Instrumentos y equipos de un laboratorio de electrónica

Instrumentos y equipos de un laboratorio de electrónica.

  En el laboratorio de electrónica o circuitos eléctricos, tenemos presente una gran diversidad de equipos e instrumentos implementados para la medición y testeo de circuitos y componentes del área de la electrónica, por lo tanto es de vital importancia conocer un poco de ellos y de su principio de funcionamiento. Entre estos instrumentos y equipos tenemos los siguientes:

El polímetro:

Un instrumento imprescindible para cualquier aficionado, técnico o prefesional a la electrónica es el polímetro.

Con este aparato podemos realizar la mayor parte de las medidas necesarias, como para el ajuste o reparación de equipos electrónicos.

Los polímetros son instrumentos que pueden realizar medidas de diversas magnitudes eléctricas. Esto es posible debido a que están dotados de diferentes circuitos eléctricos que seleccionamos dependiendo de la magnitud eléctrica que queramos medir y el orden de magnitud de su valor.

Básicamente  los polímetros pueden ser de dos tipos.

Analógicos

Digitales

En los polímetros analógicos el valor de la medida eléctrica nos lo indica una aguja que se mueve sobre una escala graduada.

Por el contrario, los polímetros Digitales nos dan directamente el valor numérico en una pantalla, siendo mucho mas cómodos de manejar.

A pesar de la gran variedad de modelos, los distintos aspectos generales relaccionados con el manejo, tanto de los polímetros como de los voltímetros, amperímetros u óhmetros, son básicamente los mismos independientemente de que sean analógicos o digitales.

A continuación repasaremos los aspectos básicos que hemos de tener en cuenta a la hora de realizar una medida de intensidad, tensión o resistencia independientemente del instrumento concreto que estemos utilizando.  Siempre recomendamos leer íntegramente el manual que trae cada uno de los aparatos que vayamos a utilizar en el laboratorio.

Medida de resistencias:

Para medir resistencias, el óhmetro aplica una diferencia de potencial entre sus terminales mediante una pila interna de valor conocido, mide el valor de la intensidad que circula y nos indica el valor resistivo existente entre los terminales, que deduce por la ley de Ohm. Por ello para medir resistencias el circuito debe estar ABIERTO, es decir la resistencia no debe estar alimentada por ninguna otra fuente para no alterar el resultado de la medida.

Los polímetros digitales no necesitan ajuste previo para medir resistencias. En primer lugar, buscamos la selección correspondiente a resistencia marcada con el símbolo <<Ω>> y seleccionamos la escala apropiada al valor, es decir, si pretendemos medir una resistencia de 330 ohmios la escala adecuada es la correspondiente a 2000 ohmios. Tocaremos los terminales de la resistencia con las puntas de prueba sin tocarlos con los dedos, y veremos el resultado en nuestra pantalla. Hay que tener en cuenta el factor de tolerancia. (5% oro y 10% plata).

Medida de tensiones:

Para medir tensiones conectamos el voltímetro en PARALELO entre los puntos que queramos medir, así la diferencia de potencial entre sus terminales será la misma que entre dichos puntos. Con el fin de no alterar las características del circuito y que la derivación de la intensidad a través del voltímetro sea despreciable, éstos tienen una resistencia interna muy grande.

Al medir la tensión, hay que determinar si es continua o alterna.

Brevemente, recordemos, que la tensión continua, es aquella que no cambia de polaridad, y la suministran, pilas, baterías, fuentes de alimentación, etc, mientras la alterna, es aquella que cambia alternadamente con el tiempo, y es la que encontramos en el toma de red de nuestro hogar.

En los polímetros, la tensión directa se suele marcar con las siglas DC o CD o el simbolo V=, mientras que la alterna con las siglas AC o CA o el símbolo V~.

Para medir tensiones en AC, seleccionamos la sección correspondiente (V~) y por defecto las escala mas alta.

Las medidas de tensión continua se efectúan de forma similar, seleccionamos en el grupo (V=), y elegimos la escala mayor, sobretodo si no sabemos el valor aproximado de la tensión a medir. Debemos tener en cuenta la polaridad, como norma conectaremos la punta roja al terminal positivo y la negra al negativo. Si conectamos las puntas invertidas obtendremos una medida correcta pero con signo negativo <<->>.

Medida de intensidades:

Al igual que la tensión la corriente puede ser continua o alterna.

La mayor parte de los polímetros sólo permiten realizar medidas en corriente continua y hasta de hasta unos cuantos miliamperios. Es muy importare   no sobrepasar las corrientes máximas porque causan la destrucción inmediata del aparato.

Para medir intensidades debemos conectar el amperímetro en SERIE con el elemento por el cual queremos saber que intensidad de corriente  circula, de esta forma por el amperímetro circulará la misma intensidad de corriente que por dicho elemento. Con el fon de no alterar las características del circuito donde estamos midiendo, los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña.

Como describimos anteriormente hay que seleccionar la escala mayor e ir bajando hasta obtener la medida correcta.

EL osciloscopio:

El osciloscopio es un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.

El eje vertical (Y) representa el voltaje; mientras que el eje horizontal (X) representa el tiempo.

¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.

Determinar indirectamente la frecuencia de una señal

Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.

Localizar averías en un circuito.

Medir la fase entre dos señales.

Determinar que parte de la señal es ruido y como varía este en el tiempo.

Los osciloscopios son de los instrumentos mas versátiles que existen, lo utilizan desde técnicos de reparación hasta médicos. Un osciloscopio puede medir un gran numero de fenómenos, provisto del transductor adecuado(elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardíaco  potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

¿Qué tipos de osciloscopios existen?

Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos, Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.

Los osciloscopios también pueden  ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, esta una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

 Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión aleatorios).

Osciloscopio analógico:

Cuando se conecta la sonda a un circuito proporciona una señal que el amplificador vertical atenúa o amplifica según la posición del conmutador VOLT/DIV, se obtiene así los niveles adecuados para atacar las placas de deflexión vertical(en posición horizontal) que desvían el haz de electrones procedentes del cátodo, hacia arriba si la tensión es positiva respecto al punto de referencia de (GND) o hacia abajo si es negativa. La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal(este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado(recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deplexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.

Osciloscopios digitales:

Estos osciloscopios poseen además un sistema adicional de proceso de datos.

El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos muestra la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.

Algunos parámetros que definen la calidad de un osciloscopio son:

– Ancho de banda: Rango de frecuencias que se pueden medir con precisión

– Sensibilidad vertical: Normalmente del orden de 5mV/Div (llegando a 2mV/Div)

– Velocidad: Velocidad máxima de barrido horizontal.

– Velocidad de muestreo(digitales): Indica las muestras que es caoaz de tomar en un segundo.

– Resolución vertical(digitales): Indica la precisión con que se convierten las señales de entrada.

– Longitud de registro(digitales): Puntos memorizados para la reconstrucción de la forma de onda.

Las mediciones mas comunes que se realizan con un osciloscopio son medidas de tensiones tanto alterna como continua, intervalos de tiempo, frecuencias, desfase entre señales, etc.

Medida de voltajes:

Al realizar esta medida se obtendrán valores de pico Vp o pico pico Vpp.

VOLT/DIV = 2v/divVp = 2 * 2,5 = 5VVpp = 10V

Medida de tiempo y frecuencia:

El osciloscopio nos da el periodo de una señal, la frecuencia es la inversa de este.

TIME/DIV = 0.5ms/divT = 8 * 0,5 = 4ms.f = 1/T = 250Hz

Medidas de desfases entre señales:

Hay dos procedimientos:

1) Visualizando las dos señales a la vez una por cada canal de entrada del osciloscopio.

2) Utilizando el modo X-Y, una señal por el canal vertical y otra por el horizontal. Este método es el conocido como Lissajous (solo válido para señales senosoidales).

Antes de realizar cualquier medida debemos ajustar el osciloscopio, y la sonda de mediciones. La sonda debe ajustarse tocando la salida de calibración para conseguir una respuesta de frecuencia plana.

Generador de funciones:

Es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Estas señales nos servirán para probar como reacciona un circuito ante un tipo de señal determinado.

Una de las características principales de un generador de funciones es saber el rango de frecuencias que es capaz de suministrar de una manera estable.

Los controles básicos de cualquier generador de funciones son:

– Botón encendido/apagado.

– Botones de función -> Para elegir la forma de onda Cuadrada, triangular, etc.

– Botones de rango -> Determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango.

– Control de amplitud -> Esta variable de control, dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT) determina el nivel de la señal del conector en la salida principal.

– Botón de rango de voltaje de salida -> Presiona este botón para controlar el rango de amplitud de o a 2 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W, vuelve a pulsar el botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 10 Vp-p con una carga de 50W.

– Botón de inversión -> si se presiona este botón, la señal del conector en la salida principal se invierte.

– Offset en DC -> Este control establece el nivel de DC y su polaridad de la señal del conector en la salida principal. Cuando el control esta presionado, la señal se centra a 0V en DC.

– Botón de barrido (SWEEP) -> Presiona el botón para hacer un barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de funciones puede aceptar señales desde el conector de barrido externo localizado en la parte trasera del generador de funciones.

– Rango de barrido -> Este control ajusta el rango del generador del barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de paso.

– Ancho del barrido -> Este control ajusta la amplitud del barrido.

– Conector de la salida principal -> Se utiliza un conector BNC.

– COnector de la salida TTL -> Se utiliza un conector BNC.

Fuente de alimentación:

Este aparato se encarga de suministrar una señal de corriente continua estable de un valor fijado, o si es regulable del valor seleccionado.

Las características a saber de cualquier fuente de alimentación son:

Valor de tensión de entrada.

Valor de tensión de salida.

Capacidad de carga: Valor máximo de corriente que puede suministrar.

Pérdidas.

Existen varios tipos:

Según la señal de salida: (fijas, regulables), digitales o analógicas, y las hay de un canal de salida o de dos.

Muchos circuitos necesitan para su funcionamiento, una alimentación de corriente continua (C.C.) pero lo que normalmente se encuentra es alimentación de corriente alterna (C.A.).

En el siguiente gráfico se puede ver el funcionamiento de una fuente, con ayuda de un diagrama de bloques y de las formas de onda esperadas al inicio (entrada), al final (salida) y entre cada uno de ellos.

1. -> La señal de entrada es una onda senoidal cuya amplitud dependerá del lugar donde vivimos. (110/220 Voltios u otro)

2. -> El trasformador disminuye la amplitud de la señal de entrada a un valor que esté de acorde al voltaje final de corriente continua.

3. -> El rectificador convierte la señal anterior en una onda de corriente continua pulsante, y elimina la parte negativa de la onda.

4. -> El filtro alisa o aplana la onda anterior eliminando el componente de corriente alterna (C.A.) que entregó el rectificador.

5 -> El regulador entrega una tensión constante sin importar las variaciones en la carga o del voltaje de alimentación.

Protoboard.

La protoboard es una placa de pruebas para electrónica que contiene numerosos orificios en los que es posible insertar cables y otros elementos electrónicos para montar circuitos provisionales.

La ventaja de este dispositivo es que no requiere soldar sus componentes para tener un circuito operativo.

Los orificios se encuentran conectados por bajo a través de pequeñas láminas metálicas que siguen un patrón determinado:
– Los orificios ubicados en una misma fila se encuentran unidos entre sí.
– Los que están en filas diferentes no tienen conductividad entre si.

Un breadboard, como también se le conoce, es ideal para analizar el diseño de un circuito determinado, sin que tengas que soldar sus componentes.

La intención es crear o modificar circuitos con la mayor rapidez y fluidez posibles.
Es fundamental para llevar a cabo experimentos. Si el circuito funciona entonces se monta el circuito de forma definitiva.

Si por el contrario, el circuito no funciona lo más recomendable es hacer una revisión exhaustiva, hallar el fallo y corregirlo. Es posible que se necesiten usar otros elementos de laboratorio como son el Osciloscopio.

Cautin (Soldador eléctrico)

El cautín es una herramienta eléctrica muy sencilla que posee un conjunto de elementos que al estar correctamente conectados van a generar en una barra de metal el calor suficiente para poder derretir los distintos metales como el estaño y el oro, utilizados para las soldaduras de los circuitos eléctricos y electrónicos.