Trabajo práctico N°2:
Instrumentos
En
el desarrollo de esta práctica analizamos las funciones básicas de distintos
instrumentos electrónicos:
- Fuente de alimentación
- Osciloscopio digital
- Generador de funciones
La fuente de alimentación que utilizaremos cuenta con dos salidas partidas regulables (tanto en tensión como en corriente) y una salida regulada (fija) de 5V. Cada salida regulable viene acompañada de dos displays, uno que indica la tensión y otro que indica la corriente de salida. Todo ésto, obviamente, puede variar según el modelo de fuente que tengamos.
Por último, por medio de dos pulsadores ubicados en el centro del panel, se nos permite ajustar la forma en que trabajarán las dos salidas regulables entre ellas, ya sea, independientes una de otra, en serie, o en paralelo (igualmente lo volveremos a ver más adelante).
Un
osciloscopio es un instrmento con el cual podemos ver prácticamente cualquier
señal representada gráficamente, por medio de una pantalla (en este caso
digital, pero los hay analógicos) y nos permite ajustar las distintas escalas
de medición sobre la misma, adaptándolas a la señal en cuestión, de modo que
podamos visualizarla de la forma más clara y precisa posible.
Para dar una idea de la utilidad de este instrumento, con el osciloscopio mediremos la frecuencia de las señales, analizaremos su forma de onda, valores de tensión pico y periodo de la señal, entre otros parámetros.
Osciloscopio analógico
Osciloscopio digital
Como se podrá a simple vista apreciar en las imágenes, contamos
en un osciloscopio con numerosos interruptores; cada uno cumple una función, y
la disposición de los mismos varía según el modelo del osciloscopio, aunque
entendiendo el funcionamiento de un osciloscopio, ya sea digital u analógico,
prácticamente es suficiente para utilizar cualquier otro ya que el principio de
funcionamiento en todos ellos es el mismo. A lo largo de esta práctica nos familiarizamos,
justamente, con el correcto uso de las funciones de un osciloscopio.
Un generador de funciones es un instrumento capaz de, como bien indica su nombre -por más redundante que suene-, generar distintos tipos de funciones (señales variables en el tiempo). Por ejemplo, si lo deseamos podemos a su salida obtener una señal senoidal, o una cuadrada, o una triangular, y además podremos a esas señales variarles la frecuencia (en un amplio rango), e incluso su amplitud (generalmente la máxima es de alrededor de los 3V).
Generador de funciones
Contamos en un generador de funciones estándar, con varios botones con los cuales calibraremos la frecuencia y la forma de onda. Además, vemos en la parte inferior varias perillas que ajustan, entre otras cosas, la amplitud y la frecuencia de la señal.
Para inyectar una señal generada por el generador de funciones, en la pantalla del osciloscopio, conectaremos directamente la salida del generador a la entrada del osciloscopio (por medio de cables BNC).
Sin más preámbulos, comencemos con el desarrollo de la práctica:
Actividades:
1) Conectar las fuentes en serie.
En el panel de las fuentes de alimentación está indicada la combinación de los dos botones que hay que presionar para conectar las fuentes regulables en paralelo, serie o independientes:
-Para dejar las fuentes independientes una de otra, no presionamos ningún botón.
-Para conectarlas en serie, sólo presionaremos uno de los botones.
-Para conectarlas en paralelo, pulsaremos ambos botones a la vez.
2) Conectar las fuentes en serie simétrica.
Ésto se logra conectando el borne positivo de una salida, con el negativo de la otra, por medio de un cable banana/cocodrilo, creando así lo que llamamos una "masa flotante" en la unión de dichos terminales. Lo que estamos haciendo es extrapolar los polos de ambas fuentes, es decir, tomaremos como +Vcc al terminal positivo de la salida que quedó libre (el de la derecha), y como -Vee al terminal negativo libre (izquierda). Ahora ambas fuentes se comportan como una única fuente partida.
3) Conectar un resistor de 4,7Ω 2W a una fuente y verificar el corte de corriente.
El corte de corriente, en una fuente de alimentación, es un mecanismo de seguridad que anula la salida en caso de un cortocircuito (sobrecarga de corriente). Al conectar una resistencia de un valor relativamente bajo como lo son 4,7Ω en paralelo a la salida de la fuente, y luego ir variando la corriente de salida de la misma, llegará un punto en el que sus medidores la considerarán una sobrecarga y cortarán la salida de corriente. Ésto cuando sucede se indica en el panel con un led rojo que se enciende.
Primero debemos calcular la tensión máxima que soporta un resistor de 4,7Ω - 2W (para no quemarlo):
P = V2/R
2W = V2/4,7Ω
2W . 4,7Ω = V2
V = √9,4 = 3,06V (TENSIÓN MÁXIMA EN EL RESISTOR)
Con el valor máximo de tensión aplicable sobre este resistor, lo que nos resta hacer es conectarlo a la fuente (se recomienda no llevar el valor de la fuente a 3V exactos, ya que si bien no debería quemarse, el resistor levantará mucha temperatura) y luego variar la salida de corriente hasta que se active el corte de corriente:
Al
aplicarle una tensión de 2,7V y calibrar la corriente de salida en unos
0,57A la fuente activó el corte de corriente -se encendió el led de la
derecha (C.C.)-
Precisamente, si hacemos la cuenta, verificaremos que 0,57A es el valor de corriente correspondiente a circular por el resistor en cuestión, aplicándosele una tensión de 2,7V.
Por ley de Ohm:
2,7V/4,7Ω = 0,574A
4) Encender el osciloscopio, programarlo en su configuración original y recalibrarlo mediante el AUTOSET.
Para programar al osciloscopio en su configuración original desplegaremos el menú "Storage" y luego, dentro de la solapa de almacenamiento, nos desplazaremos hasta la opción "Fábrica", la seleccionaremos presionando la perilla, y el osciloscopio ya debería estar funcionando con su configuración de fábrica. Para recalibrarlo automáticamente, simplemente presionaremos el botón de AUTOSET.
5) Programar el generador de señales en modo senoidal sin offset y con una amplitud de 1Vpp a una frecuencia de 1KHz. Utilizar el osciloscopio para realizar la verificación.
Conectamos la salida del generador de funciones a la entrada del osciloscopio por medio de un par de cables BNC.
Encendemos el generador de funciones y lo calibramos en modo senoidal (botón del panel delantero con forma de señal senoidal) y en 1KHz de frecuencia (también debería haber un botón para eso, también hay una perilla que ajusta la frecuencia alrededor del valor previamente seleccionado con el tablero de botones). Una vez lanzada la señal, adaptaremos automáticamente el osciloscopio digital a la señal por medio del botón de AUTOSET, y una vez que visualicemos la señal podremos ajustar su amplitud desde el generador, mirando la pantalla del osciloscopio hasta que la misma nos indique una amplitud de 1Vpp.
6) Activar el modo de medición en el osciloscopio y verificar la señal.
El osciloscopio digital tiene una opción muy práctica con la cual nos muestra en pantalla los valores medidos, numéricamente. Para ver los valores deseados, iremos al menú (botón) "Measure". Dentro encontraremos los submenús "Tiempo" y "Tensión" (entre otros). Para visualizar la frecuencia, entraremos a la sección de Tiempo y nos desplazaremos hasta la opción de 'Frecuencia' (y seleccionar presionando la perilla). Por último, para visualizar la amplitud de la señal [Vpp] iremos a la sección 'Tensión' dentro del menú Measure, y elegiremos Vpp.
A continuación, un breve video demostrativo:
7) Cambiar el generador a modo triangular y una frecuencia de 545Hz.
Para esto simplemente presionaremos el botón de onda triangular, y calibraremos la frecuencia por medio de la perilla de frecuencia (no desesperar si no sale al primer intento, las perillas son bastante sensibles y a veces lleva paciencia acertar la frecuencia exacta)
8) Medir con el osciloscopio el tiempo de ciclo en alto.
Así se le llama al tiempo de subida de una señal, es decir, el tiempo en el cual la misma va aumentando su valor a lo largo del período.
Para realizar esta medición ingresaremos al menú "Measure", y dentro de la sección 'Tiempo' elegiremos la opción 'T.Subida'.
Deberíamos poder visualizar el valor del tiempo de subida o tiempo de ciclo en alto, en la parte inferior de la pantalla.
9) Guardar la imagen en un PenDrive.
Estos osciloscopios digitales cuentan con una función para guardar una imagen desde ellos en una memoria de almacenamiento USB (Pendrive). Bajo la pantalla tenemos el puerto para conectar nuestra unidad externa. Al introducir el dispositivo, el osciloscopio nos muestra un cartel de confirmación avisándonos que lo reconoció correctamente.
Para guardar la imagen visualizada en pantalla, iremos al menú "Storage", y dentro de 'Almacenamiento' elegiremos la opción 'Mapa de bits'. Tras haber verificado que la imagen que estamos viendo es la que queremos guardar, entraremos nuevamente al menú de almacenamiento, y esta vez elegiremos la opción 'Externo'. Una vez dentro, seleccionamos 'Nuevo Archivo' y elegimos la ruta (ubicación) del mismo dentro de nuestro dispositivo; también se nos dará la opción de asignarle un nombre al mismo, podemos hacerlo si lo deseamos, aunque se vuelve un poco tedioso desplazarnos por el alfabeto con la perilla, es más práctico dejar el nombre por defecto "NewFile" y luego cambiarlo desde una PC. Por último, en cuanto estemos listos, desde el menú la apretamos el botón 'Guardar', debería demorar pocos segundos en transferirse el archivo.
A continuación, un video demostrativo:
10) Cambiar el modo de disparo del osciloscopio a flanco descendente.
Para cambiar el modo de disparo del osciloscopio a 'Flanco descendente' oprimiremos el botón 'Trigger', entraremos al submenú 'Pendiente' y elegiremos la opción con una flecha apuntando hacia abajo por medio de la perilla de selección.
11) Varía la sensibilidad de disparo y verifica el desenganche de la señal.
Por medio de la perilla de 'Level' lo que haremos será variar la sensibilidad de disparo, que sirve en casos en los que la señal se ve inestable en la pantalla, no se queda quieta, se dice que está "desenganchada". Al accionar esta perilla, veremos que movemos verticalmente una línea horizontal que acompaña la señal, nada sucede hasta que esta línea sobrepasa algún valor pico (mínimo o máximo); es entonces cuando la señal se desengancha y se empieza a mover, siendo imposible medir algo con ella, ésto hasta que volvamos la línea del level dentro del rango de la amplitud de la señal, cuando se estabiliza.
