DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA · PDF fileComprometer su formación integral permanente y de actualización profesional continua de ... 7 Cuadernillo de actividades d) De la

DIRECCIÓN ACADÉMICA

DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CUADERNILLO DE ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

MEDICIONES ELÉCTRICAS

FECHA: AGOSTO 2013

ELABORO

Ing. Marcelo Bastida Tapia

Ing. Viridiana Cordero Contreras

Ing. Blanca G. De la Peña Valencia

Ing. Eduardo Gonzalo Manuel Tzul.

NOMBRE Y FIRMA DEL DOCENTE

REVISO

PRESIDENTE Y SECRETARIO DE ACADEMIA

AUTORIZO

JEFE DE DIVSIÓN

Vo Bo

DIRECCIÓN ACADEMICA Y/O SUBDIRECCIÓN DE NORMATIVIDAD Y CALIDAD ACADEMICA

Ingeniería Electrónica Mediciones Eléctricas

2 Cuadernillo de actividades

OBJETIVO GENERAL Utilizar de manera apropiada los instrumentos empleados en el laboratorio de electrónica para fomentar el reconocimiento y análisis de señales provenientes de circuitos eléctricos reales. OBJETIVO ESPECÍFICO Analizar equipos y/o sistemas electrónicos en la solución de problemas aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales. Planear, organizar y controlar sus actividades académicas para la solución de los diversos ejercicios contenidos en el cuadernillo. Comprometer su formación integral permanente y de actualización profesional continua de manera autónoma. INTENCIÓN DIDACTICA. El cuadernillo contiene ejercicios específicos de los conceptos que deben ser aprendidos en cada una de las unidades que integran la asignatura y que deberán ser resueltos por el estudiante después de haber realizado los trabajos de investigación que se mencionan en cada apartado. En la primera unidad se analizan los conceptos básicos de la medición y las principales variables a medir. En la segunda unidad se contemplan los instrumentos básicos y avanzados. El estudiante deberá comprender su funcionamiento y adquirir las habilidades necesarias para el uso de los mismos. En la tercera unidad se conocerán los dispositivos básicos empleados en los sistemas eléctricos y electrónicos, sus características y la medición de parámetros en los circuitos. La cuarta unidad contempla el funcionamiento y manejo de equipos especiales e instrumentos virtuales para medición. Para la quinta unidad se proporciona un manual básico donde se definen las normas universales para la realización de un PCB (Printed Board Circuit, placa de circuito impreso) y un sencillo tutorial para introducirse al uso del software Proteus.



Unidad 1. Conceptos Básicos Competencia específica: comprender el concepto de medición y los posibles errores en la misma, y utilizar el análisis estadístico para la interpretación de datos. Actividad 1.1 Realizar una investigación con las características proporcionadas en la rúbrica sobre los siguientes conceptos:

• Sistema de unidades • Patrones • Calibración. • Medida • Precisión • Exactitud • Sensibilidad • Error de Medición • Tipos de corriente eléctrica • Formas de onda • Frecuencia • Periodo • Amplitud • Valor promedio • Valor máximo • Valor pico a pico • Valor eficaz

Actividad 1.2 Instrucciones: lea cuidadosamente cada uno de los reactivos y subraye la respuesta correcta. 1) Es la magnitud física equivalente a la razón numérica entre el tiempo transcurrido y el número de

oscilaciones. Esta afirmación se refiere a: a) Frecuencia de un sonido b) Periodo de un sonido c) Vibraciones d) Hertz

2) Una persona posee un instrumento que puede golpear el agua 4 veces en 2 segundos ¿Cuál es la

frecuencia en Hertz? a) 0,5 (hz) b) 0,5 c) 2 d) 2 (hz)



3) ¿Cuál es el valor de su periodo del instrumento del problema anterior?

a) 4 (s) b) 2 (s) c) 0,5 (s) d) 5 (min)

4) En una fiesta los parlantes oscilaron 57600 veces en cuatro horas. ¿Cuál fue su periodo en segundos?

a) 0,0004 (S) b) 40 (hr) c) 0,25 (s) d) 25 (s)

5) Considere un péndulo cuya frecuencia es de 2(hz). ¿Este péndulo es más largo o más corto que uno

de periodo de 5 segundos? a) más largo b) iguales c) más corto d) N.A.

6) Un diapasón vibra con una frecuencia de 440 Hz. ¿Cuántas vibraciones ocurren en 1 minuto?

a) 16000 b) 256 c) 26400 d) 7,3

7) ¿Cuál es el periodo de un sonido de 75 MHz.?

a) 0.0000133 seg. b) 0.133 mseg. c) 133 useg. d) 13.33 nseg

8) Dos péndulos, uno que oscila 60 veces en medio minuto y el otro posee un periodo de 0,25 segundos.

¿Calcula la frecuencia del primero y la del segundo? a) 60 Hz y 25 Hz. b) 2 Hz. Y 4 Hz. c) 30 Hz y 25 Hz d) 60 Hz. Y 4 Hz.

9) Dos péndulos, uno que oscila 60 veces en medio minuto y el otro posee un periodo de 0,25 segundos.

¿Cuál tiene mayor periodo?

a) El primero b) El segundo c) Son iguales



10) Si la tierra tiene un periodo de rotación de 24 hrs. ¿Cuál es la frecuencia en Hz?

a) 86400 Hz. b) 11.574 uHz c) 0.11574 Hz. d) 11.574.hz

Actividad 1.3 En la parte de debajo de cada imagen indique si se indica el parámetro de precisión, exactitud o ninguno de ellos. Explica tu respuesta.

________________________________ _________________________________

________________________________ ________________________________

Actividad 1.4 Responda correctamente cada uno de los siguientes incisos.

a) En los hogares se recibe una señal de voltaje de 110 a 127 Volts ¿De los conceptos investigados diga qué tipo de valor de voltaje es?

b) Si una batería tiene un voltaje nominal de 9 V ¿cuál es el voltaje RMS de la misma? c) Una señal tiene una corriente pico de 500mA; indique cual es el valor medio, el valor

pico a pico y el valor eficaz de la corriente. d) Dibuje una señal que tenga un voltaje RMS de 12V.



Actividad 1.5 Indique el nombre de cada señal y la fórmula para calcular el valor promedio en cada una.

Actividad 1.6 En la siguiente imagen marque:

a) la amplitud (Vp y Vpp) e indique sus unidades; b) periodo (T) e indique sus unidades; c) indique cuál es el valle y la cresta; d) ¿cómo se obtiene la frecuencia y cuáles son sus unidades?

Actividad 1.7 Obtenga los parámetros indicados para cada una de las señales.

a) Indique cuál es la frecuencia y la amplitud pico a pico de la señal descrita por la ecuación v(t)=5 sen(942.5t).

b) ¿Cuál es la velocidad angular de una señal periódica que tiene un periodo T=10ms? c) Grafique la señal descrita por la ecuación x(t)= 179 cos(188.5t) [V].



d) De la señal mostrada en la figura determine cuál es la frecuencia, el periodo, el voltaje pico y el voltaje RMS.

e) Grafique una señal senoidal de 12Vpp con una frecuencia de 200Hz acotándola correctamente. Escriba la ecuación que la describe.

f) Dada la función y=3sen(x)+2, determine: 1) amplitud, 2) periodo, 3) desplazamiento de fase, 4) desplazamiento vertical; y 5) grafique la función.

Actividad 1.8 Escriba la función que describa las siguientes formas de onda:

a)



b)



Unidad 2. Instrumentos básicos y avanzados Competencia específica: seleccionar y utilizar de manera apropiada cada uno de los instrumentos empleados en el laboratorio de electrónica. Actividad 2.1 Realice una investigación en la cual se indiquen cuáles son las normas de seguridad en el uso de instrumentos de medición. Actividad 2.2 Investigue cómo operan y cuál es el manejo de los siguientes instrumentos:

Voltímetro. Amperímetro. Óhmetro. Generador de funciones. Osciloscopio.

Actividad 2.3 Lectura de instrumentos de medición: multímetro

a) Identifique cada una de las partes que se indican en el multímetro.



b) indique las partes del multímetro analógico marcado con los números del 1 al 7.

c) Indique que lectura se está tomando en el multímetro.



Actividad 2.4 Vea los videos indicados en las siguientes ligas:

http://video.google.com/videoplay?docid=-8631834206550900821

http://www.youtube.com/watch?v=4QcmMpO9HFA

Ahora conteste las preguntas siguientes:

1. ¿Qué equipo se utiliza para visualización gráfica de señales?

2. ¿El osciloscopio se considera un equipo generador de señales o instrumento de

medición?

3. ¿Qué es la retícula de un osciloscopio?

4. ¿Qué se mide en el eje vertical “y”?

5. ¿Qué se mide en el eje horizontal “x”?

6. ¿A la separación entre 2 líneas consecutivas en la rejilla se le llama?

7. ¿Cuántas divisiones contiene la rejilla vertical y horizontalmente?

8. ¿Cuántas subdivisiones tiene cada división?

9. Entonces ¿qué parte de la división representa cada subdivisión?

10. En cada renglón de la siguiente tabla coloque el valor correspondiente a cada subdivisión de la retícula del osciloscopio si con la perilla seleccionadora de voltaje se tienen los valores indicados en la columna de “rango división”.

RANGO

DIVISIÓN

SUBDIVISIÖN

0.2

2

20

0.1

1

10

0.5

5



Actividad 2.5 Lectura de instrumentos de medición: osciloscopio.

a) Indique que función tiene cada una de las partes que se indican en la figura.

a.

b) En papel milimétrico simulando la retícula del osciloscopio dibuje una señal de 7Vcd si el osciloscopio está en la escala del rango de 2V.

c) Dibuje en papel milimétrico, simulando la retícula del osciloscopio, una señal cuadrada de CA acotando la amplitud total, el periodo y la frecuencia que tiene, si la señal se estuviera observando en el osciloscopio y tuviera 1.8Vpp, a una frecuencia de 250Hz, si las perillas de selección de voltaje y tiempo estuvieran colocadas en 500mV y 1 ms, respectivamente.

d) Determine los valores de amplitud, periodo y frecuencia que tiene la siguiente señal,

considerando que el selector de escala de amplitud se encuentra en el valor de 0.2V, el selector del tiempo está en 0.2 ms y la sonda en el multiplicador X10.



e) Dibuje en la siguiente retícula una señal que tenga las siguientes características: Vp = 2.8 V, frecuencia = 1.5 KHz, si el selector de la escala de amplitud está en 0.5V y el selector de tiempo está en 50 µs.

f) Indique en la caratula qué valor tiene cada división de tiempo y amplitud, para cuando

la sonda se encuentra en 1X y cuando está en 10X para el osciloscopio de la figura.



g) Indique en la caratula qué valor tiene cada división de tiempo y amplitud, para cuando la sonda se encuentra en 1X y cuando está en 10X para el osciloscopio de la figura.



Actividad 2.6 Contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Qué tipo de señales proporciona un generador de funciones?

2. ¿Qué parámetros de una señal se pueden seleccionar en un generador?

3. ¿Qué clase de señales proporciona la salida TTL?

4. ¿Qué relación existe entre el periodo de una señal y la frecuencia de la misma?

5. Si está observando en el osciloscopio una señal que está proporcionando el generador

de funciones ¿qué operaciones se tienen que realizar para verificar que la señal

observada es exactamente la misma que la alimentada por el generador?

Actividad 2.7 Lectura de instrumentos de medición: generador de funciones.

a) Indique que función tiene cada una de las partes que se indican en la figura.

1

2

3

4

7 6 5



Unidad 3. Medición de parámetros Competencia específica: identificar los tipos de señales eléctricas y sus parámetros e interpretar los códigos correspondientes para conocer los valores de los componentes pasivos. Actividad 3.1. Realice una investigación, indicando ¿qué es?, ¿para qué se usa? y como se clasifican de acuerdo a su proceso de fabricación, de los siguientes dispositivos:

Resistencias. Capacitores. Inductores.

Actividad 3.2. Investigue cómo se usa el código de colores para las resistencias de 4, 5 y 6 bandas. Actividad 3.3. Códigos de colores.

a) Indica cuál es el valor y parámetros de la resistencia si contiene las bandas de colores indicadas en la tabla.

1er banda 2ª banda 3er banda 4ª banda 5ª banda 6ª banda Valor []

rojo rojo rojo plata verde negro negro dorado dorado café negro verde rojo café rojo rojo morado azul naranja rojo café azul naranja verde plata café amarillo

verde azul amarillo rojo naranja naranja verde azul café

rojo violeta negro café café negro verde gris rojo dorado azul gris naranja plata

b) Determine los colores correspondientes de acuerdo al valor de las resistencias dadas:

Valor resistencia 1ª banda 2ª banda 3ª banda

0.18 K Ω 47 KΩ 15 Ω

910000 Ω 1.2 M Ω



c) Indica cuál es el valor del capacitor si muestra el código que se indica en la tabla.

Código Valor [nF] 0.0022 KZ

104J 10J332K

4p7 100J

d) Determine qué valor tendrían los capacitores que manejen los siguientes códigos:

Tipo código valor 1.

cerámico

223 11111111111111112. 185 3. 681 4. 104 5. 332

e) De acuerdo al código de colores ¿qué valor tendrían los siguientes capacitores?

Tipo 1a 2a 3a 4a 5a Valor 1.

poliester

azul gris rojo café café 1111111111112. amarillo violeta café 3. verde azul negro 4. naranja blanco verde 5. gris blanco naranja verde amarillo

f) Indica cual es el valor del inductor, si contiene las banas de colores indicadas en la tabla.

1er banda 2ª banda 3er banda Valor [H] café verde negro rojo rojo café

naranja blanco café café negro café

amarillo morado negro



g) Indica cual es el valor de los siguientes dispositivos.

Dispositivo Valor





Unidad 4. Instrumentos especiales y virtuales Competencia específica: conocer la aplicación de algunos instrumentos especiales, así como el manejo de instrumentos virtuales. Actividad 4.1. Investigue qué es, para qué se utiliza, cómo se opera y cuáles son las aplicaciones de cada uno de los siguientes instrumentos:

Analizador de estados lógicos. Analizador de espectros. Graficadores. Trazador de curvas. Luxómetro. Tacómetro. Medidores de campo magnético. Analizador de Fourier.

Actividad 4.2. Investigue qué es la instrumentación virtual y mencione cuando menos tres ejemplos de instrumentos virtuales.



Unidad 5. Construcción de Circuitos Impresos Competencia específica: conocer las técnicas básicas de la construcción de circuitos impresos. Actividad 5.1. Indique qué es un PCB y cuáles son las reglas de diseño que se tienen que seguir para la creación del mismo.



Anexo 1 Normas de diseño Existen una infinidad de software que pueden ser utilizados para el diseño de un circuito impreso y cuando una persona está utilizando el software aprenderá todo lo relacionado a su manejo y comandos de operación. No importando el software que se esté utilizando o si la realización del circuito se lleva a cabo por métodos tradicionales manuales, el diseñador debe tener en cuenta que existen normas a seguir en la realización del circuito impreso que debe conocer y cumplir. A continuación se mencionan algunas de las normas más importantes en la realización de una tableta de circuito impreso.

1. El diseño debe ser lo más sencillo posible; cuanto más cortas sean las pistas y más simple la distribución de componentes, mejor resultará el diseño.

2. No se realizarán pistas con ángulos de 90°; cuando sea preciso efectuar un giro en una pista se hará con dos ángulos de 135° como se muestra en la figura 1.1. En la figura 1.2 se muestra que si es necesario ejecutar una bifurcación en una pista se hará suavizando los ángulos colocando triángulos a cada lado.

Figura 1.1 Ángulos correctos en las pistas.



Figura 1.2 Modo correcto para bifurcar pistas.

3. El ancho de las pistas dependerá de la intensidad que vaya a circular por ellas. Se tendrá en cuenta que, dependiendo del espesor de la pista, una pista de 0.8 mm puede soportar alrededor de 2 amperios; 2 mm, unos 5 amperios y 4,5 mm, unos 10 amperios. En general los circuitos llevan pistas de unos 2 mm aproximadamente.

4. Entre pistas próximas y entre pistas y pads, se debe conservar una distancia que depende de la tensión eléctrica que exista entre ellas. Como norma general se debe dejar una distancia mínima de unos 0.8 mm; en casos de diseños complejos se puede disminuir de 0.8 mm hasta 0.4 mm. En algunas ocasiones puede ser necesario cortar una porción de ciertos puntos de soldadura para que se cumpla esta norma como se muestra en la figura 1.3.

Figura 1.3 Distancia entre pistas.



5. La distancia mínima entre pistas y los bordes de la placa será de dos décimas de pulgada, aproximadamente 5 mm.

6. Todos los componentes se colocarán paralelos a los bordes de la placa como muestra la figura 1.4.

Figura 1.4 Colocación de los dispositivos en la placa del circuito impreso.

7. No se deben trazar pistas entre los bordes de la placa y los puntos de soldadura de terminales de entrada, salida o alimentación, exceptuando la pista de masa.

8. No se pasarán pistas entre dos terminales de los componentes considerados activos como transistores, tiristores, etc.

9. Se debe prever la sujeción de la placa a un chasis o caja con una perforación de 3.5 mm en cada esquina de la placa.

10. Como norma general se debe dejar una o dos décimas de pulgada de patilla entre el cuerpo de los componentes y el punto de soldadura correspondiente indicado en la figura 1.5.

Figura 1.5 Dimensión de las terminales de los elementos para soldarlos.



11. Los pads o círculos para puntos de soldadura son círculos cuyo diámetro será, al menos, el doble del ancho de la pista que en él termina.

12. Los dispositivos alimentados con pilas (portátiles) tendrán más restricciones de espacio en el diseño por lo que debe buscarse realizar el impreso lo más pequeño posible y, de ser necesario, hacerlo de más de una cara o capa.

13. En un impreso con dispositivos con restricciones de espacio y alta densidad de líneas por tener un circuito muy complejo se debe realizar un impreso de doble cara y “thru-hole” (agujero pasante metalizado). Si el orificio no es metalizado obliga a utilizar “puentes” o uniones con alambre que dificulta el montaje y que puede ser una razón potencial de errores en su funcionamiento.

14. Es preferible optimizar el tamaño del circuito por cuestiones de costo. 15. Los diseños deben ser “ergonómicos” ubicando los dispositivos de tal manera que se obtenga

funcionalidad para el usuario y facilidad en el proceso de mantenimiento. 16. Debe cuidarse que exista correspondencia espacial en la ubicación de los elementos en el circuito

con respecto al dispositivo físico real o el esquema eléctrico y teniendo en cuenta: a) Si los elementos van a ir colocados en el chasis y en el impreso; b) Si algunos van al chasis y otros al impreso y se interconectarán con cables;

17. El diseño debe tener cierta estética con buena ubicación de los componentes y trazado de las líneas con elegancia, cuidando que no haya líneas oblicuas; en caso de que se tengan que hacer cuidar que todas lleven la misma inclinación.

18. Los tipos de líneas a utilizar son: a) Línea delgada: para interconexión de dispositivos o conducción de datos o señales; b) Línea más gruesa: línea para la alimentación del voltaje (Vcc); c) Línea mucho más gruesa: línea de tierra (GND).

19. Es recomendable rellenar todos los espacios disponibles con líneas o trazos de tierra para evitar interferencias electromagnéticas por inducción de ruido en el circuito o de señales de radiofrecuencia (RF) como se muestra en la figura 1.6.

Figura 1.6 Trazado de líneas de tierra para evitar interferencias electromagnéticas.

20. Se recomienda hacer enmallados más “rellenos” (sombreados) en la tierra del impreso como se

visualiza en la figura 1.7.

Figura 1.7 Masa de tierra sombreada.



21. Para circuitos de aplicaciones de RF redondear las esquinas de los trazos evitando vórtices de oscilación.

22. Si se van a utilizar señales de muy alta frecuencia (UHF o microondas) para aplicaciones de telecomunicaciones, es necesario tener en cuenta la aparición de parámetros distribuidos, ya que una línea conductora de cobre puede simular un condensador o una bobina dependiendo las dimensiones de la línea, la separación entre líneas, el grosor de la tarjeta, la permitividad relativa del material dieléctrico, entre otras.

23. Un aspecto sumamente importante es el tener en cuenta las dimensiones físicas reales de los dispositivos en la realización del circuito impreso considerando:

a) La separación de las terminales de conexión al impreso para determinar la separación entre los huecos u orificios donde van los pads (círculos que se definen en la placa fenólica destinados para la colocación de los dispositivos);

b) El tamaño del encapsulado del dispositivo para que no se "monte", choque o impida la ubicación de otro dispositivo;

c) El tamaño de los dispositivos que generan calor al funcionar deben también ser considerados en la parte de diseño previo ya que podría ser necesario conectarlos con disipadores de calor alterando el tamaño considerado para la instalación del dispositivo como se ve en la figura 1.8, y para no afectar el funcionamiento normal y la ubicación de los elementos alrededor de éste.

Figura 1.8 Área a considerar cuando un dispositivo debe llevar disipador de calor.

24. En ocasiones es ideal que el disipador de los componentes que requieren llevarlo vaya directamente sobre el chasís del equipo para así liberar espacio en el impreso evitando así los problemas asociados a la disipación calórica. En este caso la conexión del dispositivo al impreso se realiza utilizando cable y conectores aéreos o instalados en la tarjeta.

25. Los diversos procedimientos que se pueden realizar para obtener el tamaño físico de los dispositivos son:

a) Midiendo con una regla, una escala o una escuadra, el dispositivo que se va a colocar en el impreso.

b) Poniendo el dispositivo sobre una proto board (tableta que se utiliza para armar y comprobar los circuitos en laboratorio). Si no dispone de una proto board, puede utilizase un conector para impresos donde la separación entre orificios coincide con la del proto board.

c) Poniendo el dispositivo sobre papel milimetrado ya que la hoja tiene el mismo tamaño de separaciónque el proto board y su cuadrícula es exacta.



d) La forma más exacta y real es consultando en los manuales de componentes originales o en los de reemplazo (ej: E.C.G.)

26. No olvidar que las dimensiones en los manuales internacionales algunas veces aparecen en sistema inglés (pulgadas y fracciones, 1/8, ¼, 1/16, etc.). Cuando las dimensiones están en pulgadas es conveniente convertirlas a centímetros y milímetros. Lo usual es expresarlas en milímetros.

27. La altura de los dispositivos debe ir en concordancia con la altura máxima de la caja o el chasis donde va el impreso. A veces es necesario doblar el dispositivo y "acostarlo" lo cual afecta el espacio disponible para ubicar otros elementos.

28. Los cables deben ir con amarradores evitando las "selvas" y las "marañas" lo cual denota desorden, falta de profesionalismo y causa errores frecuentes, afectando la presentación y la calidad además de generar grandes dolores de cabeza a la hora de hacer un mantenimiento.

29. Por lo regular dispositivos muy pesados como los transformadores de alimentación no se deben ubicar en el impreso a menos que sea absolutamente necesario; lo mejor es conectarlos en el chasís. Es preferible colocar conectores donde se pretende ubicarlo para establecer la conexión entre el transformador y el impreso.

30. En los equipos en donde el chasis actúa como tierra debe procurarse buscar bastantes puntos de conexión del impreso al chasís, especialmente en equipos de telecomunicaciones. Para ello se deben aprovechar los tornillos de sujeción del impreso.

31. En circuitos de RF que requieran apantallamiento o blindaje contra el ruido electromagnético y cuyo chasís sea plástico se recomienda revestir el interior de la caja plástica con papel aluminio, técnica conocida en inglés como enclosure.

32. No olvidar dejar los espacios para ubicar los tornillos de sujeción del impreso y medir el diámetro de éstos.

33. En equipos con dos o más tarjetas, hay que tener en cuenta que: a) Si se van a interconectar por medio de racks o por medio de cables con conectores si las

tarjetas están ubicadas en sitios diferentes. b) Si una tarjeta va sobre la otra hay que preveer la altura de separación de acuerdo con los

dispositivos y el chasís. 34. Para proteger las tarjetas de circuitos impresos contra la corrosión del medio ambiente, lo cual

causa oxidación y aislamiento eléctrico en las pistas de cobre, se debe proteger la tarjeta bañándola con una capa de antisoldering. Esta sustancia facilita la aplicación de los puntos de soldadura en los componentes y le da una apariencia muy profesional al circuito con un color típico verde o azul.



Anexo 2. Introducción a Proteus PROTEUS es una aplicación CAD, compuesto de tres módulos: ISIS (Intelligent Schematic Input System): es el módulo de captura de esquemas.

VSM (Virtual System Modelling): es el módulo de simulación, incluyendo PROSPICE.

ARES (Advanced Routing Modelling): es el módulo para la realización de circuitos impresos (PCB).

El módulo ISIS es un programa que nos permite dibujar, sobre un área de trabajo (figura 2.1), un circuito que posteriormente podremos simular.

Figura 2.1. Area de trabajo del paquete ISIS de Proteus.

El área de trabajo cuenta con varias barras de herramientas, a continuación se describen las más importantes. Barra de menús: permite el acceso a la mayor parte de opciones del programa; sin embargo algunas sólo están disponibles en los iconos de las barras de herramientas. Barra de componentes y dibujo: en esta barra se encuentran las herramientas de libreras para seleccionar los elementos del circuito, las tierras, alimentaciones, instrumentos, etc. Barra de control y simulación: permite realizar simulaciones ya sea en tiempo real, o en el caso de elementos programables, paso a paso. Componentes. Tras abrir PROTEUS, lo primero que necesita es extraer los componentes que se van a utilizar

en el circuito, para lo cual se utilizar la barra de herramientas de componentes .

Barra de menús

Barra de componentes y

dibujo

Barra de control de simulación

Ventana de vista

completa

Zona de trabajo



Una vez que se selecciona esta herramienta, se pueden agregar a la ventana de dispositivos los componentes necesarios para el circuito que se desea simular. Para acceder a las librerías de dispositivos hay que pulsar P, como se muestra en la figura 2.2 (también pinchando en el botón P de la ventana de dispositivos).

Figura 2.2. Componentes y librerías.

Cuando se pulsa el botón de librerías, se abre la ventana mostrada en la figura 2.3, en la cual se pueden observar todas las características que presenta el elemento que se desea colocar.

Figura 2.3. Ventana de selección de elementos de las librerías.

La barra de búsqueda automática permite encontrar el dispositivo introduciendo la matricula del componente, el tipo de dispositivo o la categoría, por ejemplo, si se requiere de una compuerta AND de dos entradas se puede colocar 74ls08 (figura 2.4), o escribir “2-input AND” y seleccionarlo de la lista que se despliega (figura 2.5).

Búsqueda automática

Categorías ordenadas

alfabéticamente

Vista previa

Plantilla para PCB



Figura 2.4 Búsqueda mediante matricula.

Figura 2.5. Búsqueda mediante descripción del dispositivo.

Para seleccionar el componente se le da doble clic con el botón izquierdo del mouse, el componente aparece en la ventana de dispositivos del área de trabajo, si se requieren de más elementos se repite el proceso hasta que se tiene todos elementos del circuito. Para cerrar la ventana se pulsa el botón “OK”. Una vez que se tiene el componente, si se pinchas sobre él en la ventana de dispositivos aparecerá su símbolo en la ventana de Vista Completa. Este elemento se puede rotar o reflejar con las herramientas que se encuentran a la izquierda de la ventana de Vista Completa (figura 2.6). Cuando se selecciona el elemento, si se da un clic sobre la zona de trabajo, el elemento aparece en el cursor y para colocarlo simplemente se da un clic en el lugar que se quiere colocar el elemento. Si se desea colocar más de un elemento del mismo dispositivo, se vuelve a dar clic en el lugar donde se desee colocar, si se desea colocar un elemento nuevo, se da clic sobe el elemento en la ventana de dispositivos. Presione ESC o seleccione el icono “Selección mode”

si ya no se requiere de agregar ningún elemento al esquema.



Figura 2.6 Selección del elemento a colocar.

En la figura 2.7, se muestran todos los elementos colocados, en este caso se tiene una compuerta AND de dos entradas con interruptores a cada una de las entradas para indicarle si se tiene un uno o un cero y un led en la salida para comprobar la tabla de verdad (nota: aún no se encuentran conectados los elementos).

Figura 2.7. Elementos para simular una compuerta AND.

Si se desea cambiar algún valor de los elementos como las resistencias o capacitores, se da doble clic en el valor, se abre una ventana (figura 2.8) que permite la edición del valor del elemento, se indica el nuevo valor y se cierra la misma. Por ejemplo, en la figura 2.8, se cambió el valor de las resistencias de 10K que tiene por defecto a resistencias de 1K.



Figura 2.8. Edición del valor de un elemento.

Figura 2.9. Nuevos valores de los elementos resistivos.

Para unir los elementos, se debe seleccionar la herramienta “Selección mode” , se coloca el cursor en la terminal de uno de los elementos que se desean conectar, se da clic y aparece una figura de lápiz, se desplaza con el mouse hasta la terminal del otro elemento y nuevamente aparece un lápiz, se vuelve a dar clic para terminar la conexión de ambos terminales (figura 2.10).

1

23

U1:A

74LS08

R11k

R21k

D1LED-GREEN



Figura 2.10. Conexión de elementos.

Se conectan todos los elementos, como se muestra en la figura 2.11. En este momento se tienen todos los elementos conectados, pero hacen falta las alimentaciones y los puntos de tierra.

Figura 2.11. Elementos conectados.

Para agregar las alimentaciones y tierra, en la barra de Componentes y Dibujo, se selecciona el

icono “Terminals mode” . En la ventana de terminales (figura 2.12) aparecen diferentes elementos, el de “POWER” permite alimentar el circuito con un voltaje de CD, el valor por defecto es de 5 V cd, si se desea modificar este valor, se da doble clic en el elemento y en la ventana de edición se indica el nuevo valor anteponiendo un signo positivo (+) en caso de que se requiera voltaje positivo o un signo negativo (-) en caso de que se requiera en voltaje negativo. Por ejemplo +8 si se desean 8V positivos o -12 en caso de que se requieran 12V negativos.

1

23

U1:A

74LS08

R11k

R21k

D1LED-GREEN



Figura 2.12. Terminales de alimentación y tierra.

Para el circuito de ejemplo se requieren 5 V, por lo tanto no se editaran las alimentaciones. Para agregar las terminales de tierra, se selecciona “GROUND”, colocándolas como se muestra en la figura 2.13, las terminales de voltaje y tierra se conectan igual que los elementos.

Figura 2.13. Circuito completo.

Simulación. La aplicación ISIS permite realizar simulaciones gracias al Módulo VSM, estas simulaciones se pueden hacer en tiempo real, esto es, se puede simular como si se tuviese el circuito armado de forma física, se pueden presionar los botones y en el led se refleja el estado lógico de la salida de la compuerta de acuerdo a los estados lógicos de las entradas. Para realizar la simulación, se da clic en el botón “play” de la barra de la barra de Control de Simulación, cuando se desee detener, se da clic en el botón STOP. En la figura 2.14 (a) se puede observar la señal de salida cuando se tienen ambas entradas en 1 lógico (puntos en color rojo) y en la figura 2.14 (b) se observa la salida cuando una de las entradas (punto en color azul) se encuentra en 0 lógico.

1

23

U1:A

74LS08

R11k

R21k

D1LED-GREEN

Alimentaciones

Referencia a tierra



(a) (b) Figura 2.14. Simulación en tiempo real del circuito.

Creación del circuito impreso. Para crear el PCB, primero se tienen que colocar los conectores de las alimentaciones en el esquema, para ello en las librerías se busca el conector “TBLOCK-I2” conectándolo como se muestra en la figura 2.15.

Figura 2.15. Circuito con terminal de conexión.

En la barra de menús se selecciona el icono de ARES, en la pantalla principal se secciona el icono de “Component Mode” (figura 2.16) para colocar todos los elementos en el área de trabajo, procurando que las líneas verdes no se crucen, como se muestra en la figura 2.17. Si es necesario, los elementos se pueden girar, pero no es recomendable invertirlos.

1

23

U1:A

74LS08

R11k

R21k

D1LED-GREEN

12

J1

TBLOCK-I2



Figura 2.16. Selección de componentes.

Figura 2.17. Elementos colocados para el PCB.

Antes de crear las pistas, es necesario delimitar el tamaño de la tarjeta, para ello se selecciona el icono de “2D Graphics Box Mode”, y en la parte inferior se selecciona “Board Edge”, como se nuestra en la figura 2.18.



Figura 2.18. Herramienta para delimitar el tamaño de la tarjeta.

Se traza un rectángulo ligeramente mayor al área que ocupan los elementos, con ello se limita el tamaño de la tarjeta así como el área en la cual se van a trazar las pistas de cobre. En la figura 2.19 se muestra el circuito con el límite de la tarjeta.

Figura 2.19. Circuito con límite de la tarjeta.

De acuerdo a lo visto en el Anexo 1, se tiene que indicar cuál es el ancho de las pistas necesario para el circuito, para ello de la barra de herramientas se selcciona el icono “Desig Rule

Manager” . En la ventana que se abre se selecciona la pestaña “Net Clases”, en esta ventana se va a indicar el tipo de pista y ancho de la misma tanto para las líneas de señal como para las líneas de alimentación. En la figura 2.20 se seleccionaron las líneas de alimentación con un grosor de aproximadamente 0.5mm (Trace Style T20) y la pista selecciona es la inferior (bottom cuper). Se hace lo mismo para las líneas de señal, se selecciona el botón OK y se cierra la ventana.

2D Graphics Box Mode



Figura 2.20. Asignacion de pistas.

Por último, se selecciona el icono de “Auto Route” y se presión el botón “Begin Routing” y el programa de forma automática va a realizar el trazado de las pistas quedando finalmente como se muestra en la figura 2.21.

Figura 2.21. PCB terminado.



Documents

DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA · PDF fileComprometer su formación integral permanente y de actualización profesional continua de ... 7 Cuadernillo de actividades d) De la