.. LTex: language=es .. default-role:: math Laboratorio 1 manejo de herramientas de laboratorio *************************************************** Esta guía brinda una capacitación en el manejo de los equipos necesarios para el desarrollo de las prácticas planteadas a lo largo del semestre. En esta práctica se hará énfasis en el uso del generador de señales, el osciloscopio y el multímetro digital. **Duración**: Una semana Objetivos ========= Objetivo general ---------------- Definir y comprobar los procedimientos necesarios para la medición de impedancias de entrada y salida, tensiones RMS, DC y tiempos de respuesta utilizando los equipos disponibles en el laboratorio. Objetivos específicos --------------------- * Generar diferentes tipos de señales y realizar ajustes sobre las mismas utilizando un generador digital. * Realizar mediciones de parámetros de señales DC y AC utilizando osciloscopio digital y multímetro. * Medir la impedancia de entrada de un circuito y un osciloscopio, así como la impedancia de salida de un generador de señales. Instrumentos requeridos ======================= * Generador de señales. * Osciloscopio digital de doble traza. * 2 Multímetros (uno de ellos True RMS). * Dos sondas. * Sonda atenuadora. Preparación de la práctica ========================== Consulte los manuales de funcionamiento del generador de señales y de los osciloscopios disponibles en el laboratorio y desarrolle los cálculos solicitados como parte del pre-informe para el desarrollo de la práctica. Cálculos -------- Determine matemáticamente el valor eficaz (R.M.S) y el valor medio (D.C) para las siguientes señales (no requiere simulación): * Senoidal de amplitud `A_v` y frecuencia `f_v` * Cuadrada de Amplitud `A_v`, frecuencia `f_v` y ciclo útil `c` Determine matemáticamente y calcule el valor eficaz (R.M.S) y el valor medio (D.C) para las siguientes señales (realice simulaciones): * Senoidal simétrica de `6 V_{pp}` y frecuencia de `200 Hz`. * Cuadrada simétrica de `1 V_{pp}` y frecuencia de `100 Hz`. * Triangular de `8 V_{pp}` y frecuencia `200 Hz`. * Senoidal de `5 V_{pp}`, nivel D.C. `-1V` y frecuencia `500 Hz`. * Cuadrada de `5 V_{pp}`, nivel D.C. `5V` y frecuencia de `120 Hz`. * Triangular de `10 V_{pp}`, nivel D.C. `-5V` y frecuencia de `300 Hz`. * Cuadrada de `10 V_{pp}`, nivel D.C. `0 V`, frecuencia de `1 kHz` y con un ciclo útil del `50 \%`. * Cuadrada de `10 V_{pp}`, nivel D.C. `0 V`, frecuencia de `1 kHz` y con un ciclo útil del `80 \%`. Simulaciones ------------ Utilizando el simulador de circuitos Qucs/Ngspice, genere las señales descritas en el numeral `Cálculos`_ y compare los valores RMS y DC con los calculados previamente Montajes -------- Implemente los circuitos de las Figuras :numref:`lab1-img-gen` y :numref:`lab1-img-osc` en protoboard. Tenga en cuenta que, para cumplir el objetivo de estos montajes, lo ideal es que se realicen con trimmers en vez de potenciometros. Tenga en cuenta que en los circuitos mostrados en los esquemáticos de la :numref:`lab1-img-gen` y :numref:`lab1-img-osc` la resistencia **ResGen** y **ResOsc** representa la impedancia interna del generador como del osciloscopio, por lo que no es necesario incluirlas en el montaje solicitado. En el caso del montaje de la figura :numref:`lab1-img-gen` la selección del trimmer para **ResVar** dependerá del valor de impedancia de salida reportada en el manual del equipo a usar, este debe permitir observar tal impedancia al variar el valor de **ResVar**, por ejemplo, para una impedancia de salida del generador de `600 \Omega` se puede considerar un trimmer de `1 K\Omega`. Para el caso de la impendacia de entrada del osciloscopio de la figura :numref:`lab1-img-osc` realice un proceso similiar. .. _lab1-img-gen: .. figure:: ./img/generador-medicion-impedancia.png :align: center Circuito de medición de impendancia de salida del generador .. _lab1-img-osc: .. figure:: ./img/osciloscopio-medicion-impedancia.png :align: center Circuito de medición de impendancia de entrada del osciloscopio. Práctica ======== Esta práctica se dispone de dos partes, tenga presente el tiempo requerido para cada una de ellas. Parte 1 ------- Tiempo requerido: **50 minuitos**. * Utilizando el generador de funciones generen cada una de las señales mencionadas en el numeral `Cálculos`_ Realicen mediciones de valor eficaz (R.M.S.) y el valor medio (D.C.), utilizando tanto el osciloscopio como los 2 multímetros (excepto para las dos primeras señales del numeral). * Utilizando el generador de señales obtengan una de las señales del numeral `Cálculos`_ y varíe la frecuencia de esta en el rango de 10Hz hasta 1MHz en diez (10) puntos diferentes. Para cada uno de estos valores de frecuencia realicen mediciones de valor eficaz (R.M.S.) y el valor medio (D.C), utilizando tanto osciloscopio como ambos multímetros. Comparen los resultados teóricos (cálculos matemáticos) con los resultados obtenidos en las mediciones. Registren los resultados y justifiquen el por qué de los resultados. * Generen una señal cuadrada de `10 V_{pp}` con nivel D.C. `0V` y frecuencia 1 kHz, cuyo ciclo útil sea del `50 \%` y mida el valor medio. Posteriormente, cambie el ciclo útil al `80 \%` y mida el valor medio. Compare y justifique los resultados. Parte 2 ------- Tiempo requerido: **50 minutos**. * Para la medición de la impedancia de salida del generador, utilice el circuito de la Figura :numref:`lab1-img-gen`. Genere una señal sinusoidal de `2 V_{p} @ 300 Hz` y alimente el circuito. Varíe el trimmer **ResVar** hasta que la amplitud de la tensión observada en el osciloscopio `V_{out}` sea `2V_{pp}`. Desconecte el trimmer y utilice el multímetro para conocer su valor. Explique lo que representa este valor y elabore un desarrollo teórico tras comparar con los valores conocidos para la impedancia de salida del generador. * Para la medición de la impedancia de entrada del osciloscopio, utilice el circuito de la Figura :numref:`lab1-img-osc`. Genere una señal sinusoidal de `4 V_{pp} @ 300 Hz` y alimente el circuito como se observa en la Figura. Varíe el valor **ResVar** del trimmer hasta que la amplitud de la tensión observada en el osciloscopio sea `1 V_p`. Desconéctelo y utilice el multímetro para conocer su valor. Explique lo que representa este valor y elabore un desarrollo teórico tras comparar con los valores conocidos para la impedancia de salida del generador. Preguntas sugeridas =================== Estas preguntas deben ser contestadas al final del procedimiento. Algunas requieren una consulta previa para ser aclaradas. Deben aparecer en una sección adicional, al final del informe. Adicionalmente, el docente puede realizarlas terminada la práctica en el laboratorio y deben ser contestadas por cada grupo. * ¿Cómo es el proceso que realiza cada tipo de multímetro para completar su proceso de medición? * ¿Por qué los multímetros solo pueden medir hasta cierto rango de frecuencia? * ¿Qué es precisión vertical en el osciloscopio? * ¿Qué significa impedancia de salida de un equipo o de un circuito e impedancia de entrada de un equipo o circuito?. ¿Cuál es la importancia de dichas especificaciones?. * ¿Por qué se deben mover los potenciometros o trimmers hasta que la señal de salida sea la mitad de la señal de entrada?. * ¿Por qué la impedancia de entrada del osciloscopio es tan alta (en el orden de los megaohmios)?. * ¿Por qué al realizar la medición de la impedancia de entrada del osciloscopio se omitió la impedancia de salida del generador de funciones?. Evaluacion ========== Se evaluará el trabajo realizado durante la práctica y previo a ésta de acuerdo con los criterios que defina el docente. Referencias =========== Para el desarrollo de este práctica se sugiere consultar: * Manuales y Hojas de Datos de los equipos de laboratorio, url: https://sites.google.com/view/laboratorio-diee/recursos/manuales-de-equipos * A. S. Sedra y K. C. Smith, Microelectronic Circuits Revised Edition, 5ta ed, Oxford University Press, Inc., 2007. * D. Neamen, Microelectronics: Circuit Analysis and Design, 4ta ed, McGraw-Hill Higher Education, 2009. * Qucs_S, simulador de circuitos, url: https://ra3xdh.github.io/ * CircuitJS, url: https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html