INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela superior de ingeniería mecánica y eléctrica
PRACTICA NO. 4(GENERADOR DE FUNCIONES Y OSCILOSCOPIO) Y 5 (ELEMENTOS BASICOS PASIVOS R.L.C)
LABORATORIO DE CIRCUITOS C.A Y C.D
EQUIPO #3
INTEGRANTES:
Díaz herrera Miguel Angel Calixto del Ángel Marco Antonio jimenez alcibar jose educardo GRUPO: 3CV2
Profesor: Avellaneda Godínez Rey Ulises
FECHA DE ENTREGA: 24/ABRIL/2017 2 4/ABRIL/2017
Índice
INTRODUCCION:…………………………………………………… ..…………….…2-4
MATERIALES Y REACTIVOS (PRAC 4):………………………………………...….5 DESARROLLO:………………………………………………………………………5 MEDICION VLT PICO A PICO: …………………………………………...………. 5-7 MEDICION DEL PERIODO:………………………………………………….…….7-9 ANALISIS:………………………………………………………..…………………….10 HOJA DE RESULTADOS :…………………………………………………10 MATERIALES Y REACTIVOS(PRAC 5):………………………………………...11 PROCEDIMIENTO:……………………………………………………………………11 RESISTENCIA:…………………………………………...………. 11-12 CAPACITOR:………………………………………………….……. 13-14 BOBINA:………………………………………………………..……………………. 14-16 ANALISIS :…………………………………………………17-18 HOJA DE RESULTADOS :…………………………………………………19-21 CONCLUCIONES FINALES……………………………………………………21 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………….22
Página 1
I.
INTRODUCCIÓN
En esta práctica se conocen las funciones básicas del generador de funciones y el osciloscopio. Se manipula el generador para que proporcione señales senoidales, triangulares y cuadradas. Estas señales se visualizan, en el osciloscopio, para medir su voltaje y su periodo. Por su otra parte se verá el análisis de la corriente alterna (CA) es una rama de la electrónica que permite el análisis del funcionamiento de los circuitos RLC paralelos que están compuestos de resistencias, condensadores e inductores con una fuente de corriente alterna, en cuanto a su análisis nos daremos cuenta que tendremos que operar con números complejos y con ecuaciones diferenciales donde se usará la transformada de Laplace para luego poder resolver dicho circuito. Resulta importante, antes de adentrarse en la resolución del circuito RLC en paralelo que se encuentra en la sección IV, dar algunas definiciones y enunciar algunas propiedades, con el objetivo de facilitar la comprensión de conceptos, que serán mencionados en los apartados II y III. II.
EXPLICACIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CIRCUITO RLC
Un circuito RLC es un circuito en el que solo hay resistencias, bobinas y condensadores, estos tres elementos tienen, por ecuaciones características una relación lineal entre tensión e intensidad. Ahora se detallara estos tres elementos que componen el circuito. A. Resistencia En corriente alterna la oposición al paso de la corriente eléctrica tiene dos componentes, una real y otra imaginaria. Dicha oposición ya no se llama resistencia sino impedancia Z (La impedancia es una magnitud que establece la relación (cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente). La impedancia se expresa mediante un número complejo, por ejemplo de la forma a + jb, siendo a la parte real del número complejo y b su parte imaginaria. Pues bien, una resistencia presenta una impedancia que sólo tiene componente real, ya que la su componente imaginaria es de valor cero. Tendremos entonces que en el caso que nos ocupa la impedancia total del circuito será igual al valor que presente la resistencia R, ya que no existe ningún otro elemento en el circuito. Así pues:
Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm (establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o
Página 2
resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E)):
Donde i(t) es la corriente eléctrica que atraviesa la resistencia de valor R y u(t) es la diferencia de potencial que se origina. En general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de corriente que circule por ella. B. Condensador El condensador presentará una oposición al paso de la corriente alterna. Dicha oposición se llama reactancia capacitiva. ¿Cuál es la naturaleza de la reactancia capacitiva? Este tipo de oposición al paso de la corriente eléctrica es de carácter reactivo, entendiendo tal cosa como una "reacción" que introduce el condensador cuando la tensión que se le aplica tiende a variar lentamente o nada. Cuando el condensador está totalmente descargado se comporta como un cortocircuito. Cuando está totalmente cargado como una resistencia de valor infinito. Para valores intermedios de carga se comportará como una resistencia de valor intermedio, limitando la corriente a un determinado valor. Como en corriente alterna el condensador está continuamente cargándose y descargándose, mientras más lentamente varíe la tensión (frecuencia baja) más tiempo estará el condensador en estado de casi carga que en estado de casi descarga, con lo que presentará de media una oposición alta al paso de la corriente. Para variaciones rápidas de la tensión (frecuencias altas) el efecto será el contrario y por tanto presentará una oposición baja al paso de la corriente. Podemos decir, por tanto, que la naturaleza de este tipo de oposición es de carácter electrostático: la carga almacenada en el condensador se opone a que éste siga cargándose y esta oposición será mayor cuanto más carga acumule el condensador. El circuito presentará una impedancia al paso de la corriente alterna dada por:
El condensador ideal puede definirse a partir de la siguiente ecuación diferencial:
donde C es la capacidad, u(t) es la función diferencia de potencial aplicada a sus terminales e i(t) la corriente resultante que circula. Comportamiento en corriente alterna: En CA, un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el Página 3
nombre de reactancia capacitiva, XC, cuyo valor viene dado por la inversa del producto de la pulsación (ω) por la capacidad, C:
C. Bobina La bobina presentará oposición al paso de la corriente eléctrica y ésta será reactiva, de manera similar al caso capacitivo. Sin embargo, la naturaleza de la reactancia inductiva no es de carácter electrostático, sino de carácter electromagnético. Una bobina inducirá en sus extremos (debido a su autoinducción) una tensión que se opondrá a la tensión que se le aplique, al menos durante unos instantes. Ello provoca que no pueda circular corriente libremente. Cuanto mayor sea la velocidad de variación de la tensión aplicada mayor valor tendrá la tensión inducida en la bobina y, consecuentemente, menor corriente podrá circular por ella. Así, a mayor frecuencia de la tensión aplicada mayor será la reactancia de la bobina y, a la inversa, a menor frecuencia de la tensión aplicada menor será la reactancia de la bobina. La impedancia que presenta la bobina, y por ende el circuito, será la siguiente:
Comportamiento en corriente alterna: En corriente alterna, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente eléctrica que recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación (ω=2fπ) por la inductancia, L:
Si la pulsación está en radianes por segundo (rad/s) y la inductancia en henrios (H) la reactancia resultará en ohmios.
Página 4
MATERIAL Y EQUIPO [Practica 4] Generador de funciones Osciloscopio Voltímetro C.A.
2 puntas de BNC con caimanes
PROCEDIMIENTO 1. En el generador, ajuste la perilla de la frecuencia para obtener 1 kHz de señal senoidal, luego, ajuste la perilla de la amplitud para medir, con el voltímetro de ca, 2.8 volts.
MEDICION DEL VOLTAJE PICO A PICO
Página 5
2. Conecte los instrumentos como se muestra e n la figura 4.1 En el osciloscopio gire la perilla de VOLTS/DIV a la posición de 1 Volt. Mida las divisiones verticales, pico a pico, que ocupa la señal.
3. Repita el procedimiento 2 para una posición VOLT/DIV de 2 volts.
4. Repita el procedimiento 2 para una posición VOLT/DIV de 5 volts.
Página 6
Figura 4.1 Conexión Generador osciloscopio
Medición del periodo. 5. En el osciloscopio, gire la perilla de TIME/DIV a la posición de 1 ms (milisegundos). Observe la señal y mida las divisiones horizontales que ocupa un ciclo completo.
Página 7
6. Repita el procedimiento 5 para una posición Time/DIV de 0.5 ms. 7. Repita el procedimiento 5 para una posición Time/DIV de 0.2 ms. 8. Repita el procedimiento del 2 al 4 para una señal cuadrada y una señal triangular. Aquí solo observe las señales.
Página 8
Página 9
ANALISIS A partir de la posición 2 de la perilla del vertical, , y las divisiones que ocupa la señal pico a pico, obtenidas en los procedimientos 2, 3 y 4. ¿Cómo calcula el voltaje, pico a pico, de la señal? R: Aquí el voltaje se calcula contando desde el eje 0 hacia arriba el numero de divisiones que ocupa la señal y multiplicándolo por el parámetro de medición (1 volt/div, 2 volt/div, 5 volt/div.) para los números enteros y las decimales se miden con las subdivisiones que existen en cada división, en este caso 5 subdivisiones existentes en cada división y multiplicándolas por 0.2.
A partir de la posición de la perilla del horizontal de TIEMPO/DIV y las divisiones que ocupan un ciclo completo, obtenidas en los procedimientos 5, 6 y 7. ¿Cómo calcula la frecuencia de la señal? R: La frecuencia de la señal se calcula dividiendo donde es el periodo observado en el osciloscopio contando las divisiones y subdivisiones correspondientes en el eje horizontal que comprendeun ciclo.
RESULTADOS Procedimiento 2
La señal pico a pico ocupa 8 divisiones verticales
3
La señal pico a pico ocupa 4 divisiones verticales
4
La señal pico a pico ocupa 1.4 divisiones verticales
5
Un ciclo completo ocupa 1 división Horizontales.
6
Un ciclo completo ocupa 2 división Horizontales.
7
Un ciclo completo ocupa 4 división Horizontales.
Página 10
EQUIPO(practica 5)
Generador de funciones Osciloscopio
Resistencia 1 KΩ, resistencia 100 Ω Capacitor de 0.22 C
Bobina de 0.3 Henry
PROCEDIMIENTO
1. Con el osciloscopio, el generador de funciones y las resistencias construya el circuito de la figura 5.1. En este momento no conecte el capacitor y la bobina.
Figura 5.1 Circuito para la investigación de la respuesta en corriente de los elementos RLC
Para la resistencia 2. Ajuste el generador de funciones para que proporcione una onda senoidal con frecuencia de 600 Hz y V=4 volts pico en el canal 1.
3. Con el CANAL 2 mida el voltaje . Página 11
Figura 1 Circuito con resistencia
4. Visualice los dos canales y dibuje o fotografíe las formas de onda de V y (voltaje y corriente).
Figura 4 Circuito con resistencia
5. Dibuje o fotografíe las formas de onda de voltaje y corriente cuando la señal de una onda es cuadrada y una triangular.
Para
Página 12
el capacitor
6. Cambie la resistencia de 1 KΩ por el capacitor y repita el procedimiento 2 y 3.
7. Únicamente para la onda senoidal, mida las divisiones, en el HORIZONTAL, que ocupa un ciclo completo de la señal y mida también las divisiones, de la diferencia de fase entre las señales.
o
Voltaje = 3.2 divisiones.
o
Desfase práctico: 0.4 divisiones.
o
o
Página 13
8. Dibuje o fotografíe las formas de onda del voltaje y corriente cuando la señal de excitación es una onda senoidal, cuadrada y una triangular.
Figura 8 Circuito con capacitor
Figura 8 Señal emitida por el arreglo
Para la bobina
9. Cambie el capacitor por la bobina y repita los procedimientos 2, 3, 7 y 8. Procedimiento 2:
Voltaje práctico: 340 mV. Página 14
Procedimiento 3:
Procedimiento 7: .
Voltaje práctico: 8.4 divisiones. Desfase práctico: 1.9 divisiones.
Procedimiento 8
Señal cuadrada.
Página 15
Figura 9 Señal emitida por el arreglo
Señal triangular.
Figura 9 Señal emitida por el arreglo
Página 16
ANÁLISIS
1. Con el que se obtuvo en el procedimiento 3, calcule la corriente del circuito.
R: 3.6 mA 2. De acuerdo a los resultados a los procedimientos 4 ¿Cómo es la forma de la onda de corriente con respecto a la forma de la onda de voltaje? Cual es el valor de la fase de la corriente R: Las formas de onda para I con respecto a la forma de onda de V en la resistencia son iguales en su forma y el valor de la fase es 45° 3. Use los resultados de los análisis 1 (Amplitud=lpico) y 2 (faseβ) para escribir la expresión matemática de la corriente instantánea, en la resistencia, y compare ésta con la calculada teóricamente.
4. Con los resultados obtenidos en los procedimientos 6 y 7 calcule la corriente del circuito , y el ángulo de 2 (fase β)
R: 3.6 mA
=45°
5. Use los resultados del análisis 4 para escribir la expresión matemática de la corriente instantánea, en el capacitor, y compare ésta con la calculada teóricamente.
6. De los resultados del procedimiento 8 ¿Cómo es la forma de la onda de corriente con respecto a la forma de onda de voltaje? En un capacitor. Para las ondas senoidales. R: En la onda para I con respecto a la forma de onda de V en el capacitor son iguales en su forma senoidal y tiene una mayor amplitud y con desfase en las formas de onda senoidal, Página 17
7. Con los resultados obtenidos en los procedimientos 9 calcule la corriente del circuito , y el ángulo de fase = 60° x div-diferencia-fase/divciclo-completo. En la bobina. R:
8. Use los resultados del análisis 7 para escribir la expresión matemática de la corriente instantánea, en la bobina, y compare ésta con la calculada teóricamente.
9. Del resultado del procedimiento 9 ¿Cómo es la forma de onda de corriente con respecto a la forma de onda de voltaje? En una bobina. Para las ondas senoidales, cuadradas y rectangulares. R: Tiene pequeños segmentos de recta en los ejes x, mientras que en y no se aprecia, Las formas de onda para I con respecto a la forma de onda de V en la bobina son iguales en su forma senoidal.
Página 18
Hoja de resultados Procedimiento 3
4
5
Página 19
6
7
Un ciclo completo ocupa 3.2 Divisiones La Diferencia de fase ocupa 0.4 Divisiones
8
Página 20
9
Volts Pico ---- 3.4 Un ciclo completo ocupa 3.2 Divisiones La diferencia de fase ocupa 2 Divisiones
CONCLUCIONES GENERALES
MARCO ANTONIO CALIXTO DEL ÁNGEL: En esta práctica pudimos identificar la función del osciloscopio y el generador de funciones, conectando estos mismos observamos distintos tipos de señales como la senoidal, cuadrada y triangular y variando algunos parámetros pudimos observar variaciones el osciloscopio. DIAZ HERRERA MIGUEL: Al realizar los elementos que compone un circuito RLC se puede decir que las impedancias se cancelan, ya que el condensador posee una corriente en sentido contrario al de la bobina, presentándose una yuxtaposición entre las corrientes.. Este tipo de circuito se denomina trampa o rechazo de onda. Según la configuración que se presente se puede encontrar que en el circuito RL, cuándo la reactancia tiende a infinito el voltaje es igual a 1. Siendo el caso de LR en serie ocurre que cuando la reactancia tiende a infinito se hace cero. En la configuración RC el condensador a medida que la frecuencia tiende a infinito se hace cero. En los ambos casos anteriores se pudo determinar que la reactancia es directamente proporcional a la frecuencia. JIMENEZ ALCIBAR JOSE EDUCARDO: A partir de esta práctica y realizar las mediciones correspondientes podemos decir que el osciloscopio es de gran ayuda ya que al hacer la medición e interpretar lo que arroja este dispositivo al acoplarlo con un circuito, podemos hacer cálculos con diferentes elementos como en este caso una resistencia, un capacitor y una bobina, podemos concluir que cada elemento se comporta de manera diferente y podemos decir que disipan o almacenan energía lo que hacen que cada uno tenga propiedades únicas e independientes de las características de los otros
Página 21
BIBLIOGRAFIA
http://www.equipos-y-laboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=1484 http://circuitos-de electronica.blogspot.mx/2007/10/elementospasivos.html#sthash.ln6nxJgU.d puf https://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_circuitos_de_corriente_alte rna Terra, Circuitos RLC en corriente alterna, [Internet], disponible en http://www.terra.es/personal2/equipos2/rlc.htm , [acceso el 29 de agosto de 2011. Transformed de Laplace [internet], disponible en http://eiceti.tripod.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/laplace.pdf, [acceso el 29 de agosto de 2011].
Página 22
