UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA ELECTROMECÁNICA
MANUAL DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO L ABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
Responsables: Dr. Aurelio Domínguez González. M. en C. Angel Pérez Cruz.
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN............................................................................................................... 3 1. MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA RESISTENCIA DE ENTRADA Y DE TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA .............. .............. 4 2. VERIFICACIÓN DE LA LEY LEY DE OHM ........................................................................ 7 3. COMPROBACIÓN COMPROBACIÓN DE LA LEY DE TENSIÓN TENSIÓN DE KIRCHHOFF KIRCHHOFF ............................... 10 4. COMPROBACIÓN COMPROBACIÓN DE LA LEY DE CORRIENTE CORRIENTE DE KIRCHHOFF .......................... 13 5. DEMOSTRACIÓN DEMOSTRACIÓN DEL PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN...................................... SUPERPOSICIÓN...................................... 16 6. COMPROBACIÓN COMPROBACIÓN DE LOS TEOREMAS TEOREMAS DE THEVENIN THEVENIN......................................... 18 7. COMPROBACIÓN COMPROBACIÓN DEL TEOREMA DE NORTON NORTON.................................................... 22 8. VERIFICACIÓN DE LA FUNCIÓN FUNCIÓN MULTIPLICACIÓN MULTIPLICACIÓN DE DE UN AMP-OP AMP-OP................... 26 9. IMPLEMENTACIÓN IMPLEMENTACIÓN DE UN UN DAC CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPERACIONAL............... 27 10. TIEMPO DE ASENTAMIENTO ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO CIRCUITO TRANSITORIO ..................... 29 11. TIEMPO DE ASENTAMIENTO ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO CIRCUITO CON FUENTES .................... 32 12. DISEÑO DE LA COMPUTADORA COMPUTADORA ANALÓGICA ANALÓGICA ...................................................... ...................................................... 35 13. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO RLC SUBAMORTIGUADO SUBAMORTIGUADO CON FUENTES ............................................................................ 37
INTRODUCCIÓN Los experimentos de este manual apoyan al proceso de aprendizaje integral para lograr lo siguiente: • Desarrollar aptitudes prácticas en el uso de fuentes de alimentación, instrumentos de medición y componentes electrónicos. • Desarrollar técnicas de adquisición de información experimental precisa y comunicar esa información a otros mediante reportes escritos y datos tabulados. Analizar y demostrar circuitos electrónicos sencillos que cumplirán los objetivos planteados con anterioridad. Estos experimentos permitirán al estudiante familiarizarse con los equipos, herramientas y técnicas básicas bá sicas del laboratorio. El alumno revisara la información sobre seguridad en el laboratorio y las normas para la realización de la práctica de laboratorio. Se familiarizará con las cuestiones de seguridad y prácticas en el laboratorio. Al final de este laboratorio el alumno será capaz de utilizar los siguientes equipos: generador de funciones, multímetro digital, osciloscopio y fuentes de poder. De la misma manera deberá saber interpretar diagramas eléctricos y electrónicos. Al finalizar cada práctica el alumno entregara un reporte con c on los siguientes puntos: • Los • El
datos personales y del curso en la primera página.
objetivo de la práctica.
• Equipo
y software usado para la práctica. prácti ca.
• Valores
nominales y valores reales de los l os elementos para la práctica.
• Impresión
de la simulación y comparación de los valores reales para la práctica. práctic a.
Conclusiones de cada práctica. Que fue lo que se aprendió y los problemas presentados durante el desarrollo de cada práctica.
•
1. MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE ENTRADA Y DE TRANSFERENCIA TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Comprobar el concepto de resistencia de entrada y de transferencia MATERIALES NECESARIOS: •
10 Resistencias.
•
1 Multímetro.
•
1 Fuente de voltaje 0-15 V.
•
Multisim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
Se tiene una red resistiva (ver figura 1.1) en el cual las resistencias no están en serie, ni en paralelo, la cual tiene una fuente de voltaje variable, esta fuente se va incrementando el voltaje de 0 a 15v, mientras se mide la corriente que circula a la entrada de del circuito. De acuerdo a la ley de ohm obtenemos la resistencia y a esta la llamamos resistencia de entrada.
Figura 1.1 Si en esta misma red, medimos en cualquier lazo interno obtendremos la resistencia de transferencia.
Figura 2.
PROCEDIMIENTO.
1.- Primero se realiza un circuito con al menos 10 resistencias en un arreglo que no esté ni en serie ni en paralelo. 2.- Conectar este arreglo de resistencias a la fuente variable de voltaje, fijando el voltaje en 0 V. 3.- Antes de encender la fuente de voltaje; colocar el multímetro en la función de amperímetro y conectarlo al circuito en serie para medir la corriente de entrada. 4.- Revisar las interconexiones y encender la fuente de voltaje. Tomar los valores de corriente en cada incremento. Los incrementos serán de 1V hasta llegar al máximo de 15V. Anotar estos valores en la tabla 1-1. 5.- Con estas mediciones de voltaje y corriente hacer una gráfica, donde el eje de las X será el voltaje y el eje Y será la corriente. 6.- Calcular con la ley de ohm la resistencia de entrada. 7.- En este mismo circuito desconectar el multímetro y colocarlo para medir la corriente en una de las mallas internas para obtener la corriente de transferencia, repetir el paso 4 y 5. 8.- Calcular con la ley de ohm la resistencia de transferencia. 9.- Realizar los pasos anteriores en un software de simulación.
VIN (v) I (mA) V/I Re calculada (Ohms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Tabla 1-1. Mediciones para obtener la resistencia de entrada. VIN (v) I (mA) V/I Rt calculada (Ohms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Tabla 1-2. Mediciones para obtener la resistencia de trasnferencia. OBSERVACIONES:
2. VERIFICACIÓN DE LA LEY DE OHM TIEMPO APROXIMADO: 2 horas. OBJETIVO: Comprobación de la Ley de Ohm en un circuito linealmente resistivo. MATERIALES NECESARIOS: • • •
Fuente de alimentación variable de 0 a 15 V. (cd) regulada. Multímetro. Resistores (1/2 W, 5%): 1 de 330Ω 1 de 470Ω 1 de 560Ω 1 de 1.2kΩ 1 de 2.2kΩ 1 de 3.3kΩ 1 de 4.7kΩ 1 de 10 kΩ
• •
Interruptor. Multisim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1.- Armar el circuito de la figura 2.1 asegúrese de que la alimentación esté apagada y que el interruptor S1 esté abierto antes de armar el circuito. El instructor debe verificar y aprobar el circuito antes de proceder al paso 2. 2. Encienda la alimentación. Cierre el interruptor S 1 para aplicar alimentación al circuito. Aumente poco a poco el voltaje hasta que el voltímetro indique 2V. Lea la corriente de entrada y registre el valor en la tabla 2-1, en la columna de “2V”. 3. Ajuste de nuevo el voltaje hasta que el voltímetro indique 4V. Registre la lectura de la corriente de entrada en la columna “4V” de la tabla 2-1. 4. Ajuste de nuevo el voltaje hasta que el voltímetro indique 6V. Registre la lectura de la corriente de entrada en la columna “6V” de la tabla 2-1.
5. De nuevo ajuste de nuevo el voltaje hasta que el voltímetro indique 8V. Registre la lectura de la corriente de entrada en la columna “8V” de la tabla 2-1 abra el interruptor S1 y apague la alimentación. 6. Calcule el valor V/I para cada uno de los valores de voltaje y corriente de la tabla 2-1 registre los resultados en el renglón “V/I” de la tabla. 7. Repita los pasos anteriores pero ahora realice las mediciones en tres de las resistencias, y llene la tabla 2-2. 8. En el software de simulación repita estos experimentos y llene los datos en las tablas 2-1 y 2-2.
Figura 2.1. Circuito para verificar la ley de Ohm. VIN 2 4 6 8 10
I (mA)
V/I
Re calculada (Ohms)
Tabla 2-1. Mediciones para verificar la ley de Ohm.
V
I (mA)
V/I
R medida (Ohms)
Tabla 2-2. Mediciones para verificar la ley de Ohm. OBSERVACIONES:
3. COMPROBACIÓN DE LA LEY DE TENSIÓN DE KIRCHHOFF TIEMPO APROXIMADO: 2 horas. OBJETIVO: Demostrar la ley de tensión de Kirchhoff. MATERIALES NECESARIOS: • • •
Fuente de alimentación variable de 0 a 15 V. de cd, regulada. Multímetro. Resistores (1/2 W, 5%): 1- 330Ω 1- 470Ω 1- 820Ω 1- 1KΩ 1- 1.1KΩ 1- 1.2KΩ 1- 2.2KΩ 1- 3.3KΩ 1- 4.7KΩ
•
Interruptor.
•
Multisim.
. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Medir cada uno de los resistores usando el multímetro, y registrar los valores en la tabla 3-1. 2. Con V =15 V y los valores nominales de cada resistencia, calcule la caída de voltaje en R1(V1), R2(V2), R3(V3), R4(V4), R5(V5), R6(V6), R7(V7), R8(V8) de la figura 3.1. Registre los valores calculados en la tabla 3-2, así como V . FA
FA
3. Con la alimentación apagada y el interruptor S1 abierto arme el circuito de la figura 3.1, encienda la alimentación y ajuste la fuente
V FA
= 15 V.
4. Cierre S1; mida el voltaje R1(V1), R2(V2), R3(V3), R4(V4), R5(V5), R6(V6), R7(V7), R8(V8) y registre los valores en la tabla 3-2. 5.- Identifique el número de mallas, así como los elementos que la forman; llene la tabla 3-3 y calcule la suma de voltajes y anote su respuesta en la misma tabla. Abra S1 y apague la alimentación. 6. Diseñe un circuito serie-paralelo que conste de al menos 2 ramas en paralelo, dos resistores en serie similar al circuito 3.1 y que tenga dos fuentes de alimentación en diferente rama. Repita los paso 2, 3, 4 y 5. 7. Realizar la simulación de los circuitos en un Software de simulación.
Figura 3.1 Circuito para la verificación de la ley de voltajes de Kirchhoff. Tabla 3-1. Valor medido de los resistores. Resistencia
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
Valor nominal (Ω)
330
470
820
1K
1.2K
2.2K
3.3K
4.7K
Valor medido (Ω)
Tabla 3-2. Valor medido de los voltajes Circuito 3.1
V FA
V1
V2
V3
V4
V5
Calculado Medido
Tabla 3-3. Sumatoria de voltajes. Malla 1 Elemento
Suma:
OBSERVACIONES:
Voltaje medido (V)
V6
V7
V8
4. COMPROBACIÓN DE LA LEY DE CORRIENTE DE KIRCHHOFF TIEMPO APROXIMADO: 2 horas. OBJETIVO: Demostrar la ley de correinte de Kirchhoff. MATERIALES NECESARIOS: • • •
Fuente de alimentación variable de 0 a 15 V. de cd, regulada. Multímetro. Resistores (1/2 W, 5%): 1- 330Ω 1- 470Ω 1- 820Ω 1- 1KΩ 1- 1.1KΩ 1- 1.2KΩ 1- 2.2KΩ 1- 3.3KΩ 1- 4.7KΩ
•
Interruptor de un polo un tiro.
•
Multisim 10.
. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Medir cada uno de los resistores usando el multímetro, y registrar los valores en la tabla 4-1. 2. Cierre S1. Mida las corrientes ITA, I2, I3, ITB, ITC, I5, I6, I7, IDT e ITE; anote los valores en la tabla 4-2. calcule la suma de I2 e I3 y la suma de I5, I6 e I7 y escriba sus respuestas en la tabla 4-2. Abra S1 y apague la alimentación. 3. Diseñe un circuito serie-paralelo que conste de tres ramas en paralelo, dos resistores en serie similar al circuito 4-1 y que tenga dos fuentes de alimentación en diferente rama. Obtenga los datos de corriente en cada rama por medio de la ley de Kirchhoff y construya una tabla para concentrar todos los datos.
4. Realizar la simulación del este ultimo circuito en un Software de simulación.
Figura 4.1. Circuito para verificar la ley corriente de Kirchhoff. Tabla 4-1. Valor medido de los resistores. Resistencia
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
Valor nominal (Ω)
330
470
820
1K
1.2K
2.2K
3.3K
4.7K
Valor medido (Ω)
Tabla 4-2. Valor medido de corrientes I TA
I 2
I 3
I TB
I TC
I 5
I 6
I 7
I TD
I TE
I 2 +I 3
I 5 +I 6 +I 7
Corriente (mA)
Corriente (mA)
OBSERVACIONES:
5. DEMOSTRACIÓN DEL PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN TIEMPO APROXIMADO: 2 horas. OBJETIVO: Comprobación del principio de superposición. MATERIALES NECESARIOS: • • • • •
Fuentes de alimentación variable de 0 a 15 V. de cd, regulada. Multímetro. Resistores (los utilizados en las prácticas anteriores). Interruptor. Multimsim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Proponer y armar un circuito que tenga 12 resistencias con al menos 4 mallas y colocar tres fuentes independientes de voltaje en tres mallas diferentes. 2. Mida las corrientes que circulan en el circuito actuando de forma independiente cada una de las fuentes. Registre los valores en las tablas 5-1, 5-2 y 5-3 donde compara los valores medidos contra los simulados. 3. Medir la corriente en cada malla con las tres fuentes encendidas y compararlos con los cálculos teóricos por medio del teorema de superposición y comprobar los resultados. Registre los valores en la tabla 5-4. 4. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos. Tabla 5-1. Efectos de corriente de la fuente 1. Corriente I 1 I 2 I 3 I 4
Simulación
Medidos
Tabla 5-2. Efectos de corriente de la fuente 2. Corriente
Simulación
Medidos
I 1 I 2 I 3 I 4
Tabla 5-3. Efectos de corriente de la fuente 3. Corriente
Simulación
Medidos
I 1 I 2 I 3 I 4
Tabla 5-4. Efectos de corriente de la tres fuentes. Corriente I 1 I 2 I 3 I 4
OBSERVACIONES:
Simulación
Medidos
6. COMPROBACIÓN DE LOS TEOREMAS DE THEVENIN TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Comprobar los teoremas de Teorema de Thevenin y Norton MATERIALES NECESARIOS: • • •
Fuente de alimentación CD de 0 a 15 V. Multímetro. Resistores (5%, 1/2 W) 1 de 330 Ω 1 de 390 Ω 1 de 470 Ω 1 de 1 K Ω 1 de 1.2 K Ω 2 de 3.3 KΩ
•
Potenciómetro de 5 KΩ, 2 W
•
2 Interruptores.
•
Multisim.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Mida con un óhmetro la resistencia de cada uno de los resistores y registre los valores en la tabla 5-1. 2. Con la fuente apagada y S1, S2 abiertos arme el circuito de la figura 6.1 con R L= 330Ω. Encienda la fuente; cierre S1. Ajuste V1 en 15 V y V2 en 12 V. Cierre S2 y mida IL, la corriente en el resistor de carga RL. Registre este valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330 Ω, columna “circuito original”. Abra S 2. S1 debe permanecer cerrado. 3. Con S1 cerrado y S2 abierto mida el voltaje Vth; anote el valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330Ω. Columna “Vth medido”. Abra S1 y apague la fuente de alimentación.
4. Retire las fuentes, pongalas en corto circuito conectando un alambre entre las terminales de cada fuente. 5. Con S2 aún abierto conecte un óhmetro para medir la resistencia Rth., registre el valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330Ω, columna “Rth medida”. 6. Ajuste la fuente de alimentación hasta que VFA= Vth. Conecte el óhmetro al potenciómetro y ajuste la resistencia hasta que sea igual a Rth. 7. Desconecte el resistor de carga de 330Ω, S2 y el voltímetro del circuito de la figura 6.1 y conecte como indica la figura 6.2. Con S2 abierto y la fuente encendida, verifique si Vfa=Vth. 8. Cierre S2, mida IL, y anote el valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330 Ω, columna “circuito equivalente de Thevenin, medida”. Abra S2 y apague la fuente. 9. Repita los pasos anteriores para RL=1KΩ y RL=3.3KΩ. Mida IL en ambos casos y escriba el valor en la tabla 6-2, columna “IL medida, circuito original”. Abra S2. 10. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos.
Figura 6.1. Circuito para comprobación del teorema de Thevenin.
Figura 6.2. Circuito equivalente de Thevenin. Tabla 6-1 Valores medidos de los resistores. Resistor
Valor nominal
R1
470 Ω
R2
1 KΩ
R3
390 Ω
R4
1.2 K
R5
3.3 KΩ 330 Ω
RL
1KΩ 3.3 KΩ
Valor medido
Tabla 6-2. Mediciones para verificar el teorema de Thevenin. Vth (V) RL (Ω)
Rth (Ω)
Medido Simulado Medido Simulado
330 1K 3.3K OBSERVACIONES:
Circuito Original
IL (mA) Equivalente de Thevenin
7. COMPROBACIÓN DEL TEOREMA DE NORTON TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Comprobar el teorema de Teorema de y Norton MATERIALES NECESARIOS: • • •
2 Fuentes de alimentación CD de 0 a 15 V. Multímetro. Resistores (5%, 1/2 W) 1 de 680 Ω 1 de 2.7 K Ω 1 de 1.2 K Ω 1 de 3.3 KΩ 1 de 390Ω 1 de 560Ω 1 de 1.8kΩ
•
Potenciómetro de 5 KΩ, 1 W
•
5 Interruptores.
•
Multisim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Con la alimentación apagada en ambas fuentes, S4 y S5 abiertos y los interruptores S1, S2 y S3 en la posición A, arme el circuito de la figura 7.1. 2. Encienda VFA1 y VFA2 = 6 V (observe con cuidado la polaridad correcta de las conexiones.) Mantenga estos voltajes durante el experimento. Cierre S4 y S5 mida IL por RL y registre los resultados en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2k Ω, columna “IL medida, circuito original”. 3. Remplace RL por resistores de 390 Ω, 560Ω y 1.8kΩ. En cada caso, mida IL y anote los valores en la columna” IL medida, circuito original”. 4. Mueva S3 a la posición B, con lo que RL se remplaza por un corto circuito. La corriente obtenida por el medidor es la de corto circuito del generador equivalente de Norton, IN. Escriba el valor en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2k Ω, columna “IN medida”.
5. Apague las fuentes. Cambie S1, S2, S3 a la posición B y abra S5, con lo que las fuentes de voltaje se remplazan por corto circuitos y abre el circuito de carga. (Se considera que las fuentes de alimentación reguladas tienen resistencia despreciable). S4 permanece cerrado.
Figura 7.1 Comprobación del teorema de Norton,
6. Mida con un ohmetro la resistencia entre de Norton. Esta es la resistencia en paralelo con el generador equivalente de Norton, RN. Registre este valor en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2k Ω, columna “RN medida”. 7. A partir del circuito de la figura 5.3 calcule el valor de la corriente de Norton IN, y regístrelo en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “IN calculada”. 8. Con base en el circuito de la figura 7.1 calcule el valor de la resistencia de derivación de Norton, RN y anótelo en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “RN, calculada”. 9. Con los valores de IN y RN de los pasos 7 y 8 calcule la corriente de carga IL para los resistores de carga de 1.2kΩ, 390Ω, 560Ω y 1.8kΩ de la figura 7.1. Escriba estos valores en la tabla 7-1 en la columna “IL, calculada”. 10. Con la fuente apagada y S1 abierto arme el circuito de la figura 7.2 con RL = 1.2kΩ. El mediador A1 medirá la corriente de Norton, IN y el medidor A2, la corriente de carga IL. El potenciómetro hará las veces de RN. Con un óhmetro
ajuste el potenciómetro hasta que su resistencia sea igual a la RN que se encontró en el paso 6.
Figura 7.2 Equivalente de Norton,
11. Ajuste la fuente de alimentación en su voltaje de salida más bajo. Encienda la fuente y cierre S1. Poco a poco aumente la salida de la fuente de alimentación hasta que la corriente que mide el amperímetro A2 sea igual al valor de IN que se halló en el paso A4 y registró en la tabla 7-1. 12. Con el medidor A1 midiendo IN, anote la corriente de carga IL, que mide el medidor A2 en la tabla 7-1, renglón de 1.2kΩ, columna “IL medida, circuito equivalente de Norton”. Abra S1 y apague la fuente. 13. Con cada uno de los demás resistores de carga de la tabla 7-1 arme el circuito equivalente de Norton (figura 7.2) y mida IL para cada valor RL. Registre los valores en la tabla 7-1 en la columna “IL medida, circuito equivalente de Norton”. Abra S1 y apague la fuente.
Tabla 7-1 Mediciones para verificar en teorema de Norton. IL (mA) RL (Ω) Circuito Original 1.2 k 390 560 1.8 k
OBSERVACIONES:
Medida Equivalente de Norton
Calculado
8. VERIFICACIÓN DE LA FUNCIÓN MULTIPLICACIÓN DE UN AMP-OP TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Comprobar la amplificación obtenida por medio de un Amp-Op y
observar su saturación.
MATERIALES NECESARIOS: •
Amplificador Operacional TL081
•
Resistencias (deben ser calculadas previamente).
•
1 Potenciómetro de 5 KΩ.
•
Multímetro.
•
Fuentes de voltaje 0-15 V.
•
Multisim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Diseñar un circuito con el TL081 de modo que funcione como un amplificador inversor. 2. Elegir las resistencias RIN y RF de manera que la amplificación sea de 4. 3. El voltaje V IN variara de -2 a 2 V con incrementos de 0.1 V. Anotar estos valores en una tabla. 4. Con los valores tabulados construir una grafica de V IN en el eje “X” y VOUT en el eje “Y”. Marca la zona activa y la zona de saturación. 5. Repetir los pasos 2, 3 y 4 para amplificaciones de 8 y10. OBSERVACIONES:
9. IMPLEMENTACIÓN DE UN DAC CON
AMPLIFICADOR OPERACIONAL TIEMPO APROXIMADO: 2 horas. MATERIALES NECESARIOS: •
Fuentes de alimentación variable de cd, regulada.
•
Multímetro
•
Osciloscopio
•
Amplificador Operacional TL081
•
Resistores (ver el desarrollo de la práctica para obtener sus valores)
•
1 Switch deslizable (Dip Switch) de 8 posiciones
•
Software de Electronic Work Bench.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Calculé los valores de las resistencias para armar el circuito de la figura 9.1 para una configuración de 4 bits.
Figura 9.1. Convertidor Digital-Analógico. 2. Mida el voltaje de salida para cada uno de los valores digitales de la tabla 9-1.
Tabla 9-1. Voltajes de salidas para DAC 4 bits. Valor digital 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
OBSERVACIONES:
Voltaje de salida
10. TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO TRANSITORIO TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Determinar el tiempo de asentamiento para un circuito RC sin
fuentes
MATERIALES NECESARIOS: •
Resistencias (Usadas en las prácticas anteriores)
•
2 Capacitores electrolíticos 47uF.
• • • •
Multímetro Fuente de voltaje 0-15 V Osciloscopio. Multisim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Arme el circuito de la figura 9.1, con la fuente apagada. 2. Coloque el interruptor J1 en la posición AC. Encienda la fuente y aumente su voltaje hasta un valor de 10 V. 3. Sin cambiar el ajuste de la fuente de alimentación, mida su voltaje de salida. Registre este valor en la tabla 10-1. 4. El circuito de la figura 10.1 es un circuito sencillo en serie que consta de un resistor en serie con la resistencia interna del medidor Rent. Mediante la ley de ohm puede calcularse el valor de Rent y registre la respuesta en la tabla 10-1. verifique las especificaciones o la placa del medidor para determinar el valor nominal de Rent. 5. Con los valores de RT, la resistencia equivalente del arreglo de resistencia y C calcule la constante de tiempo para su circuito. Registre su respuesta en la tabla 10-1, bajo la columna “Constante de tiempo de descarga RTC”, calculada”. 6. Conecte el osciloscopio en el capacitor para poder visualizar la curva de descarga del capacitor.
7. Cambie el interruptor a la posición BC para descargar el capacitor. Ajuste el osciloscopio para poder ver toda la curva completa. 8. La tabla 10-1 tiene una columna con múltiplos de la constante de tiempo transcurrido, en segundos, para cada constante de tiempo. Por ejemplo, si RC= 10s, luego de una constante de tiempo habrán pasado 10 s; después de dos constantes de tiempo, habrán pasado 20s en total; después de tres constantes de tiempo, 30 s, y así sucesivamente. Registre estos tiempos en la columna “Tiempo de descarga, segundos”.
Figura 10.1 Circuito para la determinación del tiempo de asentamiento.
9. Cuando esté completamente descargado el capacitor vuelva a cargarlo y repita el paso 7 al 8. se harán tres pruebas de descarga. 10. Calcule el voltaje promedio medido para cada una de las seis constantes de tiempo y registre las respuestas en la columna “Promedio” de la tabla 10-1. también calcule el voltaje para cada múltiplo de la constante de tiempo calculada, RTC. Registre sus respuestas en la tabla 10-1, columna “Calculado”.
11. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos.
Tabla 10-1 Descarga del capacitor. Voltaje de la fuente
Tiempo de descarga Constante Segundos de tiempo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
OBSERVACIONES:
Resistencia interna Calculada
Primera prueba
Constante de teimpo de descarga RTC
Voltaje en el capacitor
Voltaje del capacitor VC (v) Segunda Tercera Promedio prueba prueba
Calculado
Nominal
11. TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO CON FUENTES TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Determinar el tiempo de asentamiento para un circuito RC con
fuentes.
MATERIALES NECESARIOS: •
Resistencias (Usadas en las prácticas anteriores)
•
Capacitor electrolítico de 47uF.
• • • •
Multímetro Fuente de voltaje 0-15 V Osciloscopio. Multisim 10.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Arme el circuito de la figura 11.1, con la fuente apagada. 2. Coloque el interruptor J1 en la posición abierto. Encienda la fuente y aumente su voltaje hasta un valor de 10 V. 3. Con los valores de RT y C calcule la constante de tiempo para su circuito. Registre su respuesta en la tabla 11-1, bajo la columna “Constante de tiempo de carga RTC”, calculada, s”. 4. Conecte el osciloscopio en el capacitor para poder visualizar la curva de carga del capacitor. 5. Cierre el interruptor para cargar el capacitor. Ajuste el osciloscopio para poder ver toda la curva completa. 6. La tabla 11-1 tiene una columna con múltiplos de la constante de tiempo transcurrido, en segundos, para cada constante de tiempo. Por ejemplo, si RC= 10s, luego de una constante de tiempo habrán pasado 10 s; después de dos constantes de tiempo, habrán pasado 20s en total; después de tres constantes de
tiempo, 30 s, y así sucesivamente. Registre estos tiempos en la columna “Tiempo de carga, segundos”. 7. Cuando esté completamente cargado el capacitor vuelva a descargarlo y repita el paso 5 al 6. se harán tres pruebas de carga. 8. Calcule el voltaje promedio medido para cada una de las constantes de tiempo y registre las respuestas en la columna “Promedio” de la tabla 11-1. también calcule el voltaje para cada múltiplo de la constante de tiempo calculada, RTC. Registre sus respuestas en la tabla 11-1, columna “Calculado”. 9. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos.
Figura 11.1 Circuito para la determinación del tiempo de asentamiento.
Tabla 11-1 Carga del capacitor. Voltaje de la fuente
Tiempo de descarga Constante Segundos de tiempo 1 2 3 4 5 6 7 8
OBSERVACIONES:
Resistencia total Calculada
Primera prueba
Nominal
Constante de teimpo de descarga RTC
Voltaje del capacitor VC (v) Segunda Tercera Promedio prueba prueba
Voltaje en el capacitor
Simulado
12. DISEÑO DE LA COMPUTADORA ANALÓGICA TIEMPO APROXIMADO: 2 horas OBJETIVOS: Diseñar una computadora analógica para resolver una ecuacion
diferencial.
MATERIALES NECESARIOS: •
3 TL081.
•
Resistencias: (1/2 W) 2 de 1MΩ 1 de10kΩ 1 de 90kΩ
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Capacitores: 2 de 1 µF (poliéster) Multímetro
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Fuentes de voltaje 0-15 V
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Multisim 10.
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Interruptores.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Usando Amp-Op como integradores resolver una ecuación diferencial mediante la computadora analógica. 2. Bosqueja la respuesta en una hoja tamaño carta. 3. Realice el circuito físicamente. Conecte la salida del segundo Amp-Op al osciloscopio. 4. En t = 0 cierre el interruptor S1, mientras al mismo tiempo se abren los interruptores S2 y S3. 5. Compruebe que la salida del segundo integrador será la onda senoidal v = 2 sen 3t V. Bosqueje la salida.
6. Compare la gráfica ideal con la real. 7. Simular el circuito que se muestra en la figura 12.1.
Figura 12.1 Computadora Analógica. OBSERVACIONES:
13. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO RLC SUBAMORTIGUADO CON FUENTES TIEMPO APROXIMADO: 4 horas OBJETIVOS: Identificar un circuito subamortiguado y determinar el tiempo de
asentamiento para un circuito RLC con fuentes MATERIALES NECESARIOS: •
Resistencias
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Capacitores
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Inductores
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Multímetro
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Fuentes de voltaje 0-15 V Software de Electronic Work Bench
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1. Arme un circuito RLC similar al de la figura 13.1, con la fuente apagada. 2. Con los valores de R , L y C. Calcule α y ω para que su circuito sea subamortiguado. Registre su respuesta en la tabla 13-1. 3. Coloque el interruptor J1 en la posición abierto. Encienda la fuente y aumente su voltaje hasta un valor de 10 V. 4. Conecte el osciloscopio en el capacitor para poder visualizar la respuesta del sistema. 5. Cierre el interruptor para que circule corriente en todo el circuito. Ajuste el osciloscopio para poder ver toda la curva completa. 6. Mida el voltaje en el resistor, V R, en el inductor, V L y en el capacitor V C. Registre los valores en la tabla 13-1 para el circuito RLC.
