Informe Pràctica 1. Per a realitzar-la es poden utilitzar els apunts de classe, la bibliografia recomanada de l'assignatura i els datasheet dels fabricants dels components utilitzats.
Com a treball previ a aquesta pràctica es demana fer una atenta lectura del document Annex a la Pràctica 1: Breu descripció de l’instrumental de laboratori, així com a aquest document, donant resposta a les següents qüestions en el document Informe Pràctica 1.
- Feu una classificació dels diferents instruments que s’utilitzaran en aquesta pràctica.
- En un instrument de mesura, definiu els següents termes: Precisió, Exactitud, Sensibilitat.
- Què és la “massa” d’un circuit?
- Indiqueu la funció d’una font d’alimentació. Concretament de la Keithley 2231A, que és la utilitzada en el laboratori, realitzeu una breu descripció tècnica.
- Referent al generador de funcions Tektronix AFG1022, enumereu les magnituds que són ajustables.
- En un instrument de mesura, indiqueu què és el fons d’escala.
- En la figura es mostra els quatre dígits d’un display. Empleneu la figura en el supòsit d’un display de 4 dígits i desprès d’un de 3 dígits i mig, pel valor màxim.
- Sobre el voltímetre: a) Per què no es pot utilitzar per mesurar directament un corrent? b) Com es podria utilitzar un voltímetre per mesurar corrent? c) Indiqueu el tipus de mesura que es realitza quan es pitja AC o DC.
- Un generador de funcions Tektronix AFG1022 està proporcionant un senyal altern sinusoïdal
de 4V d’amplitud i 500Hz de freqüència que està mesurat per un oscil·loscopi TBS1052B. Respongueu a les següents qüestions: a) Si el selector d’escala (Vertical/Scale) està en posició de 2V/div i la base de temps en 500 μs/div dibuixeu, a escala, el senyal que es veuria per la pantalla de l’oscil·loscopi. b) Amb el mateix senyal de l’apartat anterior i amb el comandament d’ajust de la tensió d’offset del generador de funcions, se li afegeix al senyal una tensió d’offset de 2V positius. Dibuixeu el senyal que es veuria per la pantalla de l’oscil·loscopi si el selector d’escala (atenuador d’entrada) està en posició de 2V/div, la base de temps en 500 μs/div i l’acoblament d’entrada CC/CA de l’oscil·loscopi en posició CC. c) En les mateixes condicions de l’apartat anterior, dibuixeu el senyal que es veuria per la pantalla de l’oscil·loscopi si ara el commutador d’acoblament d’entrada CC/CA de l’oscil·loscopi en posició CA. d) Comenteu la diferència del entre els apartats b) i c), justifiqueu la resposta.
1.3.- Treball de laboratori.
1.3.1- Familiarització amb els equips de laboratori.
A aquest apartat de la pràctica es demana que us familiaritzeu amb l’instrumental i material del laboratori. Amb aquest enunciat prèviament llegit, observeu el material auxiliar i experimenteu al laboratori amb els controls dels instruments que es descriuen a continuació.
Els instruments del laboratori d’electrònica es poden dividir en dos grups principals:
- Instruments de generació o estímul: font d’alimentació (o font de contínua) i generador de funcions (o generador de senyals).
- Instruments de mesura o resposta: multímetre (òhmmetre, voltímetre i amperímetre) i oscil·loscopi.
Un tercer element que trobareu al laboratori és la placa de proves sobre la que muntareu els circuits, coneguda com a “ proto-board ” o “ bread-board ” en anglès.
Per a emprar correctament els equips anteriors disposeu de material auxiliar, com cables amb diferents tipus de connectors per a interconnectar components i instruments i eines per a facilitar el muntatge.
Connecteu els terminals comuns de mesura dels diferents instruments al punt de massa del muntatge. Es recomana emprar un determinat codi de colors en els cables de connexió (negre per a la massa, vermell per a l’alimentació positiva, blau per a l’alimentació negativa, per exemple) i un cert ordre i cura en la col·locació dels components i la construcció del circuit en general. D’aquesta forma, es poden evitar molts errors de muntatge i, la detecció d’altres errors, és més ràpida i fàcil.
1.3.1.1.- Cables, connectors i eines.
La interconnexió d’instruments es realitza amb diferents cables formats per un o més conductors, típicament de coure, amb connectors de diferents tipus, d’entre els que destaquen els connectors tipus banana i els BNC ( Bayonet Neil-Concelman ), tots ells en les seves versions “mascle” (en anglès plug ) i “femella” (en anglès socket o jack ).
els cables a la font. Un indicador quadrat al mig del visualitzador indica que aquest botó està activat i, per tant, es disposa la tensió present als borns de sortida.
1.3.1.3.- Generador de senyal.
El generador de senyal lliura al circuit senyals sinusoïdals, quadrats o triangulars.
Figura 4: Generador de funcions Tektronix AFG1022 ( http://www.keithley.com ).
En les pràctiques es farà servir una de les dues sortides independents dels connector BNC (emprant cables BNC-banana o BNC-BNC). Cada una d’aquestes sortides te un botó a sobre On/Off que permet activa la sortida.
Amb el botó Ch1/2 es pot seleccionar la sortida que es vol configurar. Amb els botons situats a sota de la pantalla es tria quin tipus de senyal (sinusoïdal, triangular, quadrat, pols, arbitraria i soroll) es desitja a aquesta sortida. Amb els botons situats a la dreta del visualitzador es fixa la freqüència, fase, amplitud i el nivell de continua (offset) del senyal de sortida.
1.3.1.4.- Multímetre.
El multímetre integra un voltímetre, un amperímetre i un òhmmetre. Per tant, pot mesurar tensió, corrent i resistència.
Figura 5 : Multímetre Keithley 2110. ( http://www.keithley.com ).
Dels borns de connexió, el vermell retolat com INPUT V/Ω correspon al pol positiu del voltímetre i de l’òhmmetre, i el blanc de l’esquerra, anomenat I 3A al pol positiu de l’amperímetre. L’altre born de color blanc no es farà servir en aquestes pràctiques. El pol negatiu (o comú) de tots és el born de color negre anomenat LO de la dreta. Per escollir el mode de funcionament del multímetre com a voltímetre, òhmmetre o amperímetre, s’ha de prémer un polsador DCV, ACV, Ω2, shift-DCI o shift ACI, respectivament, d’entre els situats a sota del visualitzador, en funció de la mesura a realitzar.
Si els senyals a mesurar no són d’un valor de tensió constant en el temps, es pot escollir si mesurar el seu valor mig DCV/ACI o el seu valor eficaç amb el selector ACV/ACI. DCX, mesura el valor mig de la tensió o corrent d’entrada, mentre que ACX mesura el seu valor eficaç.
Amb el selector polsadors de RANGE situat a la part dreta de l’equip es tria el fons d’escala. Si s’està realitzant una mesura que supera el fons d’escala seleccionat el visualitzador mostra OVL.D, i s’ha de canviar a l’escala superior.
1.3.1.5.- Oscil·loscopi.
En el laboratori en troben el oscil·loscopi Tektronix TBS1052B
L’oscil·loscopi és l’equip més sofisticat dels que es disposa en el laboratori. Té una certa quantitat de botons, selectors i indicadors. Si es modifiquen els controls sense saber el que es fa, segurament, el senyal no es visualitzarà correctament en la pantalla. Si no es coneix per a què serveix un botó, millor no tocar-lo. Consulteu el manual de l'oscil·loscopi.
Com a controls principals de l’oscil·loscopi cal destacar el control de l’eix horitzontal (eix de temps) i de l’eix vertical (eix de tensió) dels dos canals d’entrada (canals CHI i CHII).
El control de l’eix de temps, comú per als dos canals d’entrada, es realitza amb el selector Horizontal/Scale. Amb aquest selector es tria l’escalat horitzontal, és a dir els μs o ms que corresponen a cada divisió horitzontal de la pantalla de l’oscil·loscopi. Amb el control Horizontal/Position es pot ajustar la posició horitzontal dels senyals a la pantalla.
El control de l’eix de tensió es fa amb un selector, d’idèntic aspecte per a tots dos canals d’entrada, però de diferent color, anomenat Vertical , amb el que se selecciona l’escalat vertical Vertical/ Scale: els V o mV que corresponen a cada divisió vertical de la pantalla per a cada canal. Amb els controls Vertical/Position es pot ajustar la posició vertical dels senyals a la pantalla.
Es pot optar per a visualitzat el senyal present al canal I o al canal II amb els botons anomenats 1 (groc) i 2 (blau), situat al mig dels controls Verticals. En activa un d’aquest botons apareix a la dreta de la pantalla una sèrie d’opcions de visualització de l’oscil·loscopi com: Acoplament (CC/AC/Terra), Sonda xTensió, Inversió. Aquestes opcions es poden seleccionar mitjançant els botons de la dreta de la pantalla i després navegar pels menús mitjançant el boto Multipurpose.
La posició CC permet la visualització del senyal sense cap modificació, la posició CA suprimeix la part constant del senyal, i la posició Terra serveix per a fixar en la pantalla el valor de 0 V, molt útil per ajustar un determinat canal al centre de la pantalla amb els controls Vertical/Position , abans comentats. En aquestes pràctiques, la major part de les mesures es faran en mode CC.
vertical. En aquestes agrupacions la connexió entre cel·les és en sentit vertical. Per últim es troben sis grups de cel·les a la part central de la placa, marcades amb les lletres de l’A a la F, on cada grup té 5 cel·les per fila (en sentit horitzontal) i 47 per columna (en sentit vertical). Els sis grups, de l’A a la F, no estan connectats entre si. Dintre de cada grup, només hi ha connexió entre les cel·les d’una fila, és a dir, en sentit horitzontal, però no entre una fila i la de sota/sobre (no hi ha contacte vertical). És aconsellable dedicar una estona a mirar aquestes connexions amb l’òhmmetre, per tal de familiaritzar-se amb aquesta disposició de connexions.
En la figura 8 es pot observar aquestes connexions entre cel·les i una possible posició d’un resistor per no curtcircuitar els seus terminals.
Figura 8: Connexions d’una placa de proves (esquerra) i posicionament d’un resistor
És molt convenient que accediu al laboratori amb alguna eina auxiliar, com a mínim un torna-vís “liliput” i unes petites alicates de pressió.
1.3.2- Exercicis pràctics.
Amb els resultats obtinguts a aquesta part de la pràctica s’ha d’omplir el document Informe Pràctica 1. Aquest informe s’ha de lliurar al professor al finalitzar la pràctica.
Exercici 1: Identifiqueu cada una de les resistències segons el seu codi de colors. Mesureu amb el multímetre el valor de resistència de cada una. Calculeu la desviació del valor mesurat respecte al nominal amb la fórmula següent.
( %^ ) Abs^ mesurada^ nominal^100 nominal
R R
Error R
Eq. 1
Amb les dades obtingudes ompliu la Taula 1 de l'informe de pràctiques.
Exercici 2: Sobre el proto-board munteu els circuits de la Figura 9. Calculeu teòricament el valor de la resistència total entre els punts A i B i compareu-ho amb la mesura realitzada. Anoteu els resultats a la Taula 2 de l'informe de pràctiques.
Figura 9: Circuit de resistències en sèrie (a), en paral·lel (b) i en paral·lel-sèrie (c).
Exercici 3: En aquest exercici es mesurarà la tensió present a un component i el corrent que circula per una malla. S’utilitzarà el circuit de la Figura 10 , on la tensió contínua constant E=10 V s’obté de la font d’alimentació. Determineu el corrent per la malla i la caiguda de tensió a les resistències R1 i R2. Anoteu els resultats a la Taula 3 de l'informe de pràctiques.
Figura 10: Circuit a muntar
Per tal de mesurar la caiguda de tensió a un component, s’haurà de connectar el voltímetre en paral·lel amb el component com es mostra a la Figura 11. Anoteu els valors de tensió a R1 i R a la Taula 3 de l'informe de pràctiques. Compareu-lo amb els valors teòrics prèviament calculats.
Figura 11: Mesura de la tensió a R1 (a) i a R2 (b).
Per a mesurar el corrent per la malla s’haurà d’inserir l’amperímetre en sèrie, és a dir, que cal interrompre (tallar) la malla per a posar l’amperímetre com es mostra en la Figura 12. Es tracta que el corrent per la malla circuli tot ell per l’aparell de mesura. Anoteu el corrent mesurat a la Taula 3 de l'informe de pràctiques.
Figura 14: Senyal de 5 V de pic a pic i 1 kHz de freqüència.
A continuació, apliqueu aquest senyal com a senyal d’excitació al circuit que es mostra a la Figura 15.
Connecteu el canal I de l’oscil·loscopi en paral·lel amb el generador de funcions i el canal II mesurant la caiguda de tensió a la resistència R2. Recordeu unir totes les masses al mateix punt. Visualitzeu simultàniament a l’oscil·loscopi els senyals presents als dos canals d’entrada, amb la funció DUAL comentada a l’apartat 1.3.1.5. Dibuixeu els senyals observats a la retícula de la Figura 2 de l'informe de pràctiques. No oblideu anotar les escales ms/div i V/div de cada canal.
Figura 15: Circuit en c.a.
En el circuit de la Figura 15 calculeu teòricament el valor de les tensions en alterna de cada resistència. Anoteu els resultats a la Taula 4 de l'informe de pràctiques. Repetiu la mesura utilitzant el voltímetre i anoteu les lectures a la Taula 4 de l'informe de pràctiques.
Exercici 5: En aquest exercici es controla mecànicament l’encesa d’un LED.
L’energia elèctrica de la font d’alimentació és convertida pel LED i el resistor a una altra forma d’energia (llum i calor). La quantitat d'energia absorbida pel LED en un temps determinat és la potència elèctrica. Per calcular aquesta potència es disposa de dos multímetres iguals, el que permet fer mesures simultànies de tensió i corrent. Emprant un multímetre com a voltímetre i l’altre com a amperímetre, mesureu el corrent per la malla i la tensió al LED com es mostra a la Figura 16****. Calculeu la potència elèctrica absorbida pel LED.
Anoteu els valors del corrent i de la tensió en el LED, segons l’estat del polsador, a la Taula 5 de l'informe de pràctiques. Tanmateix calculeu la potència dissipada pel LED i anoteu-la a la mateixa taula.
Figura 16: Encesa d’un LED.
Tingueu en compte la polaritat del LED, que s'indica a la Figura 17.
Figura 17: Terminals del LED.
1.4.- Material necessari per a la pràctica
Equip:
- 1 Font d’alimentació.
- 2 Multímetres.
- 1 Generador de senyal.
- 1 Oscil·loscopi.
- 1 Placa de proves Components:
- 1 resistència de 100 Ω, 470 Ω, 10 kΩ, 100 kΩ, 1 MΩ (5%, 1/4W).
- 3 resistències d’1 kΩ (5%, 1/4W).
- 1 Polsador.
- 1 Díode LED.
- Material auxiliar aportat per l’estudiant: tornavís, alicates, cables per al proto- board , etc.
