Manual de Practicas de Circuitos Electricos I (1)

DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS I

Elaborado por: por: MI Ana Mayra Mayra Luna Rodríguez Rodríguez

Cd. Obregón, Sonora. Julio de 2011

DIRECTORIO Mtro. Paulino Antonio Antonio Sánchez López

Director General ITESCA Lic. Miguel Medina Saldaña

Director Académico Mtra. Lucrecia Guadalupe Valenzuela Segura

Subdirectora Académica Mtro. José Lionso Salazar Huerta

Jefe de División de Ing. Electrónica

ESTE MANUAL FUE REALIZADO PARA USO EXCLUSIVO DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE CAJEME D.R. ITESCA, Cd.Obregón, Sonora; México. Carretera Internacional a Nogales Nogales Km. 2. Tel. (644) 410-86-50

Í N D I C E PR LOGO

3

PRÁCTICA 1. LEYES DE KIRCHHOFF

4

PRÁCTICA 2. ANÁLISIS DE MALLAS

7

PRÁCTICA 3. ANÁLISIS DE NODOS

9

PRÁCTICA 4. TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN

11

PRÁCTICA 5. TEOREMA DE THÉVENIN

13

PRÁCTICA 6. TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA

15

PRÁCTICA 7. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SENOIDAL

17

PRÁCTICA 8. FASORES

19

PRÁCTICA 9. ANÁLISIS FASORIAL

21

PRÁCTICA 10. CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN (RC, RL)

25

PRÁCTICA 11. CIRCUITOS DE SEGUNDO ORDEN (RLC)

28

Manual de Prácticas de Circuitos Eléctricos I

P R Ó L O G O

El presente Manual de Prácticas de Laboratorio se ha desarrollado como un apoyo a la materia de Circuitos Eléctricos I, materia que se imparte en la carrera de Ingeniería Electrónica. El contenido de cada una de las prácticas tiene como objetivo reforzar los conocimientos teóricos que el estudiante recibe en el salón de clase, desarrollar su criterio para analizar resultados y emitir conclusiones, así como incrementar su habilidad en el uso de equipo y material de laboratorio. Las primeras seis prácticas se refieren a circuitos puramente resistivos, que se abordan en la primera unidad del curso teórico. Las prácticas 7, 8 y 9 apoyan en el análisis fasorial para circuitos alimentados en c.a., temas que se abordan en la segunda unidad del curso. Las últimas dos prácticas se refieren al estudio del comportamiento de los circuitos de primer y segundo orden, respectivamente. Estos temas se cubren en las unidades 3 y 4 del programa analítico. Deseo que el presente manual cumpla con su propósito de servir como apoyo a la materia de Circuitos Eléctricos I y que contribuya en la formación académica de los estudiantes.

M.I. Ana Mayra Luna Rodríguez Cd. Obregón, Sonora Julio de 2011.

3


PRÁCTICA No. 1 LEYES DE KIRCHHOFF 1.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Explicar y demostrar experimentalmente la Ley de Kirchhoff de Voltajes y la Ley de Kirchhoff de Corrientes.

1.2.

REQUISITOS PREVIOS.

Se requiere el análisis analítico del circuito mostrado en la figura 1.1. Anote los resultados obtenidos en las tablas 1.1, 1.2. y 1.3.

1.3. INFORMACIÓN GENERAL Uno de los métodos ampliamente utilizados en el análisis de circuitos eléctricos son las Leyes de Kirchhoff de voltaje y corriente, ya que con ellas se puede determinar el valor de voltaje o corriente en cualquier elemento que forme parte del circuito. Las Leyes de Kirchhoff se enuncian a continuación: a)

Ley de Kirchhoff de Corrientes: La suma de las corrientes que entran a un nodo

es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo. b)

Ley de Kirchhoff de Voltajes: La suma de las caídas de voltaje en una

trayectoria cerrada es igual a la suma de las elevaciones de voltaje en la misma.

1.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 1 2 1 2 1 1 1

Material o Equipo Fuente de Voltaje de C.D. Multímetros Digitales Resistor de 1 k Ω Resistores de 2.2 k Ω Resistor de 1.8 k Ω Resistor de 3.9 k Ω Protoboard

4


1.5. PROCEDIMIENTO 1.5.1. Arme el circuito que se muestra en la figura 1.1. R1

R3

1kOhm

2.2kOhm R4

10 V

R2

3.9kOhm

2.2kOhm

R5 1.8kOhm

Figura 1.1. Circuito Resistivo Mixto 1.5.2. Mida el voltaje y corriente en cada uno de los elementos del circuito. Anote los resultados de las mediciones en la tabla 1.1. Tabla 1.1. Resultados obtenidos de voltaje y corriente, en cada elemento del circuito. VARIABLE VALOR VALOR CALCULADO MEDIDO VT (V) IT (mA) VR1 (V) IR1 (mA) VR2 (V) IR2 (mA) VR3 (V) IR3 (mA) VR4 (V) IR4 (mA) VR5 (V) IR5 (mA) 1.5.3. Verifique si se cumple la Ley de Kirchhoff de Voltajes en cada trayectoria cerrada, considerando las elevaciones de voltaje con signo positivo y las caídas de voltaje con signo negativo. Anote los resultados en la tabla 1.2.

5


Tabla 1.2. Verificación de la LVK. Trayectoria 1 VOLTAJE Calculado Medido VT (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) VR4 (V) VR5 (V)

Trayectoria 2 Calculado Medido

Trayectoria 3 Calculado Medido

∑V

1.5.4. Verifique si se cumple la Ley de Kirchhoff de Corrientes en cada nodo, tomando con signo positivo las corrientes que entran al nodo y con signo negativo las que salen del nodo. Anote los resultados en la tabla 1.3. Tabla 1.3. Verificación de la LCK. Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3 Nodo 4 Nodo 5 CORRIENTE Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido

IT (mA) IR1 (mA) IR2 (mA) IR3 (mA) IR4 (mA) IR5 (mA) ∑I

1.5.5. Compare los resultados medidos con los valores obtenidos al analizar el circuito analíticamente y concluya al respecto.

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PRÁCTICA No. 2 ANÁLISIS DE MALLAS 2.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el Análisis de Mallas.

2.2.

REQUISITOS PREVIOS.

Se requiere el análisis analítico del circuito mostrado en la figura 2.1., mediante la técnica del análisis de mallas. El valor obtenido de cada corriente de malla anótelo en la tabla 2.1.

2.3. INFORMACIÓN GENERAL El análisis de mallas es una técnica que hace uso de la LVK para expresar voltajes en función de corrientes. Una malla es una trayectoria cerrada que no encierra dentro de sí a ningún elemento del circuito.

2.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1

Material o Equipo Fuente de Voltaje de C.D. Multímetro Digital Resistor de 820 Ω Resistor de 390 Ω Resistor de 1 k Ω Resistor de 1.2 k Ω Resistor de 2.2 k Ω Protoboard

7


2.5. PROCEDIMIENTO 2.5.1. Implemente el circuito que se presenta en la figura 2.1.

820 Ohm

18 V

1.2kOhm

1kOhm

390 Ohm

2.2kOhm

5 V

Figura 2.1 Circuito para el análisis de mallas. 2.5.2. Mida cada una de las corrientes de malla y anote los resultados en la tabla 2.1. 2.5.3. Simule en el software Multisim, el circuito de la figura 2.1, obteniendo los valores de las corrientes de malla. Anote los resultados en la tabla 2.1. 2.5.4. Compare los valores de la tabla 2.1 y realice sus conclusiones. Tabla 2.1. Resultados obtenidos para el circuito de la figura 2.1. MALLA Resultados Resultados Resultados Analíticos Experimentales Simulados

8


PRÁCTICA No. 3 ANÁLISIS DE NODOS. 3.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el Análisis de Nodos.

3.2.

REQUISITOS PREVIOS.

Se requiere el análisis analítico del circuito mostrado en la figura 3.1., mediante la técnica del análisis de nodos. El valor obtenido de cada voltaje de nodo anótelo en la tabla 3.1.

3.3. INFORMACIÓN GENERAL El análisis de nodos es una técnica que hace uso de la LCK para expresar corrientes en función de voltajes. Un nodo es el punto de unión de dos o más elementos.

3.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1

Material o Equipo Fuente de Voltaje de C.D. Multímetro Digital Resistor de 1.8 k Ω Resistor de 470 Ω Resistor de 1.5 k Ω Resistor de 3.9 k Ω Resistor de 2.2 k Ω Protoboard

9


3.5. PROCEDIMIENTO 3.5.1. Implemente el circuito que se presenta en la figura 3.1. 1.8kOhm

12 V

2.2kOhm

470 Ohm

1.5kOhm

3.9kOhm

8 V

Figura 3.1 Circuito para el análisis de nodos. 3.5.2. Mida cada uno de los voltajes de nodo y anote los resultados en la tabla 3.1. 3.5.3. Simule en el software Multisim, el circuito de la figura 3.1, obteniendo los valores de los voltajes de nodo. Anote los resultados en la tabla 3.1. 3.5.4. Compare los valores de la tabla 3.1 y realice sus conclusiones. Tabla 3.1. Resultados obtenidos para el circuito de la figura 3.1. Resultados Resultados Resultados NODO Analíticos Experimentales Simulados

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PRÁCTICA No. 4 TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN 4.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el Teorema de Superposición.

4.2.

REQUISITOS PREVIOS.

Se requiere el análisis analítico del circuito mostrado en la figura 4.1., aplicando el Teorema de Superposición. Obtenga los valores de VA e IX, respetando tanto la polaridad del voltaje como el sentido de la corriente que se proporcionan y anote los resultados en la tabla 4.1. y 4.2. según corresponda.

4.3. INFORMACIÓN GENERAL Uno de los métodos que se aplica en el análisis de circuitos eléctricos que cuentan con varias fuentes, es el Teorema de Superposición que establece que: El voltaje o corriente a través de cualquier elemento del circuito puede obtenerse sumando algebraicamente todos los voltajes o corrientes individuales generados por cada fuente actuando por sí sola, con todas las demás fuentes igualadas a cero.

Las fuentes de voltaje igualadas a cero equivalen a un corto circuito, mientras que las fuentes de corriente igualadas a cero equivalen a un circuito abierto.


Elemento Fuente de Voltaje de C.D. Multímetros Digitales Resistor de 1 k Ω Resistor de 2.2 k Ω Resistor de 820 Ω Resistor de 470 Ω Protoboard

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4.5. PROCEDIMIENTO 4.5.1. Arme el circuito que se muestra en la figura 4.1. 1kOhm

820 Ohm

+ VA 20 V

2.2kOhm

IX 470 Ohm

12 V

Figura 4.1. Circuito para comprobar el Teorema de Superposición. 4.5.2. Con las dos fuentes conectadas, mida el voltaje VA y la corriente IX, respetando tanto la polaridad del voltaje como el sentido de la corriente que se proporcionan. Anote el valor de las mediciones en la tabla 4.1 y 4.2 respectivamente. 4.5.3. Haga “cero” la fuente de voltaje de 12 V (V2) y mida el voltaje VA y la corriente IX, respetando tanto la polaridad del voltaje como el sentido de la corriente que se proporcionan. Anote el valor de las mediciones en la tabla 4.1 y 4.2 respectivamente. 4.5.4. Haga “cero” la fuente de voltaje de 20 V (V1) y mida el voltaje VA y la corriente IX, respetando tanto la polaridad del voltaje como el sentido de la corriente que se proporcionan. Anote el valor de las mediciones en la tabla 4.1 y 4.2 respectivamente. Tabla 4.1. Medición de voltaje aplicando superposición. Voltaje Total Voltaje (VA) Voltaje (VA) (VA) cuando V2=0 cuando V1=0 Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido

Tabla 4.2. Medición de corriente aplicando superposición. Corriente Total Corriente (IX) Corriente (IX) (IX) cuando V2=0 cuando V1=0 Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido

4.5.5. Verifique el cumplimiento del Teorema de Superposición y compare los resultados obtenidos prácticamente con los obtenidos analíticamente. Realice sus conclusiones.

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PRÁCTICA No. 5 TEOREMA DE THÉVENIN 5.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el Teorema de Thévenin en un circuito resistivo.

5.2. REQUISITOS PREVIOS. Para el circuito mostrado en la figura 5.1: a) Determine el valor de voltaje y corriente en el resistor R 5. Anote los resultados en la tabla 5.2. b) Obtenga los valores del circuito equivalente de Thévenin y anótelos en la tabla 5.1.

5.3. INFORMACIÓN GENERAL Una de las maneras de simplificar y facilitar el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos es por medio del Teorema de Thévenin que establece que: Un circuito eléctrico puede representarse con un circuito dual o equivalente, representado por una sola fuente de voltaje en serie con una resistencia. El valor de la fuente de voltaje se conoce como el “voltaje de Thévenin” y la resistencia en serie como “resistencia de Thévenin”.

El voltaje de Thévenin (V TH ) es el voltaje en circuito abierto entre las terminales del circuito para el cual se requiere el equivalente de Thévenin. La resistencia de Thévenin ( RTH ) es la resistencia equivalente vista de la terminal del circuito para el equivalente de Thévenin, con las fuentes de alimentación en cero.

5.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 2 2 1 1 1 1 1 1 1

Elemento Fuente de Voltaje de C.D. Multímetros Digitales Resistor de 560 Ω Resistor de 4.7 k Ω Resistor de 330 Ω Resistor de 100 Ω Resistor de 1 k Ω Potenciómetro de precisión de 1 k Ω Protoboard 13


5.5. PROCEDIMIENTO 5.5.1. Arme el circuito que se muestra en la figura 5.1. R1

R4

560 Ohm

12 V

100 Ohm

2 V R2

4.7kOhm

R3

R5

330 Ohm

1kOhm

Figura 5.1. Circuito para comprobar el Teorema de Thévenin. 5.5.2. Mida el voltaje y la corriente en el resistor R 5, anote los resultados en la tabla 5.2. 5.5.3. Desconecte el resistor R 5 y mida el voltaje en el circuito abierto. Anote el valor medido en la tabla 5.1. 5.5.4. Anule el efecto de las fuentes de alimentación. Desconecte R 5 y desde el circuito abierto resultante mida la resistencia equivalente. Anote el valor medido en la tabla 5.1. 5.5.5. Implemente el circuito equivalente de Thévenin, agregue el resistor R 5 y mida la corriente y el voltaje en el mismo, anote los resultados en la tabla 5.2. Tabla 5.1. Valores del Circuito Equivalente de Thévenin VTH (V) R TH (Ω) Calculado Calculado Medido Medido Tabla 5.2. Comprobación del Teorema de Thévenin. Circuito Circuito Equivalente Parámetro Original de Thévenin Eléctrico Calculado Medido Calculado Medido Voltaje (V) Corriente (mA)

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PRÁCTICA No. 6 TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA. 6.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el Teorema de la Máxima Transferencia de Potencia.

6.2. REQUISITOS PREVIOS. Para el circuito de la figura 6.1, obtenga la potencia para cada valor de carga mostrado en la tabla 6.1 y anote los resultados en la misma.

6.3. INFORMACIÓN GENERAL La cantidad de potencia que una fuente de voltaje puede suministrar está limitada por su resistencia interna R S. El Teorema de la Máxima Transferencia de Potencia establece que: Una fuente de voltaje entrega la máxima transferencia de potencia a una resistencia de carga R L , cuando el valor de esta resistencia es igual a la resistencia interna de la fuente, RS .

6.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Elemento Fuente de Voltaje de C.D. Multímetro Digital Resistor de 220 Ω Resistor de 470 Ω Resistor de 680 Ω Resistor de 820 Ω Resistor de 1 k Ω Resistor de 1.5 k Ω Resistor de 1.8 k Ω Resistor de 2.2 k Ω Resistor de 3.9 k Ω Resistor de 4.7 k Ω Protoboard 15


6.5. PROCEDIMIENTO 6.5.1. Arme el circuito que se muestra en la figura 6.1. 1.2kOhm

R L

15 V

Figura 6.1. Circuito para comprobar el Teorema de la MTP 6.5.2. Mida el voltaje y la corriente para cada valor de R L que se indica en la tabla 6.1. Anote los resultados medidos. 6.5.3. Calcule las potencia consumida por R L, para cada valor dado y anote los resultados en la tabla 6.1. Tabla 6.1. Parámetros Eléctricos del circuito de la figura 6.1.

R L (Ω)

Corriente medida (mA)

Voltaje medido (V)

Potencia calculada Potencia calculada experimentalmente teóricamente (W) (W)

220 470 680 820 1000 1500 1800 2200 3900 4700 6.5.4. ¿Se cumple el Teorema de la Máxima Transferencia de Potencia? Argumente su respuesta. 6.5.5. ¿Cuál fue la potencia máxima en R L? __________________Watts 6.5.6. ¿Para qué valor de R L se obtiene la MTP? _______________ Ω 16


PRÁCTICA No. 7 CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SENOIDAL 7.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Determinar experimentalmente las características de señales senoidales.

7.2.

REQUISITOS PREVIOS.

Investigue la representación de la onda senoidal, tanto en su forma gráfica como en su forma matemática.

7.3. INFORMACIÓN GENERAL Se denomina corriente alterna (ca) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían periódicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Generalmente, la corriente alterna se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna.

7.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 1 1 1 1 1 1

Elemento Generador de Funciones Osciloscopio Multímetro Digital Resistor de 1 k Ω Resistor de 2.2 k Ω Protoboard

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7.5. PROCEDIMIENTO 7.5.1. Implemente el circuito que se presenta en la figura 7.1

1kOhm

R L Vac

2.2kOhm

Figura 7.1. Circuito con alimentación en c.a. 7.5.2.. Ajuste el generador de funciones, para que proporcione una señal de 20 Vpp a una frecuencia de 2.5 Khz. 7.5.3. Conecte el osciloscopio al resistor de carga R L. Observe la señal que aparece en el osciloscopio. 7.5.4. Responda las siguientes preguntas: ¿Cuántas divisiones por cuadro abarca la amplitud pico de la señal de salida? ___________ ¿En qué valor está posicionada la perilla VOLTS/DIV? ___________ ¿Cuántas divisiones por cuadro abarca un ciclo completo de la señal de salida? __________ ¿En qué valor está posicionada la perilla TIME/DIV? ___________ 7.5.5.¿Cuál es la amplitud de voltaje y el periodo de la señal que aparece en la pantalla del osciloscopio? Amplitud de voltaje: ____________(V) Periodo: ____________(s) 7.5.6. Determine la frecuencia natural (Hz) y la frecuencia angular (rad/s) de la señal de salida. f: _____________(Hz) ω: ____________(rad/s)

7.5.7. Con el multímetro digital mida el voltaje de salida en R L: _______________ 7.5.8. Compare el voltaje medido en el punto 7.5.5. y el obtenido en el punto 7.5.7. ¿Coinciden? _______ ¿Por qué? _______________________________________________

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PRÁCTICA No. 8 FASORES. 8.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Realizar operaciones aritméticas con números complejos, tanto en su forma polar como rectangular.

8.2.

REQUISITOS PREVIOS

Investigue: el concepto de fasor en su forma rectangular y polar. Así mismo su representación gráfica.

8.3. INFORMACIÓN GENERAL Los números complejos permiten realizar operaciones matemáticas con cantidades fasoriales y son muy útiles en el análisis de circuitos de ca. Con el sistema de los números complejos se puede sumar, restar, multiplicar y dividir cantidades que tienen tanto magnitud como ángulo.

8.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad Elemento 1 Calculadora Científica 8.5. PROCEDIMIENTO 8.5.1. Transforme a su forma polar: a) b) c) d)

2 + 3 j = -8 + 6.2 j = 4.3 – 2.8 j = -6 – 3.2 j =

8.5.2 Transforme a su forma rectangular: a) b) c) d)

36 | -10° = 28.7 | 135° = 11.2 | 28° = 45 | -117.9° = 19


8.5.3. Realice las siguientes operaciones paso a paso, y represente el resultado tanto en su forma rectangular como en su forma polar. a) 10 + 3 j - ( 7 + 2 j ) ( 3 |-115° ) = 2 j b) 6.8 |125.3° + 4.5 |-11.5° = 7.6 – 1.2 j c) 34 + 28.5 j – 51.2 |215° = 4 |-20.8° 8.5.4 Resuelva las operaciones anteriores por medio de la calculadora y compare resultados.

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PRÁCTICA No. 9 ANÁLISIS FASORIAL. 9.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente los valores de voltaje e impedancia en un circuito con alimentación de ca.

9.2.

REQUISITOS PREVIOS Realice el análisis fasorial del circuito de la figura 9.1.

9.3. INFORMACIÓN GENERAL El poder del análisis fasorial, radica en el hecho de que se pueden definir relaciones algebraicas entre el voltaje y la corriente en inductores y capacitores, cuando éstos se representan en términos de su impedancia. Para realizar el análisis fasorial es necesario transformar el circuito del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.

9.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad 1 1 1 1 1 1

Elemento Generador de Funciones Osciloscopio Capacitor de 1 µF Resistor de 1 k Ω Inductor de 10 mH Protoboard

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9.5. PROCEDIMIENTO Comparación de amplitudes y desfasamiento de señales. 9.5.1. Implemente el circuito que se presenta en la figura 9.1. 1kOhm

10 V 60 Hz

1uF

0Deg

Figura 9.1. Circuito alimentado en ca. 9.5.2. Por medio del osciloscopio, ajuste para desplegar en la pantalla la señal de entrada en el canal A. 9.5.3. Mida el voltaje en el capacitor por medio del osciloscopio y ajuste para que la señal se despliegue en el canal B. 9.5.4. Despliegue simultáneamente las señales medidas en los puntos anteriores y compare sus amplitudes máximas. Amplitud de la señal de entrada: _______________V Amplitud de la señal de salida: _________________V 9.5.5. Mida la diferencia de tiempo entre la señal de entrada y la señal de salida: ________s 9.5.6. Con el valor obtenido en el punto anterior, determine el desfasamiento entre la señal de entrada y la señal de salida: __________°

Medición de impedancias. 9.5.7. Para el circuito de la figura 9.1. Determine la impedancia del capacitor (ZC) para cada valor de ω mostrado en la tabla 9.1 y anote los resultados.

9.5.8.Para el circuito de la figura 9.1, ajuste la frecuencia de la señal de entrada de tal manera que para cada valor de ω, obtenga Vent y VC (en forma polar). Anote los resultados en la tabla 9.1

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9.5.9. Con los datos obtenidos en el punto anterior, determine: VR = Vent - VC IR = VR / R = IC ZC = VC / IC 9.5.10. Compare los valores de impedancia y concluya al respecto. Tabla 9.1. Obtención de impedancia en el capacitor. Ω F Vent VC VR (rad/s) (Hz) 500 1000 2000

IC

ZC (medida)

ZC (calculada)

9.5.11. Implemente el circuito de la figura 9.2. Determine la impedancia del inductor (ZL) para cada valor de ω mostrado en la tabla 9.2 y anote los resultados. 1kOhm

10 V

10mH

1kHz 0Deg

Figura 9.2. Circuito para medición de impedancia 9.5.12..Para el circuito de la figura 9.2, ajuste la frecuencia de la señal de entrada de tal manera que para cada valor de ω, obtenga Vent y V L (en forma polar). Anote los resultados en la tabla 9.2 9.5.13. Con los datos obtenidos en el punto anterior, determine: VR = Vent – VL IR = VR / R = IL ZL = VL/ IL 23


9.5.14. Compare los valores de impedancia y concluya al respecto. Tabla 9.2. Obtención de impedancia en el inductor. Ω F Vent VL VR (rad/s) (Hz) 500 1000 2000

IL

ZL (medida)

ZL (calculada)

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PRÁCTICA No. 10 CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN (RC, RL). 10.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Obtener las respuestas natural y completa de los circuitos RL y RC de primer orden, en respuesta a una excitación escalón.

10.2. REQUISITOS PREVIOS Realice el análisis teórico y la simulación de los circuitos mostrados en las figuras 10.1 y 10.2.

10.3. INFORMACIÓN GENERAL Los circuitos formados por la combinación de resistores e inductores o de resistores y capacitores generan una respuesta que puede plantearse mediante una ecuación diferencial de primer orden, de ahí que reciban el nombre de circuitos de primer orden. La respuesta de este tipo de circuitos puede ser: a) Respuesta Natural: se presenta en los circuitos sin fuentes y su principal característica es que tiende a desaparecer con el tiempo, ya que depende de la naturaleza de los elementos. La rapidez con la que la respuesta “desaparece” está en función de los valores de los componentes y la magnitud inicial depende de las condiciones iniciales que generan las fuentes de excitación. b) Respuesta completa: es el efecto que generan las fuentes sobre un circuito de primer orden. Se compone de la suma de la respuesta forzada a la excitación de la fuente y de la respuesta natural.


Elemento Osciloscopio Generador de Funciones Inductor de 100 mH Capacitor de 1 μF Resistor de 3.3 k Ω Resistor de 1k Ω Protoboard 25


10.5. PROCEDIMIENTO Cir cuito RL

10.5.1. Arme el circuito que se muestra en la figura 10.1. 3.3kOhm

Vi

100mH

Figura 10.1. Circuito RL de primer orden. 10.5.2. Ajuste el generador de funciones para que proporcione una señal cuadrada de 0 a 5 V a una frecuencia de 60 Hz. (Para que la señal inicie en 0 V, ajuste el voltaje de offset) 10.5.3. Ajuste el osciloscopio en 2 V/div con un tiempo de barrido de 5 ms/div. 10.5.4. Conecte el canal 1 del osciloscopio al generador de funciones y ajuste para observar un ciclo completo. 10.5.5. Conecte el canal 2 del osciloscopio en el inductor y observe la señal de salida. Identifique la respuesta natural y la respuesta completa en la señal de salida. (De ser necesario ajuste el selector de tiempo) 10.5.6. Dibuje la parte de la forma de onda en el inductor correspondiente a la respuesta natural, así como la correspondiente a la respuesta completa. 10.5.7. Evalúe la función de la respuesta natural respecto al tiempo y verifique si el valor de voltaje en el inductor corresponde.

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Cir cuito RC

10.5.8. Arme el circuito que se muestra en la figura 10.2. 1kOhm

1uF Vi

Figura 10.2. Circuito RC de primer orden. 10.5.9. Repita los puntos 10.5.2. al 10.5.4. 10.5.10. Conecte el canal 2 del osciloscopio en el capacitor y observe la señal de salida. Identifique la respuesta natural y la respuesta completa en la señal de salida. (De ser necesario ajuste el selector de tiempo) 10.5.11. Dibuje la parte de la forma de onda en el capacitor correspondiente a la respuesta natural, así como la correspondiente a la respuesta completa. 10.5.7. Evalúe la función de la respuesta natural respecto al tiempo y verifique si el valor de voltaje en el capacitor corresponde.

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PRÁCTICA No. 11 CIRCUITOS DE SEGUNDO ORDEN (RLC). 11.1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Obtener las respuestas natural y completa del circuito RLC de segundo orden.

11.2. REQUISITOS PREVIOS Realice el análisis teórico en la figura 11.1, para cada valor de R mostrado en la ta bla 11.1 y anote los resultados referentes al valor de ωo, α, el tipo de respuesta y la ecuación resultante para VC(t).

11.3. INFORMACIÓN GENERAL Los circuitos formados por la combinación de un resistor, un inductor y un capacitor, ya sea en serie o en paralelo, generan una respuesta que puede plantearse mediante una ecuación diferencial de segundo orden, de ahí que reciban el nombre de circuitos de segundo orden. La respuesta de este tipo de circuitos puede ser: c) Respuesta Natural: se presenta en los circuitos sin fuentes y su principal característica es que tiende a desaparecer con el tiempo, ya que depende de la naturaleza de los elementos. La ra pidez con la que la respuesta “desaparece” está en función de los valores de los componentes y la magnitud inicial depende de las condiciones iniciales que generan las fuentes de excitación. d) Respuesta completa: es el efecto que generan las fuentes sobre un circuito de segundo orden. Se compone de la suma de la respuesta forzada a la excitación de la fuente y de la respuesta natural.

11.4. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO Cantidad Elemento 1 Computadora con el Software “Multisim” instalado

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Manual de Practicas de Circuitos Electricos I (1)

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