INFORME DE LABORATORIO CIRCUITOS RC EN CORRIENTE ALTERNA Jhonny Madera Osorio1
Andrés Betín Rodríguez1
Milton Lizcano Pérez1
Jorge Osorio Romero1
Ricardo Galezo Arango2 Programa de Ingeniería de Sistemas – Facultad de Ingeniería UNIVERSIDAD DE CARTAGENA Siempre a la altura de los tiempos INTRODUCCIÓN La corriente alterna es la corriente corriente que mayormente mayormente se utiliza utiliza en el hogar, hogar, industria industria y aplicacio aplicaciones nes que utilizan electricidad. Es una corriente con polaridad indefinida y con frecuencia diferente de cero, tiene un comportamiento cambiante que la dota de características especiales que pueden ser estudiadas obteniendo la gráfica de su movimiento con ayuda de instrumentos especiales. Gracias al análisis vertical se pueden determinar magnitudes como los voltajes pico, pico a pico y eficaz (RMS) y gracias al análisis horizontal se puede determinar el periodo que a su vez permite obtener la frecuencia de la señal. El presente informa consta de la resolución de una serie de interrogantes relacionados con la corriente alterna y la aplicación de los conceptos que esta trae consigo, con ayuda del simulador de electrónica EWB. Palabras clave: frecuencia, capacitancia, corriente alterna, impedancia, voltaje, intensidad, potencia. OBJETIVO GENERAL Realizar en su totalidad todos los interrogantes planteados en el taller. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Obtener los valores de los voltajes promedio, pico, pico a pico y eficaz con ayuda del análisis vertical de señales sinusoidales de corriente alterna. Obtener los valores de la frecuencia y el periodo de la señal con ayuda del análisis horizontal de señales sinusoidales de corriente alterna. Utilizar el cálculo de la impedancia en un circuito RC como el equivalente de la resistencia total de dicho circuito y con la ley de Ohm obtener las magnitudes requeridas como voltaje e intensidad. GLOSARIO Circuito: un circuito es una red eléctrica formada por componentes tales como resistencias, inductores, capacitores, fuentes, interruptores y semiconductor-es que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, capacitores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos. 1 2
Estudiante de V semestre de Ingeniería de Sistemas, Universidad de Cartagena Docente de electrónica
Resistor: se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. Fuente: en electricidad se entiende por fuente al elemento activo que es capaz de generar una diferencia de potencial (d. d. p.) entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica. Multímetro: un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).
CIRCUITOS RESISTIVOS 1.- Monta el siguiente circuito utilizando los valores de resistencia que prefieras
2.- Completa la siguiente tabla, realizando las operaciones que creas necesarias, y mostrándolas en esta hoja o detrás, imprime el circuito EWB con Amplificadores y Voltímetros, imprímelo con sus valores activos, recórtalo y pégalo detrás.
Ilustración 1. Circuito y valores obtenidos en EWB
CÁLCULOS V
MEDIDAS I
W
V
ORDENADOR
R
W
I
W
V
I
R1
0.063W
11.28 5.64 mA V
0.063W
R2
0.0034W
1.86 V 1.86 mA
0.0035W 1.876 1.876 mA V
R3
0.0034W
1.86 V 1.86 mA
0.0035W 1.876 1.876 mA V
R4
0.013W
3.72 V 3.72 mA
0.014W
11.25 5.63 mA V
3.753 3.757 mA v
3.-Comenta los resultados obtenidos Las medidas obtenidas de manera teórica con todos los cálculos matemáticos que son necesarios, difieren en ciertos valores decimales de las medidas obtenidas con el ordenador, puesto que se debe tener en cuenta que los cálculos realizados con ayuda de un computador van a tener un margen de error mucho
más mínimo y una exactitud mucho más grande que los realizados de forma manual. Las características de los circuitos en serie y paralelo se evidencian con facilidad en los resultados obtenidos. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR 1.- Calcula el circuito siguiente de tal forma que el condensador tarde 50 segundos en cargarse; y 80 segundos en descargarse, una vez colocado el conmutador S en la posición2, muestra tus cálculos detrás de esta hoja, y monta el circuito en el taller
RECUERDA: El tiempo que tarda un condensador en cargarse o descargarse depende de la constante de carga t=5RC 2.- Realiza las medidas necesarias para dibujar las gráficas correspondientes a la carga del condensador, por ejemplo cada 5 o 10 seg.
Ilustración 2. Circuito montado en EWB para la carga del condensador en el tiempo determinado
CARGA REAL
t 0 (seg.) Vc (V)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
10.49 5.9 9.48 11.65 12.97 13.76 14.25 14.54 14.72 14.83 14.899 14.93 14.99 mV V V V V V V V V V V V V
3.- Realiza las medidas necesarias para dibujar las gráficas del taller correspondientes a la descarga del condensador, por ejemplo cada 5 o 10 seg.
Ilustración 3. Circuito montado en EWB para la descarga del condensador en el tiempo determinado DESCARGA REAL
T 0 (seg. ) Vc (V)
5
10
15
20
25
30 35
40
45 50
55
60
65
70
75
80
14.9 10.9 8.0 5.8 4.2 3.1 2.2 1.6 1.2 89 658. 479. 352. 258. 188. 138. 101.0 9V 7V 2V 7V 9V 4V 9V 7V 3V 6 8 64 67 02 76 1 3 mV m mV mV mV mV mV mV V
4.- Dibuja las 2 gráficas (gráficas de taller) en el papel cuadriculado de la hoja siguiente, añádelas a esta memoria, la de Carga Real píntala de azul, y la Descarga Real, de negro
Ilustración 4. Gráfica obtenida para la carga del condensador con EWB
Ilustración 5. Gráfica obtenida para la descarga del condensador con EWB
5.- Con las siguientes fórmulas tienes que rellenar los cuadros de la carga teórica y la de la descarga teórica: Vc = E - (E – Eo) e -t/RC t = RC ln (E - Eo) / (E - Vc) CARGA TEÓRICA t (seg.)
0
10
16.09
40
Vc (V)
0V
9.48 V
12 V
14.72 V
DESCARGA TEÓRICA
t (seg.)
0
6.48
10
40
Vc (V)
15 V
10V
8.02 V
1.23 V
6.- Dibuja en la hoja cuadriculada anterior las dos curvas correspondientes a la Carga Teórica y a la Descarga Teórica, con los mismos colores, pero en TRAZOS. Son las gráficas teóricas
Ilustración 6. Gráfica de la carga teórica del condensador
Ilustración 7. Gráfica de la descarga teórica del condensador
7.- Monta en el ordenador este circuito rellena unas tablas equivalentes a los pasos 2 y 3 además observa los efectos que producen los cambios de valores, tanto de resistencia, como de capacidad, en el tiempo de carga y descarga, imprime una hoja con el circuito, las tablas de valores, y las gráficas de carga y descarga. Éstas serán las gráficas de ordenador. Solo se utilizaron las gráficas de ordenador y las teóricas ya que la práctica no se hizo en un plano real.
8.- ¿Cuál es la conclusión que sacas al observar dichas curvas, las del taller, las teóricas y las del ordenador? Las gráficas obtenidas son bastante similares, incluso en algunos puntos de la medición no presentan diferencias entre sí. Esto evidencia que los cálculos y mediciones de carga y descarga de capacitores no presentan un margen de error abierto y amplio, tienden a ser iguales sin entrar en diferencias notorias. MEDIDAS CON EL OSCILOSCOPIO El objetivo de esta práctica es que cojas soltura con la diferente instrumentación del taller, polímetros, osciloscopios, fuentes de alimentación en continua --- y en alterna ~. MEDIDA FRECUENCIA 1.- Coloca en el GBF una señal alterna senoidal de 5Vmax, 1khz (si faltan GBF sirve la f.a. del entrenador, con la salida marcada como ~ en rojo) 2.- Conecta la sonda del osciloscopio a la salida del generador 3.- Coloca en la pantalla del osciloscopio uno o dos periodos de la señal 4.- Completa los siguientes campos, con la mayor atención posible: TIME/DIV= 0.5 mS Nº de divisiones horizontales= 2 Multiplicando el nº de divisiones por el valor de la base de tiempos, obtenemos el valor del periodo T y como sabemos que f=1/T obtendremos el valor de la frecuencia T=1mS f= 1 kHz f medido con los instrumentación = 1 kHz MEDIDA VOLTIOS 5.- El osciloscopio tiene un conmutador rotativo para adecuar la señal de entrada amplificándola o reduciéndola, VOLT/DIV, según el canal, gira el conmutador hasta que la señal se pueda visualizar en la pantalla sin salirse de ella, pero ocupando lo máximo 6.- Rellena los siguientes campos VOLT/DIV = 5 Nº de divisiones verticales de pico a pico = 4 Vpp = 19.744 VOLT/DIV * Nº div verticales pp = 5*4 = 20 Vp = 9.87 Vpp/2 = 9.872 V ef = 6.98 Vp/Ö 2 = 6.98 V ef medida con el polímetro = 6.98-7.07
MEDIDA VOLTIOS DE TENSIÓN CONTÍNUA 7.- Coloca ahora la fuente de alimentación en la sonda, y en conmutador, primero ajusta la tierra con el conmutador en GD fijando la posición inicial del trazo, y después en DC, pon la fuente de alimentación a 15 V, y mide su tensión análogamente al caso de alterna paso 5 y 6, y comprueba su veracidad con el polímetro. BETIN ESTA NO LA ENTENDÍ TE TOCA HACERLA… HAY TIEMPO HASTA EL DÍA DEL PARCIAL ¿Cuál es tu conclusión? CORRIENTE ALTERNA 1.- Monta el siguiente circuito
Utilizando los valores de R C y v que prefieras para visualizar bien el desfase R= 10mo C = 1 micro f
v = 120
V, Hz = 60
2.- Completa la siguiente tabla, realizando las operaciones que creas necesarias, y (las operaciones puntúan 10 puntos, son complejos) mostrándolas en esta hoja o detrás
CÁLCULOS W
MEDIDAS W
V
I
45.23 mA
2.1x10-5
120
45.83 mA
R 2.045x10-5 4.52x10-4
45.23 mA
2.1x10-5
4.58x10-4
45.83 mA
C
45.23 mA
No consume
120
45.83 mA
Z 2.045x10-5
No consume
desfase
V
I
119.97
119.97
-89.99 θ
W
V
I
ORDENADOR
-89.99 θ
3.-Comenta los resultados obtenidos Es visible la diferencia en la exactitud al obtener el valor de la intensidad total del circuito RC con cálculos matemáticos y con el ordenador, utilizando la ley de Ohm y la impedancia (z) como resistencia total. Los cálculos teóricos tienen un margen de error más amplio como sucede generalmente. Es muy importante además agregar que los capacitores no consumen potencia, dado que en un momento reciben y en otro momento entregan, así que en condiciones óptimas su potencia simplemente no existe.
