COMPONENTE PRACTICO FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD. O. Pallares (1) , C. Rojas (2) , J. Martínez (3) y D. Mejía (4) 1, 2, 3 y 4
Alumnos de la carrera carrera Ingeniería industrial. Escuela de ciencias básicas tecnología e ingeniería. Universidad Nacional abierta y a distancia 1
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Resumen. Se trabajó elementos de alta precisión en lo que respecta a medidas, entre estos tenemos al generador de señales, el osciloscopio, y el voltímetro, que a través de estos elementos podemos conocer el voltaje, la frecuencia de onda de los componentes electrónicos a utilizar, fácilmente se puede apreciar apreciar y determinar el tiempo que demora un capacitor en descargarse dependiendo de su capacitancia o su valor que tenga.
Palabras clave: generador de señales osciloscopio, multímetro, puentes de medición, generador generador de funciones. funciones.
1. INTRODUCCION Para el desarrollo de las actividades prácticas de la física electrónica es necesario conocer los elementos que componen los circuitos eléctricos como los resistores, condensadores, diodos emisores de luz, etc.,…así como su importancia en las múltiples aplicaciones de la física electrónica en la vida actual. Del mismo modo se debe familiarizarse con los elementos de práctica como el generador de señales el cual nos permite aplicar un voltaje y una frecuencia a un circuito, debemos saber la calibración calibración y utilización del del osciloscopio, el cual nos va a permitir ver el comportamiento cuando medimos algún dispositivo electrónico ya sea capacitores, resistencia etc. Y tenemos la protoboard en la cual se pueden hacer montajes de circuitos y el multímetro con el cual realizaremos las medidas de voltaje, corriente y resistencia.
2. TEMATICAS A DESARROLLAR Para el desarrollo del componente práctico utilizaremos los siguientes elementos, un generador de señales que no es más que un dispositivo electrónico de laboratorio laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. digitales. Un osciloscopio el cual es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Una herramienta fundamental como lo es la protoboard que como habíamos dicho es una placa con orificios divididos por columnas y filas en donde puede realizarse el montaje de circuitos sin necesidad de soldar con estaño. Un voltímetro (análogo y digital) en el cual permite registrar medidas de continuidad, voltaje, resistencia, frecuencia, corriente e impedancia las medidas pueden realizarse con corriente continua y alterna dependiendo del caso a medir. Precauciones: La escala de la medición debe ser más grande que la medición que se va a hacer. Si no se conoce el valor de la medición se elige la más alta y de ahí se reduce hasta llegar a la escala adecuada. La corriente debe medirse en serie con los elementos del circuito a medir. El voltaje se mide en paralelo con los elementos del circuito. La resistencia se mide en paralelo con los elementos del circuito.
ACTIVIDADES A DESARROLLAR Recursos necesarios para el desarrollo de la práctica Materiales que debe llevar el estudiante Elemento Cantidad Diodo 1N4001 4 Resistencia 1kΩ 1 Condensador 1µF 1 Condensador 470µF 1 Condensador 4µF 1 Batería 9V 1 Resistencia 330Ω 1 Potenciómetro 50KΩ 1 Fotorresistencia 1 Transistor 2N2222 2 Relay 6V 1 Bombillo 12V DC 1 Vaso con agua 1 LED 1 Tabla N° 1. Materiales que debe llevar el estudiante Equipos / instrumentos de laboratorio requeridos Elemento Cantidad Multímetro 1 Fuente de alimentación DC 1 Generador de señales 1 Tabla N° 2 Equipos / instrumentos de laboratorio requeridos
1.
Conecte el generador de señales o transformador al osciloscopio, con ayuda del tutor encargado de laboratorio, mida el voltaje pico a pico de la señal y la frecuencia de la misma y registre los valores.
2.
Calcule el voltaje rms a partir de la siguiente fórmula.
=
√ 2
Un valor RMS de una corriente una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente una corriente continua de la misma magnitud. En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa. Ejemplo: 1 amperio (ampere) de corriente alterna (c.a) produce el mismo efecto térmico que un amperio (ampere) de corriente directa (c.d) Por esta razón se utiliza utiliza el término “efectivo”. El valor efectivo de una onda alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por 0.707. Entonces VRMS = VPICO x 0.707
= 5 = 5 ∗ 0.707 = 3.535 Si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el valor pico de voltaje: V PICO = VRMS/0.707
= /0.707 =
Imagen N°1 generador de señales.
3.535 = 5 0.707 ¿Cuál es la diferencia entre el voltaje rms y pico?
El voltaje RMS, o el cuadrado medio de la raíz (también llamado el voltaje eficaz), es un método de denotar una forma de onda senoidal de voltaje (forma de onda de CA) como un voltaje equivalente que representa el valor de voltaje DC que producirá el mismo efecto de calentamiento o disipación de potencia en el circuito, como esta tensión de CA. En otras palabras, la forma de onda es una forma de onda AC, pero el valor RMS permite que esta forma de onda se especifique como DC, porque es la tensión DC equivalente que entrega la misma cantidad de energía a una carga en un circuito como la señal AC hace sobre su ciclo.
Imagen N° 2 osciloscopio
El voltaje pico a pico, VPP, es una for ma de onda de voltaje que se mide desde la parte superior de la forma de onda, llamada cresta, hasta el fondo de la forma de onda.
¿Qué tipo de magnitudes pueden ser medidas haciendo uso del osciloscopio?
El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar realizar a partir de esta por simple cálculo cálculo (por ejemplo, la de la intensidad o la potencia). Los cálculos para señales CA pueden ser complicados, pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes es empezar por el voltaje. 1.
Imagen N°4 toma de voltaje en la resistencia. Mida el voltaje en el diodo (entre los puntos A y B) Voltaje del diodo entre los puntos A y C = 0.3v
Realice el montaje del siguiente circuito. Mida el voltaje en la r esistencia (entre los puntos B y C) y en el diodo (entre los puntos A y B) y represéntelo en las gráficas 1 y 2.
.
Imagen N°5 toma de voltaje en el diodo.
Figura N° 1 primer circuito. circuito.
Grafica N°1 voltaje de la resistencia.
Imagen N°3 montaje primer circuito.
Mida el voltaje en la resistencia (entre los puntos B y C) Voltaje de la resistencia entre los puntos B y C=0.7v
Imagen N° 6 voltaje de la resistencia en la gráfica.
2.
Realice el circuito.
montaje
del
siguiente
Grafica N°2 voltaje del diodo.
Figura N° 2 segundo circuito. circuito.
Imagen N° 7 voltaje del diodo en la gráfica. ¿Cómo podría tomar la medida de corriente en el circuito haciendo uso del osciloscopio? Respuesta: se intentó tomar la medida de corriente con el osciloscopio conectado pero no fue posible la lectura por que las escalas del voltímetro no lo permitieron. Procedemos a encontrarla formula de la ley ohm.
Ley de Ohm Es la fórmula que establece la relación entre las diferentes magnitudes eléctrica.
Imagen N°10 montaje del segundo circuito.
a.
Tome la medida de voltaje en el diodo y la resistencia.
Voltaje en la resistencia= 6.73v
=∗
Imagen N° 8 triangulo de la ley de ohm.
5 = = = 5 1
Imagen N° 11 toma de voltaje en la resistencia. Voltaje en el diodo= 0.66v
Imagen N°9 toma de corriente conectado el osciloscopio.
Imagen N° 12 toma de voltaje en el diodo.
¿El voltaje en la resistencia es el mismo de la fuente de alimentación? Respuesta: No es el mismo, ya que hay una resistencia de 1k. Voltaje en la resistencia: 6.73v Voltaje en la fuente: 8.04v Figura N° 3 tercer circuito. a.
Desconecte el cable entre A y B. Mida el voltaje con el osciloscopio en el punto A, dibuje la señal en la siguiente gráfica.
Imagen N°13 media onda de la resistencia en el osciloscopio.
Imagen N°16 medición de voltaje en el punto A.
Imagen N°14 media onda del diodo en el osciloscopio. Voltaje en la fuente.
Gráfica 3 Señal de salida del puente rectificador.
Imagen N° 15 medición de voltaje en la fuente. b.
3.
Tome la medida de la corriente en el circuito, explique y concluya a partir de los resultados. Realice el montaje del siguiente circuito.
Imagen N° 17 medición de voltaje con el osciloscopio en el punto A.
b.
Conecte el cable entre los puntos A y B. Mida el voltaje en el punto B, dibuje la señal en la siguiente gráfica.
Imagen N° 18 medición de voltaje en el punto B
c.
Cambie el valor del capacitor y mida nuevamente el voltaje. Explique qué sucede.
Imagen N° 20 circuito con valor del capacitor cambiado.
Gráfica 4 Señal de salida sobre el capacitor. Imagen N°21 medición de voltaje en el capacitor con valor cambiado en el osciloscopio. Utilizamos un capacitor con un valor de 10uF se puede notar que la frecuencia de la honda honda es más larga debido a que el capacitor demora más en descargarse.
¿Qué efecto tienen los diodos en la señal de salida?
Imagen N° 19 medición de voltaje en el punto B con el osciloscopio. Compárela con la obtenida en el punto anterior. Explique qué sucede. Al medir el voltaje desconectando el cable entre los puntos A y B, estamos midiendo el voltaje en todo el circuito, mientras que al medir el voltaje en el punto B se está midiendo el voltaje del capacitor únicamente.
Respuesta: Cuando un circuito eléctrico o eléctrico o electrónico requiere de una corriente directa que directa que no sea pulsante, sino mucho más lineal que la que permite un simple rectificador de media onda, es posible combinar de dos a cuatro diodos rectificadores de forma tal que la resultante sea una corriente directa (C.D.) con menos oscilaciones residuales. 4.
Realice el circuito.
montaje
del
Se puede apreciar que al medir el voltaje del circuito en general la frecuencia de la honda es más corta que la frecuencia de la honda del capacitor. Figura N° 4 cuarto circuito.
siguiente
c.
Conecte una carga al relay y valide su activación conforme cambian las condiciones de luz (La carga puede ser un bombillo o un motor de bajo consumo).
Imagen N°22 circuito montado en proteus.
Imagen N°25 circuito con un bombillo apagado conectado al relay.
Imagen N°23 activando el relay. a.
Dibuje el pinout del transistor a partir de su datasheet. Collector
3 2 Base
Imagen N°26 circuito con un bombillo encendido conectado al relay.
1 Emitter Imagen N°24 pinout del transistor. b.
Determine que utilidad práctica puede tener el circuito. Este circuito se puede aplicar en muchas utilidades en nuestro medio. Podemos aplicarlo en el encendido y apagado de las luces en las pantallas de los postes de alumbrado público. También se puede aplicar en un circuito que permita suministrar de forma automática la comida a un acuario de peces ornamentales.
5.
Realice el montaje del siguiente circuito, tenga en cuenta que los componentes que se encuentran encerrados en el recuadro entrecortado, representan un vaso de agua. El objetivo es que a medida que se va llenando el mismo, sea detectado el nivel y se accione el LED D2.
Figura N°5 quinto circuito.
Imagen N°27 segundo circuito montado en proteus.
Imagen N°29 circuito con un condensador de mayor valor. c.
Imagen N°28 circuito con el led encendido en proteus. a.
¿Cuál es el papel del condensador C1? Respuesta: Almacenar la energía eléctrica durante el periodo periodo en estado de carga, está misma energía la cede después durante el periodo de descarga.
b.
Coloque un condensador de mayor valor y valide el funcionamiento del circuito. Explique qué sucede.
Respuesta: al colocar un condensador de mayor valor el led demora más tiempo en apagarse, debido a que el condensador almacena mayor energía.
Muestre paso a paso el funcionamiento del circuito y documente el mismo por medio de fotografías. Respuesta: en este circuito tenemos la simulación de un tanque de agua, que al llegar a cierto nivel le manda una corriente a un capacitor 2N2222, el cual Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas, protegido por una resistencia de 1k cargando de esta manera al capacitor de 8uF, permitiendo que se encienda un bulbo y demore hasta hasta que el capacitor se descargue.
3. CONCLUCIONES Después de realizado este laboratorio podemos concluir que es importante saber el el manejo de los elementos de medición para poder tener un dato exacto de los componentes que se van a medir, es importante tener esos conocimientos para poder aplicarlos y saber cómo se comportan esos elementos en los diferentes aparatos electrónicos, recordar que la combinación de los dispositivos electrónicos permite desarrollar múltiples aplicaciones en los aparatos eléctricos. Cada componente analizado posee características únicas que al ser sometidos bajo un voltaje moderado permitió registrar la diferencia de su comportamiento. Se concluye esta etapa satisfactoriamente al familiarizarnos con los elementos básicos de laboratorio .
4.
REFERENCIAS
2N2222 - Wikipedia, la enciclopedia libre . (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/2N2222 Gomez, f. (19 de junio de 2009). Manejo del Osciloscopio - YouTube. Obtenido de https://www.youtube.com/watch?v=w VXOIwtkFZk pedro. (13 de marzo marzo de 2015). Transistor 2N2222 como interruptor con Arduino UNO . Obtenido de https://hetpro-store.com https://hetpro- store.com › Home › Arduino › Basicos generales
