Eb103 Student Spn

CURSO EB-103AC CIRCUITO

Manual del Estudiante

LECCIÓNES DE LABORATORIO

DEGEM® SYSTEMS

Copyright © 1994 propiedad I.T.E. Innovative Technologies in Education.

Todos los derechos reservados. Este libro o cualquiera de sus partes no deben reproducirse de ninguna forma sin el permiso escrito previo de I.T.E. Esta publicación esta basada en la metodología exclusiva de Degem Systems Ltd.

Con el interés de mejorar sus productos, los circuitos, sus componentes y los valores de estos pueden modificarse en cualquier momento sin notificación previa.

Primera edición en español impresa en: 1994 Segunda edición en español impresa en: 2004

Cat. No. 9031310305 (SPN, DEGEM)

TABLA DE CONTENIDO

Laboratorio 1: Forma de ONDA de CA 1-1

Laboratorio 2: Intensidad de la Corriente Alterna 2-1

Laboratorio 3: Ciruitos Capacitivos I 3-1

Laboratorio 4: Ciruitos Capacitivos II 4-1

Laboratorio 5: Capacitivos en Paralelo 5-1

Laboratorio 6: Capacitivos en Serie 6-1

Laboratorio 7: Circuitos RC en Serie 7-1 Laboratorio 8: Circuitos RC en Paralelo 8-1

Laboratorio 9: Circuitos Inductivos en CA 9-1

Laboratorio 10: Inducstores en Serie 10-1

Laboratorio 11: Inducstores en Paralelo 11-1

Laboratorio 12: Circuitos RL Serie 12-1

Laboratorio 13: Circuitos en Paralelo 13-1

Laboratorio 14: Resonancia en Serie I 14-1

Laboratorio 15: Resonancia en Serie II 15-1

Laboratorio 16: Resonancia en Serie III 16-1

Laboratorio 17: Resonancia en Serie IV 17-1

Laboratorio 18: Resonancia Paralelo I 18-1

Laboratorio 19: Resonancia Paralelo II 19-1

TABLA DE CONTENIDO (Cont)

Laboratorio 20: Filtros RC Pasabajos 20-1

Laboratorio 21: Filtros RC Pasaalto 21-1

Laboratorio 22: Filtros RL Pasabajos 22-1

Laboratorio 23: Filtros RL Pasaalto 23-1

Laboratorio 24: Filtros Pasabanda 24-1

Laboratorio 25: Puente de Wien 25-1

Laboratorio 26: Caracteristicas de los Transformados 26-1

Laboratorio 27: Adaptación de Impedancias 27-1

Laboratorio 28: Diagnostico - Preparacion 28-1

Laboratorio 29: Diagnostico - Prueba 29-1

Laboratorio 30: Maratón de Diagnostico 30-1

EB-103 1 -1

LECCIÓN No. 1: FORMA de ONDA de CA OBJETIVOS

Al completar la lección, Ud. podrá:

1. Medir valores de tensión de una forma de onda periódica con un osciloscopio.

2. Medir tensiones eficaces de una forma de onda senoidal con un multímetro.

3. Medir el período de una tensión CA con un osciloscopio.

4. Determinar la frecuencia de una forma de onda senoidal a partir del valor medido del período.

5. Calcular la tensión RMS a partir de la tensión pico y vice versa.

DISCUSION

La corriente alterna, o CA, es ampliamente utilizada en sistemas eléctricos y electrónicos.

A diferencia de la corriente continua, la CA circula en una dirección por un corto período de tiempo, y luego regresa y circula en la dirección opuesta.

Por ende, la tensión cambia de cero a +V(pico), regresa a cero, luego a -V(pico) y otra vez a cero.

La forma de onda senoidal, mostrada a continuación, es la forma de onda más comúnmente usada. La veremos bastante a menudo en este curso.

EB-103 1 -2

FORMULAS

El valor de la tensión sinusoide en cualquier momento puede calcularse con la fórmula:

v = Vpico * sin (2πft)

La tensión pico para una forma de onda sinusoide puede convertirse a tensión RMS mediante la fórmula:

VRMS=0.707*Vpico

El valor de la tensión senoidal en cualquier momento puede calcularse con la fórmula:

v = Vpico * sen (2πft)

donde: v = tensión instantánea Vpico = tensión pico (también llamada amplitud) π= un valor constante igual aproximadamente a 3.14 f = frecuencia de la forma de onda t = tiempo en el cual la tensión es medida

Mire otra vez el último dibujo.

EB-103 1 -3

La frecuencia de la onda (el número de ciclos completos de la onda por segundo), es medida en Hertz (1 Hz = 1 ciclo/seg).

En otras palabras, la frecuencia se calcula mediante la fórmula:

f = (Hz)

donde T = período en segundos.

El osciloscopio es un instrumento ideal para el monitoreo y la medición de señales de tensión y períodos de ondas alternas.

La frecuencia no puede ser directamente medida en el osciloscopio. Sin embargo, se puede medir el período de la onda y así calcular la frecuencia.

La tensión RMS (o bien la intensidad de la corriente RMS) de una onda de CA es el valor que producirá en un resistor cualquiera la misma disipación de potencia (cantidad de calor) que un valor similar de tensión de CC (o de corriente). El valor del RMS es llamado valor eficaz.

La tensión pico de una onda senoidal puede convertirse a la tensión RMS por medio de la fórmula:

VRMS = 0.707 * Vpico

Es importante notar que los voltímetros de CA comunes no miden las tensiónes pico o pico-a-pico, sino los valores eficaces (RMS), usando la fórmula para la onda senoidal. Al medir ondas no-senoidales, se introduce un error en la medición.

AUTOEXAMEN

1. El período de una onda es de 5 nanosegundos (nseg).

Su frecuencia es:

20 kHz 200 MHz 20 MHz 20 GHz

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2. La tensión RMS de una onda sinusoidal medida con un DMM es 220V. Su valor pico es:

220 V 311 V 340 V 360 V

EQUIPO

El siguiente equipo es necesario para la realización del experimento:

Módulo EB-2000 Osciloscopio de doble trazo Generador de función Multímetro (digital o analógico) Frecuencímetro (opcional)

Nota: La plaqueta EB-103 no es necesaria para este experimento.

PROCEDIMIENTO

1. Conecte la salida del generador de funciones a la entrada vertical de su osciloscopio.

2. Fije el generador de funciones para producir una onda seno de 1000Hz.

3. Ajuste la base de tiempo del osciloscopio a 0.2 milisegundos/división y la ganancia vertical a 0.1 volts/división.

Asegúrese de que la punta de prueba del osciloscopio esté calibrada.

4. Ajuste la salida del generador de funciones de manera tal que la imagen de la onda seno cubra practicamente toda la altura de la pantalla del osciloscopio.

5. Cuente el número de divisiones pico-a-pico (verticales) ocupadas por la onda seno en la imagen, y regístrela en la siguiente pantalla.

6. Convierta ésto a una tensión pico-a-pico multiplicando el número de divisiones por el valor fijado de ganancia vertical del aparato (en este caso en V/div). Regístrelo en la siguiente pantalla.

EB-103 1 -5

7. Convierta la tensión medida a los equivalentes valores pico y RMS. Ingrese sus medidas y cálculos.

Divisiones pico a pico = _________(divisiones)

Tensión pico a pico = ___________(volts)

Tensión pico =_________________(volts)

Tensión RMS =_______________ (volts)

8. Desconecte el osciloscopio de la salida del generador de funciones.

Fije la escala de su multímetro para medir tensiones de CA, y conéctelo en lugar del osciloscopio.

Mida y registre la tensión.

Tensión en CA medida con multímetro = _________(V)

9. Desconecte el multímetro y conecte el osciloscopio.

Mida el período de la onda contando el número de divisiones horizontales en un ciclo entero de la forma de onda.

Un ciclo se mide desde un punto en la forma de onda hasta el siguiente punto idéntico en el patrón de ondas.

Regístre su medición:

Período (divisiones)= ___________Div

10. Convierta esta medición al período multiplicando el número de divisiones por el valor fijado en la base de tiempos (mseg/div).

Registre su resultado:

Período =__________ (milisegundos)

11. Convierta el período en frecuencia, y registre sus resultados.

Frecuencia =______ (Hz)

EB-103 1 -6

12. Desconecte el osciloscopio de la salida del generador de funciones, y conecte el contador de frecuencias.

Mida y registre la frecuencia.

Frecuencia =___________(Hz)

PREGUNTAS de REPASO

1. Para una señal senoidal, el valor RMS leído en un DMM es siempre_______________que el valor pico medido con un osciloscopio.

mayor que menor que igual a

2. Un osciloscopio tiene su base de tiempo ubicada en 20 μsec/div. El

período medido es de 4.3 divisiones, la frecuencia es:

1965 Hz. 7.987 kHz. 11.628 kHz. 17.98 kHz.

EB-103 2 -1

LECCIÓN No. 2: INTENSIDAD de la CORRIENTE ALTERNA OBJETIVOS

Al finalizar esta leción Ud. estará capacitado para:

1. Determinar el valor pico de la intensidad de la corriente a partir de tensiones medidas en un resistor de valor conocido con el osciloscopio.

2. Encontrar el valor RMS de la intensidad de la corriente basado en el valor pico.

3. Determinar la intensidad de la corriente por el método indirecto, midiendo la tensión en un resistor de valor conocido.

DISCUSION

Muchos amperímetros no pueden medir con precisión más allá de unos pocos kHz o medir niveles bajos de intensidad de la corriente.

La mayoría de los instrumentos miden el valor medio de las señales de CA, aunque su escala está calibrada para mostrar la señal RMS (eficaz). Si la señal medida no es una senoidal pura, la lectura es aún más imprecisa.

El osciloscopio puede usarse para medir la intensidad de la corriente alterna. Sin embargo, esta medición es indirecta y está basada en la tensión medida en un resistor de valor pequeño conocido colocado en serie con la carga eléctrica.

Luego, la ley de Ohm se aplica para hallar la intensidad de la corriente. Estos resistores, que con frecuencia están incluídos en el circuito para la medición de la intensidad de la corriente, son llamados resistores shunt.

La medición de la intensidad de la corriente alterna con osciloscopios supera algunas de las limitaciones de muchos multímetros de bajo costo.

El osciloscopio también puede usarse para determinar la relación de fase entre tensión y corriente (como estudiaremos en la próxima lección).

Si se emplea un multímetro, la lectura de la intensidad de la corriente alterna es su valor RMS para la onda seno. Si usamos un osciloscopio, el valor de la intensidad de la corriente se deriva de la tensión pico.

Ipico =

EB-103 2 -2

FORMULAS

El valor de la corriente es derivado del valor pico de tensión:

Ipico =

Para una onda senoidal, el valor RMS de la corriente es:

IRMS = 0.707 × Ipico

Para una onda senoidal, el valor RMS de la corriente puede ser calculado, usando la siguiente fórmula:

IRMS = 0.707 × Ipico

AUTOEXAMEN

1. La ley de Ohm, es válida en:

Circuitos de CC solamente. Circuitos de CA solamente.

Todos los circuitos de CC y CA, sin importar la forma de onda de la fuente.

Circuitos de CC o fuentes de onda senoidales.

2. Cuando se mide la tensión de una onda senoidal de CA con un DMM, la lectura mostrada es:

El valor medio de la tensión. La tensión pico. La tensión pico a pico. La tensión eficaz (rms).

EQUIPO


Módulo EB-2000

Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de función

EB-103 2 -3

PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta impresa EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000.

2. Fije el generador de funciones para producir una onda senoidal de 1 kHz.

3. Estudie el circuito experimental que se muestra en la figura:

Medición de tensión y corriente

Note que el canal 1 (CH1) del osciloscopio es utilizado para medir tensión y el canal 2 (CH2) es utilizado para determinar la corriente que circula por el circuito.

4. Conecte el circuito como se muestra a continuación:

EB-103 2 -4

5. Observe la señal del CH1.

Ajuste la amplitud del generador de funciones a 6 Vp-p.

6. Mida la tensión pico-a-pico mostrada en CH2 (en milivolt) y calcule la intensidad de la corriente pico-a-pico que circula en el circuito (Ip-p).

Ip-p =

Ingrese sus resultados en la siguiente tabla.

Frecuencia (Hz)

Vin (CH1)(Vp-p)

V(CH2)(mVp-p)

Calculada Corriente

(mA)

IRMS (mA)

1000 62500 6500 62500 6

7. Repita los pasos 6 y 7 para frecuencias de 250, 500 y 2500 Hz.

8. Calcule y registre la intensidad RMS de la corriente correspondiente a la Ip-p para cada frecuencia usada.

IRMS = 0.707 * (0.5 *Ip-p) PREGUNTAS de REPASO

1. Variando la frecuencia del generador de señal:

Cambia la corriente en el resistor. Cambia la tensión en bornes del resistor. Cambia el valor del resistor. Esto no afecta los valores de tensión, corriente o resistencia.

2. Qué fórmula es correcta para una onda senoidal pura?

IRMS = 0.707 × Ip-p IRMS < Ip-p IRMS < Ipico IRMS = 0.707 × Ipico

EB-103 3 -1

LECCIÓN No. 3: CIRCUITOS CAPACITIVOS I

OBJETIVOS


1. Determinar el valor de la reactancia capacitiva a partir de mediciones de tensión e intensidad de la corriente.

2. Calcular el valor de la capacitancia a partir de la reactancia.

3. Medir el ángulo de fase entre la intensidad de la corriente y la tensión en circuitos capacitivos de CA.

DISCUSION

La oposición de un capacitor al flujo de la corriente alterna se llama reactancia capacitiva (Xc).

La reactancia capacitiva es el equivalente en CA al concepto de resistencia de CC. También se la mide en ohms.

FORMULAS

La intensidad de la corriente puede ser usada para determinar la reactancia capacitiva:

Xc =

En circuitos RC en serie la intensidad de la corriente puede determinarse usando la fórmula:

I=

La reactancia capacitiva también puede calcularse con la fórmula. Cuando se conocen la frecuencia y la capacitancia, el valor de la reactancia capacitiva puede ser calculado usando la fórmula:

Xc=

EB-103 3 -2

La reactancia capacitiva también puede ser determinada usando la ley de Ohm:

Xc =

donde:Vc = caída de tensión en el capacitor

I = intensidad de la corriente en el capacitor.

Los capacitores en circuitos de CA no solamente se oponen al flujo de la intensidad de la corriente sino que también producen un desfasaje entre la onda de la intensidad de la corriente y la onda de tensión, como se muestra en la figura de la próxima pantalla.

Ya que los capacitores no se cargan instantáneamente al valor de la tensión aplicada, la tensión retrasa respecto de la corriente.

Al discutir el desfasaje, la corriente es usada como referencia. Esta figura muestra un circuito capacitivo puro:

Circuitos capacitivos

El cambio de fase puede expresarse en grados o en radianes. En un circuito capacitivo puro, el capacitor produce un cambio de fase de 90 grados.

En circuitos RC en serie (resistivos-capacitivos), la corriente puede determinarse midiendo la caída de tensión en un resistor conocido.

I=

EB-103 3 -3

Esta corriente puede entonces usarse para determinar la reactancia capacitiva, usando la Ley de Ohm.

Xc =

AUTOEXAMEN

1. Al medir tensiones de CA con un osciloscopio, el valor medido puede ser:

Tensión promedio. Tensión pico. Tensión pico a pico. Tensiones pico y pico a pico. Tensión RMS (cuadrado medio de la raíz, en inglés).

2. Si la frecuencia disminuye a la mitad de su valor, la reactancia capacitiva:

Duplica. Permanece igual. Cae a la mitad de su valor. Ninguna de las anteriores.

3. Cuando la frecuencia cae a cero, la reactancia capacitiva:

Aumenta lentamente. Permanece igual. Cae a cero. Tiende a infinito.

EQUIPO


Módulo EB-2000. Plaqueta de circuito impreso EB-103. Osciloscopio de doble trazo. Generador de funciones.

EB-103 3 -4

PROCEDIMIENTO


2. Fije el generador de funciones para producir una onda senoidal de 3000Hz.

3. Estudie el circuito experimental mostrado en la figura.

Circuitos Capacitivos

Note que R2 (10Ω) es usado como un resistor para medir la corriente, el CH1 del osciloscopio es usado para medir tensiones y el CH2 para determinar la intensidad de la corriente en el circuito.


EB-103 3 -5

5. Al monitorear el CH1, ajuste el control de amplitud del generador de funciones para obtener una tensión de salida de 4 Vp-p.

6. Mida la tensión pico a pico mostrada en CH2, y registre su lectura en la próxima tabla.

Frecuencia (Hz) 3000 1000Tension en CH1 (Vp-p) 4.0 4.0Tension CH2 (Vp-p)Corriente Ip-p (mA)Periodo (msec)Dif. De Tiempo (msec)Angulo de Fase (°)React. Capacitiva Xc (Ω)

Tabla para el testeo del circuito usando C2

7. Basandose en la medición de tensión realizada anteriormente en el paso 6, calcule y registre el valor pico a pico de la corriente en el circuito:

I p-p=

8. Mida cuidadosamente el período de la onda que aparece en la pantalla del osciloscopio, y usando la ecuación f = 1/T, compruebe que los parámetros de frecuencia en su generador de funciones son exactos.

9. Mida la diferencia de tiempos entre el cruce con el punto cero de las ondas para la intensidad de la corriente y la tensión. Regístrelos en la tabla.

10. Ajuste el control de la base de tiempo de su osciloscopio, de tal manera que un ciclo de la onda de tensión ocupe exactamente 9 divisiones en el eje horizontal. Para un ajuste preciso, use el control variable de tiempo del osciloscopio. El osciloscopio está ahora calibrado a 40 grados por división, como:

360o/9 div = 40o/div

11. Determine el ángulo de fase entre las ondas para la intensidad de la corriente y la tensión. Mida en la pantalla la distancia entre los cruces del punto cero de las ondas de la intensidad de la corriente y la tensión. Multiplique su lectura por el factor de calibración fijado en el paso 10 e ingrese el resultado.

EB-103 3 -6

12. Calcule la reactancia capacitiva dividiendo la tensión en el capacitor por la corriente (la caída de tensión en R2 puede ignorarse).

Xc =

13. Fije el generador de funciones a 1 kHz. Repita los pasos 6 al 12. Registre los resultados de sus mediciones y cálculos en la tabla. Mida la tensión pico a pico mostrada por CH2.

Calcule el valor pico a pico de la corriente:

Ip-p=

Mida el período de la onda CA que aparece en el osciloscopio.

Mida la diferencia de tiempos entre el cruce por cero de las ondas para la corriente y la tensión.

Calibre su osciloscopio en 40º/div (un ciclo de la tensión abarca exactamente 9 divisiones en el eje horizontal).

Determine el ángulo de fase entre las ondas para la intensidad de la corriente y la tensión.

Calcule la reactancia capacitiva:

XC=

PREGUNTAS de REPASO

1. En el experimento que acaba de completar, el valor de la reactancia capacitiva (Xc) varió debido a un cambio en:

La caída de tensión en R2. Frecuencia. Angulo de fase. Intensidad de la corriente circulando a través del capacitor. Tensión aplicada al circuito.

EB-103 3 -7

2. La ley de Ohm se aplica a un circuito capacitivo:

Sólo en circuitos de CC. Sólo en circuitos de CA. Tanto en circuitos de CA y de CC. No se aplica en lo absoluto.

En nuestro experimento, la tensión de entrada en CH1 se mantuvo constante. Como habrá observado, la tensión en CH2 cambió considerablemente para las dos frecuencias usadas.

3. Explique la razón para esto a medida que se aumentó la frecuencia:

La resistencia de R2 aumentó. La resistencia de R2 disminuyó. La reactancia capacitiva de C2 disminuyó. La reactancia capacitiva de C2 aumentó. Nada de lo anterior es correcto.

4. Basado en los datos que Ud. registró en la última tabla para f = 300 Hz,

calcule la capacitancia del capacitor C2 (ingrese sus resultados en μF). Use la fórmula:

C=

Capacitancia del C2 = __________(μF)

XC=______Ω

EB-103 4 -1

LECCIÓN No. 4: CIRCUITOS CAPACITIVOS II

OBJETIVOS

Al finalizar esta lección, Ud. estará capacitado para determinar la reactancia capacitiva y la capacitancia de capacitores conectados en circuitos de CA, a partir de mediciones de tensión y corriente realizadas con el osciloscopio solamente.

EQUIPO



FORMULAS

La intensidad de la corriente puede ser usada para determinar la reactancia capacitiva:

Xc =

En circuitos RC en serie, la corriente puede determinarse usando la fórmula:

I =

La reactancia capacitiva puede ser determinada también por la fórmula:

Xc=

PROCEDIMIENTO


2. Fije el generador de funciones para producir una onda seno de 300Hz.

EB-103 4 -2

3. Estudie el circuito que se muestra a continuación, en el cual R2 (10Ω) es utilizada para medir corriente.

Circuito capacitivo con C3


5. Observe en el osciloscopio la señal del CH1, ajuste el control de amplitud del generador de función para obtener una tensión de salida de 4 Vp-p.

6. Mida la tensión pico a pico exhibida en CH2, e ingrese su valor en la siguiente tabla.

EB-103 4 -3

Frecuencia (Hz) 3000 1000Tension en CH1 (Vp-p) 4.0 4.0Tension en CH2 (Vp-p)Corriente Ip-p (mA)Reactancia Xc (Ω)

7. Tomando como base los valores de tensión medidos en el paso 6, calcule el valor de la corriente pico a pico en el circuito de (R2=10Ω). Ingrese su resultado en la tabla.

8. Mida el período de la señal de CA que observa en la pantalla del

osciloscopio. Use la ecuación f = 1/T y verifique que la frecuencia de su generador de señal es exacta.

9. Calcule la reactancia capacitiva del capacitor (la caída de tensión en la resistencia R2 debe ser ignorada). Ingrese su resultado en la tabla.

10. Ubique en el generador de funciones una frecuencia de 1 kHz. Repita los

pasos del 5 al 9. Ingrese los resultados de las mediciones y los cálculos en la tabla:

Ingrese la tensión pico a pico mostrada por el canal 2.

Basado en la medición de tensión, calcule la corriente pico a pico que circula por el circuito (R2=10Ω).

Calcule la reactancia capacitiva del capacitor. Verifique que la frecuencia de su generador de señal es la exacta.

11. Basandose en los datos obtenidos en la última tabla para f =3000Hz,

calcule la capacitancia del capacitor C3 (ingrese sus resultados en µF). Use la fórmula:

C =

XC=______Ω

Capacitance of C3 = _____ (μF)

12. Verifique que el generador de funciones está ajustado para una señal

seno de 1000 Hz, y su tensión de salida (medida a través de la carga por CH1) es 4 Vp-p.

EB-103 4 -4

13. Determine la corriente que circula en el circuito.Ingrese sus resultados en mA. Nueva Ip-p =_________(mA)

14. Calcule la nueva reactancia capacitiva de C3(sin importar la caída de tensión en R2). Ingrese sus resultados en ohm.

Nueva Xc = __________(Ω)

15. Calcule la nueva capacitancia de C3.

Nueva C3 = __________(μF)

MODO de PRACTICA

El módulo EB-2000 ahora automáticamente cambiará el circuito bajo prueba.

Observe la pantalla de su osciloscopio. Note que hubo un cambio en la amplitud de una de las dos señales mostradas en la pantalla.

Comenzaremos una breve autoevaluación antes de continuar el experimento. No cambie la configuración del experimento.

AUTOEXAMEN

1. Con referencia a la pantalla del osciloscopio.La amplitud de la señal en _________ .

CH1 aumentó. CH1 disminuyó. CH2 aumentó. CH2 disminuyó.

2. Que señal se observa en CH2?

Caída de tensión a través del capacitor. Corriente circulando en el circuito. Tensión suministrada por el generador de señal.

3. Por qué se observa un incremento en la corriente? Incremento en la capacitancia de C3.

Disminución en la capacitancia de C3. Incremento en la frecuencia. Disminución en la resistencia de R2.

EB-103 5 -1

LECCIÓN No. 5: CAPACITORES en PARALELO

OBJETIVOS

Al finalizar esta lección, Ud. será capaz de:

1. Determinar la capacitancia total efectiva de capacitores conectados en paralelo.

2. Determinar la reactancia capacitiva total de capacitores conectados en paralelo.

DISCUSION

Cuando se conectan en paralelo capacitores, la capacitancia total es la suma de las capacitancias individuales.

CTotal = C1+C2+C3+.....+Cn

Para el caso específico de dos capacitores en paralelo, la reactancia es:

= + + +.......

La reactancia equivalente de capacitores conectados en paralelo puede ser calculada como si fueran resistores conectados en paralelo.

Lo que hemos visto en las lecciones previas, también se aplica a los capacitores conectados en paralelo:

XCT =

El valor de la reactancia capacitiva total o equivalente puede ser calculada a partir de los valores medidos de tensión y corriente.

XCtotal =

El valor de la capacitancia total puede ser calculado utilizando la fórmula:

Ctotal =

EB-103 5 -2 AUTOEXAMEN

1. Conectando N capacitores iguales en paralelo, cada uno con capacitancia C, se crea una capacitancia total de:

C / N N * C C 2*C/N

2. La reactancia medida es 159.15Ω cuando la frecuencia es 1 KHz. El valor del capacitor es:

1 µF 2 µF 1 nF 1 pF

EQUIPO


Módulo EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones

PROCEDIMIENTO

1. Ubique la plaqueta impresa en las guías, y conéctela al EB-2000.

2. Estudie el circuito que se muestra a continuación y note que:

a. El resistor R2 (10Ω) es utilizado para medir la corriente.

b. El capacitor C3 será utilizado posteriormente.

EB-103 5 -3

Capacitores en Paralelo

3. Conecte el circuito como se muestra.

4. Observe la señal del canal 1, prepara el generador de funciones para obtener una onda seno de 1000 Hz y 4 Vp-p de amplitud.

5. Utilize el osciloscopio para medir la tensión en bornes de R2 y determine la corriente circulando en el circuito. Recuerde que R2=10Ω.

6. Ignorando la caída de tensión producida en el resistor utilizado para medir corriente, calcule la reactancia y la capacitancia de C2.

Recuerde que Ven=4Vp-p y f=1000 Hz.

EB-103 5 -4

7. Desconecte el capacitor C2 y conecte el capacitor C3. Repita los pasos 4, 5 y 6 para C3.

Capacitor C2 C3 C2||C3

Tension CH1(Vp-p) 4.0 4.0 4.0Tension CH2 (mVp-p) Corriente Ip-p (mA)Reactancia Capacitiva Xc (Ω)Capacitancia (μF)

8. Conecte el capacitor C2 en paralelo con el capacitor C3, y repita los pasos 4, 5 y 6 para la combinación paralelo de C2 y C3.Ingrese sus resultados en la tabla.

9. El rango de valores que pueden tomar ambos capacitores son:

C2 = 1 µF ±5% C3 = 0.15 µF ±5% Suponga que C2 = 1 µF y que C3 = 0.15 µF.

Calcule la capacitancia total de ambos capacitores en paralelo. Ingrese su resultado.

Capacitancia calculada C2||C3 = __________(µF)

Compare el valor teórico de la capacitancia calculado anteriormente con el valor experimental obtenido (observe la última tabla).

Asuma que:

C2 = 1 µF C3 = 0.15 µF f = 1000 Hz.

Calcule la la reactancia para los dos capacitores y la reactancia total para la conexión en paralelo de ambos. Ingrese sus resultados.

XC 2 =______ (Ω)

XC 3 =______ (Ω)

XT =_______ (Ω)

Compare con los resultados experimentales en la última tabla. EB-103 5 -5

PREGUNTAS de REPASO

1. Conectando otro capacitor en paralelo:

Incrementa la capacitancia total. Disminuye la capacitancia total. No cambia la capacitancia.

2. Sumar otro capacitor en paralelo:

Incrementa la corriente total. Disminuye la corriente total. No cambia la corriente.

3. Tres capacitores de valores 1 μF, 2.2 μF and 4.7 μF son conectados en

paralelo.La capacitancia equivalente es:

1 μF. 2.2 μF. 8.9 μF. 7.9 μF.

EB-103 6 -1

LECCIÓN No. 6: CAPACITORES en SERIE

OBJETIVOS


1. Determinar la capacitancia total efectiva de capacitores conectados en serie.

2. Determinar la reactancia capacitiva total efectiva de capacitores conectados en serie.

DISCUSION

Cuando los capacitores están conectados en serie, sus reactancias se suman (como ya vimos que se suman resistencias en serie).

XCT = XC1 + XC2 + XC3 + ... + XCn

La capacitancia total de capacitores conectados en serie puede ser calculada usando la fórmula:

= + + +…..

Para el caso particular de dos capacitores conectados en serie, la capacitancia es:

CT =

Lo que hemos visto en las lecciones anteriores también se aplica para capacitores conectados en serie:

El valor de la reactancia capacitiva total o equivalente puede calcularse a partir de los valores medidos de tensión e intensidad de la corriente.

XCtotal =

El valor de la capacitancia total puede entonces calcularse usando la fórmula:

Ctotal =

EB-103 6 -2

AUTOEXAMEN

1. Conectar N capacitores iguales en serie, cada uno con una capacitancia C, crea una capacitancia total de:

N / C N * C C C / N

2. Conectar un capacitor de 1 μF y uno de 2.2 μF en serie produce una

capacitancia equivalente de:

3.2 μF 0.6875 μF 2.2 μF 1 μF

EQUIPO



PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta impresa EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000. 2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo. Note que el

resistor R2 (10Ω) es usado como un resistor para medir la corriente.

EB-103 6 -3

Capacitores en serie


4. Al monitorear el CH1, ajuste el generador de funciones para producir una onda seno de 1500 Hz, con una tensión de salida de 4 Vp-p.

Capacitor C2+C3 C2 C3

Caída de tensión en (Vp-p) 4.0Intensidad de la corriente Ip-p (mA)Reactancia capacitiva Xc (Ohm) Capacitancia C (μF)

EB-103 6 -4

5. Use el osciloscopio para medir la tensión en R2 y determine la intensidad de la corriente en el circuito. Registre sus resultados en la tabla. Recuerde, R2 = 10Ω.

6. Usando el osciloscopio en el modo diferencial, mida la caída de tensión en C2 solamente y luego en C3 solamente. Registre sus resultados en la tabla.Nota: para usar el osciloscopio en el modo diferencial, proceda como sigue: Fije el control de MODO en la posición ADD.

Fije uno de los canales en INVERT.

La medida se realiza conectando las puntas de prueba, de a una a la vez, en bornes del componente bajo prueba.

No olvide conectar las fichas de masa al punto marcado "SCOPE GROUND" del osciloscopio.

7. Usando la Ley de Ohm, calcule la reactancia para cada capacitor y para la conexión en serie.

8. A partir de los resultados obtenidos en el paso 7, calcule la capacitancia para cada capacitor y para la conexión en serie. Anote sus resultados en la tabla.

9. Las capacitancias de los dos capacitores que Ud. acaba de usar son:

C2 = 1 μF ±5% C3 = 0.15 μF ±5%

Asuma que C2 = 1 μF y que C3 = 0.15 μF y la frecuencia es f = 1500 Hz Calcule la reactancia total en serie de C2 y C3. Ingrese su resultado.

10. Compare la reactancia teórica calculada anteriormente con el valor experimental previamente obtenido: Xc = ________(Ω)

Calcule la capacitancia total en serie de C2 y C3. Ingrese su resultado.

C2 = 1 μFC3 = 0.15 μF

Compare la capacitancia teórica calculada anteriormente con el valor experimental ya obtenido:

CT = _____________ (μF)

EB-103 6 -5

PREGUNTAS de REPASO

1. Sumar otro capacitor en serie:

Aumenta la capacitancia total. Disminuye la capacitancia total. No cambia la capacitancia.

2. Colocar otro capacitor en serie:

Aumenta la intensidad de la corriente total. Disminuye la intensidad de la corriente total. No cambia la intensidad de la corriente.

3. Tres capaitores de valores:1 μF, 2.2 μF y 4.7 μF estan conectados en

serie. La capacitancia equivalente es:

1 μF. 2.2 μF. 0.6 μF. 0.3 μF.

EB-103 7 -1

LECCIÓN No. 7: CIRCUITOS RC en SERIE

OBJETIVOS


1. Usar el osciloscopio para medir tensiones en un circuito RC serie.

2. Determinar el ángulo de fase en un circuito serie RC a partir de valores medidos.

3. Determinar la tensión de entrada de los circuitos serie RC a partir de tensiones medidas en los componentes del circuito.

4. Determinar la impedancia de un circuito RC a partir de valores medidos de corriente y tensión.

5. Calcular la impedancia de circuitos serie RC a partir de los valores de los componentes.

DISCUSION

Como se observó en la Lección 3, un capacitor en un circuito de CA produce un desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión.

La tensión en un capacitor ideal retrasa respecto a corriente en 90o.

Ciertos vectores rotatorios llamados fasores son usados para representar las ondas senoidales de la intensidad de la corriente y la tensión en circuitos de CA.

En los circuitos en serie RC (vea la figura en la próxima pantalla), la intensidad de la corriente y la tensión en el resistor están en fase (mire los fasores).

La intensidad de la corriente se utiliza como referencia en el eje horizontal.

La corriente es elegida como referencia porque sólo existe una corriente en un circuito serie.

Ya que la tensión en el resistor está en fase con la corriente, su fasor también está a lo largo del eje horizontal. La tensión en un capacitor ideal va retrasada con respecto a la intensidad de la corriente 90 o grados, y su fasor está en el eje vertical.

EB-103 7 -2

Diagrama de fasores Triángulo de tensión

El valor numérico de la tensión de entrada puede calcularse usando el teorema de Pitágoras (última figura), el cual fue construido basandose en los valores de tensión y corriente medidos en el circuito:

Ven = VR2 + Vc

2

El ángulo de fase también puede determinarse a partir de los valores medidos en el circuito:

Angulo de Fase = θ = arctan

La forma polar de la tensión de entrada Ven es:

Forma polar: Ven ∟θ

La impedancia puede determinarse aplicando la ley de Ohm a los valores de tensión e intensidad de corriente, medidos en el circuito:

Ven ∟θ

Z = ______

I ∟θ

La impedancia del circuito también puede calcularse a partir de los valores de los componentes usando el teorema de Pitágoras en el triángulo de impedancia mostrado en la figura de la próxima pantalla.

Z= R2 +Xc2

EB-103 7 -3

Triángulo de impedancia

Note que el ángulo de fase en el triángulo de impedancia es el mismo que en el triángulo de tensión.

Los lados del triángulo de impedancia son iguales a los lados del triángulo de tensión divididos por la intensidad de la corriente:

R =

Xc=

Z =

La impedancia en su forma polar es: Z ∟θ

AUTOEXAMEN

Estudie el siguiente diagrama esquemático.

Diagrama de favores Triángulo de tensión EB-103 7 -4

1. En un circuito serie RC, los valores medidos de VR y Vc son 7.5 V y 4.3 V, respectivamente. La tensión aplicada Ven debe entonces ser igual a_____ V.

11.80 8.64 10.21 12.3

2. En el mismo circuito, los valores medidos de VR y Vc son 7.5 y 4.3 volts,

respectivamente. El ángulo de fase θ entre V e I es:

-15.6 -29.8 -32.8 -91.3

EQUIPO


Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones Multímetro

PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000.

2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo. Note que el resistor R2 es usado para medir la corriente en el circuito.

Circuito serie RCEB-103 7 -5

3. Conecte el circuito como se muestra:

4. Fije el generador de funciones en 500Hz. Usando el osciloscopio para medir tensiones, ajuste el generador de funciones para definir una tensión de 3 VP-P en el circuito.

5. Use el osciloscopio en modo diferencial para medir la tensión en R1 y C2 y la intensidad de la corriente en el circuito serie.

Ingrese sus resultados.

VR1p-p =________(V)

VC2p-p = _______(V)

Ip-p = ________(mA)

6. Usando la corriente como referencia, use el osciloscopio para medir el ángulo de fase entre la tensión en C2 y la tensión de entrada Ven.Ingrese sus resultados.

Angulo de fase VC2 =________(o)

Vin ángulo de fase = ________(o)

EB-103 7 -6

7. Repita los pasos 5 y 6 usando la combinación serie de C1 y R3 como se muestra en la figura.

Circuito serie RC

8. Conecte el cirucito como se muestra a continuación:

9. Use el osciloscopio en modo diferencial para medir la tensión en R3 y C1 y la intensidad de la corriente en el circuito serie.Ingrese sus resultados.

Tensión de entrada =__________ (V)

R3 Tensión =_________ (V)

Fase R3 =___________ (o)

EB-103 7 -7

Tensión C1 =___________ (V)

Corriente =___________ (mA)

Fase Vin =____________ (o)

10. Calcule la suma aritmética (escalar) de las magnitudes de las tensiones en R1 y C2.

VC2p-p + VR1p-p = _____________(Vp-p)

11. Calcule la magnitud de la reactancia capacitiva de C2 (1μF) para una frecuencia de 500 Hz. Use la fórmula:

Xc =

Xc =_______Ω 12. Calcule la impedancia, en magnitud y fase, del circuito serie utilizado

en la práctica.

Use las fórmulas: Z = R2 +Xc

2

θ = arctan -Xc2

_____

R1


Z =_______ (Ω)

θ =_______ (°)

13. Basado en los valores medidos en los pasos 4, 5 y 6, calcule el valor escalar de la impedancia del circuito serie.Use la fórmula:

Z =_________

Zmedidos = ________(kΩ)

EB-103 7 -8

Compare sus resultados con los valores calculados en el paso 12, basado en los valores estimados de los componentes del circuito.

Zcalculado = ________(kΩ)

Compare el resultado del paso 10 con la tensión de entrada medida en el paso 4.

VC2 p-p + VR1 p-p = __________Vp-p

Vin p-p = _________Vp-p

Observe la diferencia entre ambos valores.

PREGUNTAS de REPASO

1. La razón para esta diferencia es:

Las leyes de Kirchhoff no se aplican en circuitos en serie de CA.

La caída de tensión en el resistor R2 sensible a la intensidad de la corriente.

Las mediciones de tensión con el osciloscopio no son exactas.

Debido al cambio de fase, la tensión de entrada instantánea es menor que la suma aritmética de las tensiones en cada componente.

2. La diferencia de fase entre la corriente medida en R2 y la tensión en R3 es:

90º 0º 180º

3. Suponga que las magnitudes de VR y VC son 1 y 2 Volt.

3.0 V. 2.23 V.

5.0 V. EB-103 8 -1

LECCIÓN No. 8: CIRCUITOS RC PARALELO

OBJETIVOS


1. Usar el osciloscopio para medir tensiones en un circuito RC en paralelo.

2. Determinar el ángulo de fase en un circuito RC en paralelo a partir de valores medidos.

3. Determinar la intensidad de la corriente total en los circuitos RC en paralelo a partir de intensidades de corriente medidas en los componentes del circuito.

4. Determinar la impedancia de un circuito RC en paralelo a partir de

valores medidos de intensidad de la corriente y tensión.

5. Determinar la impedancia de los circuitos R/C en paralelo a partir de los valores de los componentes.

DISCUSION

Ya que en los circuitos RC paralelo solo encontramos un valor de la tensión (V = Vin = VR = Vc), la tensión de entrada es usada como referencia en el diagrama de fasores del circuito (vea el dibujo).

La intensidad de la corriente total (IT) puede determinarse a partir de valores medidos en el triángulo de corrientes mostrado en el dibujo.

Diagrama de fasores Triángulo de corrientes

EB-103 8-2

Tenemos:

IT = IR2+Ic

2

Angulo de fase =∟θ = arc tan

La forma polar de la intensidad de la corriente total es:

Forma polar de la corriente: IT ∟-θ

La impedancia puede obtenerse aplicando la ley de Ohm a los valores de tensión y corriente medidos:

Z= V∟0°

_____

I ∟θ

La impedancia del circuito puede calcularse a partir de los valores de los componentes usando el triángulo de admitancia mostrado aquí.

Triángulo de admitancia

Resumiendo:

Conductancia = G =

Susceptancia = B =

Admitancia = Y =

EB-103 8-3

El valor de la admitancia es:

Y= G2+B2

Ángulo de fase = θ = arc tan

Note que el ángulo de fase en el triángulo de admitancia es el mismo que en el triángulo de corrientes.

Los lados del triángulo de admitancia son iguales a los lados del triángulo de corrientes divididos por V:

Y=

B=

G=

La admitancia en su forma polar:

Forma polar = = Y ∟θ

La impedancia es:

Z =

y en la forma polar:

Z = ∟θ

EB-103 8-4

AUTOEXAMEN

1. En un circuito RC paralelo, la tensión aplicada es 6 volt, y los valores medidos de Ic y IR son 20 mA y 10 mA, respectivamente. a magnitud de ITotal

es:

6.48 mA 12.57 mA 22.36 mA 30.00 mA

2. En un circuito RC paralelo, la tensión aplicada es 6 V, y los valores medidos

de Ic y IR son 20 mA y 10 mA, respectivamente.

El ángulo de fase entre la intensidad de la corriente total I y la tensión aplicada V es:

63.4o 46.3o 26.6o 74.6o

3. En un circuito RC paralelo, la tensión aplicada es 6 V y el valor medido de Ic

es 20 mA y de IR es 10 mA.

La impedancia de entrada del circuito es:

45Ω 168 Ω268Ω 411Ω

EQUIPO


Módulo EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones Multímetro

EB-103 8-5

PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito experimental mostrado en la figura.

Observe que R2 es usado como un resistor para medir la corriente en el circuito.

Circuitos RC paralelo


4. Fije el generador de funciones en 500 Hz. Usando el osciloscopio, ajuste el generador de funciones para obtener una onda seno de 4 Vp-p en el circuito.

EB-103 8-6

5. Con R3 desconectado, mida la magnitud y la fase de la corriente en C2

relativa a la tensión de entrada. Registre su resultado en la tabla anterior.

Tensión de entrada = _______ (Vp-p)Corriente en C2=________ (mAp-p)Fase de IC2=________ (°)Corriente en R3=________ (mAp-p)Fase de IR3=________ (°)Corriente total =________ (mAp-p)Fase de ITotal =________ (°)

6. Reconecte R3 y desconecte C2. Mida la magnitud y la fase de la intensidad de la corriente en R3, y registre sus resultados.

7. Con R3 y C2 conectados, mida la intensidad de la corriente y su fase en la combinación paralelo.

Registre sus resultados en la tabla.

8. A partir de valores medidos para I(C2) y I(R3), calcule la intensidad de la corriente total I.

I(C2) = _________mA ; I(R3) = __________mA

Intensidad de la corriente total calculada = ________(mA)

EB-103 8-7

9. Sume las corrientes en C2 y R3 y reste la corriente total calculada en el paso anterior.

I(C2) = ______mA ; I(R3) =________ mA ; I(Total) = _________mA

I(R3) + I(C2) - ITotal =__________ (mA)

10. Calcule la impedancia de C2 y R3 en paralelo dividiendo la tensión de entrada medida por la corriente total medida.

V(in) =_________ V ; I(Total) = __________ mA

Zen =________ (Ω)

11. Calcule la impedancia teórica de C2 y R3 en paralelo.

Use las fórmulas:

Y= G2+B2 = 2 + 2

Z=

Ingrese sus cálculos.

Zen (teórica) = ________(Ω)

12. En su experimento, reemplace C2 por C3 (0.15 µF).Repita los pasos 4 al 7 parala combinación paralela R3, C3.

Mida y registre la tensión de entrada.

Con R3 desconectada, mida y registre la magnitud y fase de la corriente en C3.

Tensión de entrada = _______ (Vp-p)Corriente en C3=________ (mAp-p)Fase de IC3=________ (°)Corriente en R3=________ (mAp-p)Fase de IR3=________ (°)Corriente total =________ (mAp-p)Fase de ITotal =________ (°)

EB-103 8-8

Reconecte R3 y desconecte C3. Mida y registre la magnitud y fase de la corriente en R3.

Con tanto R3 como C2 conectados, Mida y registre la magnitud y fase de la intensidad de la corriente en la combinación en paralelo.

13. Calcule la impedancia experimental de C3 y R3 en paralelo dividiendo la tensión de entrada por la corriente total.

V(in) = _________V ; I(Total) =_________mA

Zen = __________(Ω)

14. Calcule la impedancia teórica de C3 y R3 en paralelo.

Zen(teórica) = ________(Ω)

Compare este valor teórico con la impedancia determinada a partir de sus mediciones.

PREGUNTAS de REPASO

1. En un circuito RC paralelo, incrementar el valor del capacitor:

Disminuye la total intensidad de la corriente. Aumenta la total intensidad de la corriente. No cambia la ITotal.

2. En un circuito RC en paralelo, qué pasa con la corriente en el resistor

cuando se aumenta el valor del capacitor?

IR disminuye. IR aumenta. IR no cambia.

EB-103 9 -1

LECCIÓN No. 9: CIRCUITOS INDUCTIVOS en CA

OBJETIVOS


1. Medir la reactancia de un inductor.

2. Medir el ángulo de fase.

3. Calcular el valor teórico de la reactancia inductiva en una frecuencia dada.

DISCUSION

Un inductor es (al igual que un capacitor) un dispositivo que almacena energía. En un inductor, la energía se almacena en el campo magnético generado por la corriente que circula por la bobina.

La energía no cambia instantáneamente. Cuando la tensión es aplicada en un inductor, la corriente no comienza a circular inmediatamente. Un uso común de los inductores es como oposición a cambios bruscos en la intensidad de la corriente (los llamados "choques").

La oposición al flujo de la corriente en un inductor se llama "reactancia inductiva" (XL). La reactancia inductiva es proporcional a la frecuencia.

Cuando la frecuencia y la inductancia (L) son conocidas, la reactancia de un inductor puede calcularse usando la fórmula:

XL = 2*π*f*L

La reactancia inductiva (XL) también puede determinarse usando la ley de Ohm:

XL =

donde:

VL = caída de tensión en el inductor I = intensidad de la corriente en el inductor

Ya que en los circuitos de CA la tensión cambia muy rápido, los cambios en la corriente ocurren después de los cambios en la tensión. Así, además de la oposición al flujo de la intensidad de la corriente, el inductor también produce un desfasaje, que en el caso de un inductor ideal, es de 90o.

EB-103 9 -2

AUTOEXAMEN

1. Un inductor tiene un valor de 0.15 mH, y está conectado a un circuito alimentado por un generador de una onda seno de 100 kHz. La reactancia del inductor es:

64.57 Ω 94.20 Ω103.40 Ω 1034.0 Ω

2. En un circuito puramente inductivo, la intensidad de la corriente medida es

10 mA y la tensión de entrada es 4 volt. La reactancia del inductor es:

100 Ω 200 Ω 400 Ω 4000 Ω

EQUIPO



PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta impresa EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000. 2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo a continuación. Note

que el resistor R5 (10Ω) es usado para medir la corriente.

EB-103 9 -3

Circuito Inductivo


4. Fije el generador de funciones hasta obtener una onda seno de 20 kHz y 4 Vp-p de amplitud.

5. Observe la tensión de la onda seno con el canal 1 de su osciloscopio.

6. Use el canal 2 del osciloscopio para medir la tensión en el resistor R5 de 10Ω y calcule la intensidad de la corriente.

Note que la intensidad de la corriente y la tensión de entrada están en fase.

EB-103 9 -4

Ingrese sus mediciones:

Tensión de entrada =________ (V)

Corriente = ___________(mA)

Fase = _____________(o)

7. Calcule la reactancia inductiva de L1, dividiendo la tensión por intensidad de la corriente.

Vin = ___________V; I = __________ mA

XL1 = ________(Ω)

8. Calcule el valor teórico de la reactancia de L1 (10 mH) a 20 kHz de frecuencia.

XL1(teórico) =_________ (Ω)

Compare su resultado con el obtenido experimentalmente en el paso 7,

XL1=_________ (Ω)

9. En su circuito experimental, conecte el inductor L2(5 mH) en lugar de L1.

Repita los pasos experimentales 4 al 6 para el circuito modificado.

Registre sus resultados.

Tensión de entrada = __________(V)

Corriente =____________ (mA)

Fase = ___________(o)

10. Calcule la reactancia de L2, dividiendo la tensión por la corriente.

Vin =__________ V I =____________mA

XL2 =____________ (Ω)

EB-103 9-5

11. Calcule el valor teórico de la reactancia de L2 (5 mH) para 20 kHz de frecuencia.

XL2(teórico) =__________(Ω)

Compare su resultado con el valor de la reactancia determinado experimentalmente en el paso 10, XL2 =________ Ω.

PREGUNTAS de REPASO

1. Cuál es el cambio de fase de la corriente en un inductor relativo a su tensión?

0o 90o 180o 270o

2. Compare la intensidad de la corriente medida en el paso experimental 8 (para

L2 = 5 mH) y el paso 6 (para L1 = 10 mH). Aumentando la inductancia:

Aumenta en el inductor la corriente. Disminuye en el inductor la corriente. No afecta a IL.

EB-103 10 -1

LECCIÓN No. 10: INDUCSTORES en SERIE

OBJETIVOS


1. Determinar la reactancia inductiva total de inductores conectados en serie.

2. Determinar el valor de la inductancia a partir de la reactancia inductiva a una frecuencia dada.

3. Determinar la inductancia total de inductores conectados en serie a partir de valores medidos para cada inductor.

DISCUSION

Cuando dos o más inductores están conectados en serie, sus reactancias se suman de la misma forma que las resistencias de resistores conectados en serie:

XLTotal = XL1 + XL2 + XL3+ ... + XLn

Ya que la reactancia de un inductor es proporcional a su inductancia, entonces las inductancias en serie también se suman directamente:

LTotal = L1 + L2 + L3+ ... + Ln

Es importante notar que las dos fórmulas anteriores pueden ser utilizadas solamente cuando no existe acoplamiento magnético entre los inductores.

AUTOEXAMEN

1. N inductores iguales, cada uno con inductancia L, están conectados en serie.La inductancia total (o equivalente) es:

L/N. L*N. 2L L

2. Para crear un inductor de 1mH a partir de inductores de 0.2 mH. Ud. necesita

____ inductores.4 5 6 1

EB-103 10 -2

EQUIPO


Bastidor EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones

PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta impresa EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000. 2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo a continuación. Note

que el resistor R5 =10Ω es usado para medir la corriente.

Inductores en serie


EB-103 10 -3

4. Fije el generador de funciones hasta obtener una onda seno de 1500 Hz.

5. Observe la tensión de la onda seno en el canal 1 de su osciloscopio, ajuste la amplitud del generador de funciones para una salida de 4 Vp-p en el circuito experimental.

6. Use el osciloscopio en modo diferencial para medir las tensiones en L1 y L2 y la corriente en los circuitos serie.

Tensión de entrada =____(V) VL1 =_____ (V)

VL2 =______ (V) Corriente del circuito serie =___________(mA)

7. A partir de las lecturas tomadas en el paso 6, y de la Ley de Ohm, calcule la reactancia de L1 y L2 y la reactancia del circuito serie.

XL1(medida) =______ (Ω) XL2(medida) =_________ (Ω)

XL total =________ (Ω)

8. Use los valores de reactancia calculados en el paso 7 para calcular los valores de inductancia.

L1 =______ (mH) L2 = __________(mH)

LTotal = __________(mH)

EB-103 11 -1

LECCIÓN No. 11: INDUCSTORES en PARALELO

OBJETIVOS


1. Determinar la reactancia inductiva de inductores conectados en paralelo.

2. Determinar el valor de la inductancia a partir de la reactancia inductiva a una frecuencia dada.

3. Determinar la inductancia total de inductores conectados en paralelo a partir de valores medidos para cada inductor.

DISCUSION

Cuando dos o más inductores están conectados en paralelo, sus reactancias se suman de la misma forma que las resistencias de resistores conectados en paralelo:

= + + +……

Como la reactancia de un inductor es proporcional a su inductancia, las inductancias también se suman directamente:

= + + +……

Como con los inductores en serie, los campos magnéticos de los inductores pueden interactuar si están físicamente próximos. Esto afecta a las inductancias individuales y a la inductancia total de la combinación en paralelo.

Por ende, las fórmulas anteriores pueden ser utilizadas solamente cuando no existe acoplamiento magnético entre los inductores y no hay inductancia mutua.

EB-103 11 -2 AUTOEXAMEN

1. N inductores iguales, cada uno con inductancia L, están conectados en paralelo. La inductancia total (o equivalente) es:

L/N N*L 2L L

2. Para crear un inductor de 1 mH a partir de un inductor de 2 mH Ud. necesita ____ inductores.

4 5 6 2

EQUIPO



PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta impresa EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000. 2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo a continuación, observe

que R5 (10Ω) es usado para medir la corriente.

Inductores en paraleloEB-103 11 -3


4. Fije el generador de funciones hasta obtener una onda seno de 5000 Hz.

5. Observe la tensión de la onda seno en el canal 1 de su osciloscopio, ajuste la amplitud del generador de funciones para obtener una salida de 4 Vp-p.

6. Use el osciloscopio para medir las tensiones de entrada, la intensidad de la corriente en cada inductor (en si mismo), y a la vez intensidad de la corriente total en el circuito paralelo.

Tensión de entrada = ______(V) Corriente en L1 =_____(mA)

Corriente en L2 = ______(mA) Corriente total =________(mA)

7. A partir de las lecturas tomadas en el paso 6, y de la ley de Ohm, calcule la reactancia de L1 y L2 y la reactancia del circuito en serie.

XL1(medida) =______(Ω) XL2(medida) =_____(Ω)

XL total =_____ (Ω)

8. Calcule el valor teórico de la reactancia de L1 y L2 en 5000 Hz, y la inductancia total (o equivalente) del circuito paralelo.

XL1(calculada) =________ (Ω) XL2(calculada) = _______(Ω)

XLTotal(calculada) =________ (Ω)

EB-103 12 -1

LECCIÓN No. 12: CIRCUITOS RL SERIE

OBJETIVOS


1. Determinar la tensión de entrada en un circuito serie a partir de tensiones medidas en un resistor y un inductor.

2. Determinar el ángulo de fase en circuitos serie RL a partir de mediciones.

3. Determinar la impedancia de circuitos serie RL a partir de los valores de los componentes.

4. Calcular los valores de los componentes a partir de mediciones tomadas en el circuito.

DISCUSION

Como hemos visto en la Lección 9, un inductor en un circuito de CA produce un desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión.

La intensidad de la corriente en un inductor ideal va retrasada con respecto a la tensión 90o.

En circuitos RL serie solamente existe un valor de la intensidad de la corriente. Por lo tanto, la corriente es usada como referencia en el diagrama de fasores del circuito.

Esto significa que en su forma polar la corriente será:

I∟0

Ya que la tensión en un resistor está en fase con la corriente, su forma polar es:

V∟0

La tensión en el inductor adelanta a la intensidad de la corriente 90o y tiene la siguiente forma polar:

VL∟90°

La tensión de entrada en forma polar es:

Vin = (VR2+VL

2) ∟θ

EB-103 12 -2

donde:

θ = arc tan

La impedancia Z es: ∟θ

Z= ∟0

La impedancia del circuito puede calcularse a partir de los valores de los componentes:

Z = (R42+XL

2) ∟arc tan

AUTOEXAMEN

1. En un circuito RL serie, R = 1 KΩ y XL = 2 KΩ. La impedancia de entrada es:

1000 Ω 2236 Ω3000 Ω 5000 Ω

2. En un circuito RL serie, R = 200 Ω y XL = 300Ω. La tensión aplicada es

Vin = 10 V. La intensidad de la corriente I en el circuito es ____ mA.

20 mA 25 mA 28 mA 35 mA

EQUIPO


Módulo EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo

Generador de funciones

EB-103 12 -3

PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo a continuación. Note que el resistor R5 (10Ω) es usado para medir la corriente.

Circuitos RL serie


4. Fije el generador de funciones para obtener una onda seno de 8000 Hz, y ajuste su amplitud a 4 Vp-p.

EB-103 12 -4

5. Mida la tensión de entrada, la corriente y el desfasaje de la corriente, relativo a la tensión.

Use el osciloscopio en modo diferencial para medir la tensión en el resistor y en el inductor.

Vin =______ (V); I =_______ (mA) ; θ =______ (o) ; VR =______ (V);

VL =______ (V)

6. De las lecturas del paso 5 anterior y con la ley de Ohm, calcule la impedancia del circuitos RL serie.

Z(valores medidos) =___________ (Ω)

7. Calcule los valores teóricos de la reactancia de L1 para una frecuencia de 8000 Hz y la magnitud de la impedancia del circuito usando XL1 = 2*π*f*L1

XL1(calculada) =_______(Ω)

Z(calculada) =_______ (Ω)

8. Calcule los valores teóricos del ángulo de fase.

θ (calculated) =________ °

MODO de PRACTICA

En esta parte del experimento, el circuito bajo prueba será modificado.

9. El valor de R4 y L1, ha sido modificado. Repita Las mediciones que realizó en el paso 5 anterior, pero con el circuito modificado.

Vin =______ (V); I =_______ (mA) ; θ =______ (o) ; VR =______ (V); VL =______ (V)

EB-103 12 -5

PREGUNTAS de REPASO

Compare los resultados de sus mediciones en los pasos experimentales 5 y 9.

1. Refiérase al triángulo de tensión para un circuitos RL serie y determine qué sucedió:

La inductancia disminuyó. La inductancia aumentó. La resistencia disminuyó. La resistencia aumentó.

2. Use los resultados de las lecturas realizadas en el paso 9 para calcular el nuevo valor de R4.

R4(valor medido) = ______(Ω)

EB-103 13 -1

LECCIÓN No. 13: CIRCUITOS RL PARALELO

OBJETIVOS


1. Determinar la tensión de entrada de un circuito paralelo a partir de tensiones medidas en un resistor y en un inductor.

2. Determinar el ángulo de fase en circuitos RL paralelo a partir de mediciones.

3. Determinar la impedancia de un circuito RL paralelo a partir de los valores medidos.

4. Calcular los valores de los componentes a partir de mediciones tomadas en el circuito.

DISCUSION

En los circuitos RL paralelo solamente existe un valor de tensión

(V = Vin = VR = VL)

La tensión de entrada es usada como referencia en el diagrama de fasores.

La forma polar de la intensidad de la corriente total en un circuito RL paralelo es:

IT = IR2 + IL

2 ∟-θ

donde:

θ = arc tan -

La impedancia puede obtenerse a partir de valores medidos, usando la ley de Ohm.

∟0°

∟- θ

Z= ∟ θ =

EB-103 13 -2

La impedancia del circuito también puede calcularse a partir de los valores de los componentes usando el triángulo de admitancia.

Y = G2+B2

La conductancia G es: G =

La susceptancia B es: B =

∟- θ

La impedancia en forma polar es: Zp =

donde: θ = arc tan

AUTOEXAMEN

1. En un circuito RL paralelo, la tensión aplicada V es 10 Volt y el valor medido de IL es 3.4 mA y IR es 6.8 mA. La intensidad de la corriente total es:

5.4 mA. 7.6 mA. 10.2 mA. 57.76 mA.

2. En un circuito RL paralelo la V aplicada es 10 Volt, el valor medido de IL

es 3.4 mA, e IR es 6.8 mA. El ángulo θ entre I y V es:

15.7o 21.4o 26.6o 45.7o

3. En un circuito RL paralelo, la tensión aplicada V es 10 Volt, el valor

medido de IL es 3.4 mA e IR es 6.8 mA. La impedancia del circuito es:

860 Ω 1316 Ω

2500 Ω3434 Ω

EB-103 13 -3

EQUIPO



PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito experimental mostrado en el dibujo a continuación. Note que el resistor R5 (10Ω) es usado para medir la corriente.

Circuitos RL paralelo


EB-103 13 -4

4. Fije el generador de funciones hasta obtener una onda seno de 10 kHz y ajuste su amplitud para enviar 4 Vp-p a través del circuito.

Vin= (V)IT = (mA)θ = ( ° )IR = (mA)θ = ( ° )IL= (mA)θL= ( ° )

5. Mida la tensión de entrada, la intensidad de la corriente total y el ángulo de fase de la corriente (relativo a la tensión). Regístrelos en la tabla.

6. Con L1 desconectado, mida y registre la magnitud y fase de la intensidad de la corriente en R6.

7. Reconecte L1 y desconecte R6. Mida y registre la magnitud y fase de la intensidad de la corriente en L1.

8. Calcule la magnitud de la impedancia y su ángulo de fase relativo a la tensión medida y a la corriente.

Z= =_______(Ω)

θ = arc tan - = ______(°)

9. Calcule el valor teórico de la intensidad de la corriente que circula en R6 y L1:

IR6 = = _______(mA)

IL1 = = = _______(mA)

EB-103 13 -5

10. Calcule la impedancia teórica y el ángulo de fase del circuito paralelo. Use las formulas:

2 2

Y= G2 + B2 = +

Z=

θ = arc tan

Calcule y registre los valores teóricos: Z=_____(Ω)

θ =_____(o)

MODO de PRACTICA

En esta fase del experimento, el circuito a prueba será modificado.

11. El circuito RL paralelo ha sido modificado. Mida la intensidad de la corriente en el resistor y su ángulo de fase. Mida la intensidad de la corriente en el inductor y su ángulo de fase.

IR6 =______ (mA) θ R =______(o) IL1 = ______ (mA) θ L = _____(o) 12. ¿Qué ha cambiado en el circuito?

R6 está desconectado. R6 ha disminuído. L1 está desconectado. L1 ha disminuído.

PREGUNTAS de REPASO

1. Al disminuir R en un circuito RL paralelo:

Aumenta la intensidad de la corriente total. Disminuye la intensidad de la corriente total. No cambia a ITotal.

EB-103 13 -6


Aumenta la fase de la tensión relativa a la corriente. Disminuye la fase de la tensión. No cambia la fase de la tensión.


Aumenta Z. Disminuye Z. No cambia Z.

EB-103 14 -1

LECCIÓN No. 14: RESONANCIA en SERIE I

OBJETIVOS Al completar estos experimentos (lecciones 14 al 17), Ud. podrá:

1. Determinar la frecuencia de resonancia en serie a partir de los valores medidos.

2. Determinar el factor Q a partir de los valores medidos.

3. Determinar el ancho de banda del circuito serie a partir de los valores medidos.

4. Determinar la impedancia a la frecuencia de resonancia, a partir de los valores medidos.

5. Graficar las curvas de respuesta en frecuencia.

DISCUSION

Hemos visto en experimentos previos que la tensión en un capacitor tiene un desfasaje de -90o relativo a la intensidad de la corriente (atraso), mientras que, en un inductor, la tensión adelanta +90 o.

En un circuito en serie, la corriente es la misma en ambos componentes. Las tensiones, en principio, se suman.

Sin embargo, las tensiones que estamos sumando están a -90o y +90o, y por lo tanto a 180o una de la otra. Entonces, esto equivale a restar las tensiones.

A medida que la frecuencia aumenta, la tensión del inductor aumenta y la tensión del capacitor disminuye. El punto en el cual las tensiones son iguales se llama la frecuencia de resonancia serie.

A esta frecuencia ambas tensiones se anulan entre sí. La caída debida a las reactancias es cero, pero circula corriente. En otras palabras, la impedancia total es cero en la resonancia serie, asumiendo que el circuito serie es ideal (no posee pérdidas).

La ecuación para calcular la frecuencia de resonancia serie es:

Frecuencia resonante =

EB-103 14 -2

Si el circuito serie también contiene un resistor, la impedancia en resonancia será simplemente el valor del resistor y su ángulo de fase será cero.

El gráfico de la intensidad de la corriente Vs. frecuencia tendrá un pico abrupto en el valor fres, que depende del "factor Q" del circuito.

Q =

El factor Q puede calcularse por:

Q =

donde XL y Xc son las reactancias de L y C a la frecuencia de resonancia serie.

El factor Q puede medirse graficando la corriente en función de la frecuencia.

Mida fres, luego calcule el ancho de banda restando las frecuencias a las cuales la corriente es 0.707 veces la máxima corriente en resonancia.

La fórmula para calcular el factor Q a partir de estas mediciones es:

Q=

El circuito resonante serie se usa frecuentemente como un circuito de frecuencia selectiva, seleccionando una frecuencia (igual a la frecuencia de resonancia), entre todas las frecuencias presentes al mismo tiempo.

La impedancia Z del circuito serie RLC viene dada por la fórmula:

Z= R2 +XL –XC2

AUTOEXAMEN

1. En un circuito resonante XL es 600 Ω a la frecuencia de resonancia. El valor de Xc a la misma frecuencia es:

300 Ω 600 Ω 1200 Ω 0 Ω

EB-103 14 -3

2. En un circuito RLC: R = 10Ω, L = 50 μH, C = 4.7 nF. La frecuencia de resonancia para este circuito es:

1.12 MHz. 1.97 MHz. 328 kHz. 3.87 MHz.

3. En un circuito RLC: R = 10 Ω, L = 50 μH, C = 4.7 nF.

La impedancia de entrada a la frecuencia de resonancia es:

10 Ω34 Ω 1234 Ω 100 Ω

EB-103 15 -1

LECCIÓN No. 15: RESONANCIA en SERIE II

OBJETIVOS Al completar estos experimentos (lecciones 14 al 17), Ud. podrá:

1. Determinar la frecuencia de resonancia en serie a partir de los valores medidos.

2. Determinar el factor Q a partir de los valores medidos.

3. Determinar el ancho de banda del circuito serie a partir de los valores medidos.

4. Determinar la impedancia a la frecuencia de resonancia a partir de los valores medidos.


EQUIPO

El siguiente equipo es necesario para la realización del experimento: Módulo EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones

PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito de resonancia serie.

Circuito de resonancia serie

EB-103 15 -2

3. Conecte C5, L4 y R8 en un circuito en serie como se muestra en esta figura. El valor de los componentes es 15 nF, 10 mH y 100Ω.

4. Fije el generador de funciones para obtener una salida de 4 Vp-p.

5. Empiece con una frecuencia de 1 kHz, mida la tensión en R8 (con el canal 2 del osciloscopio) e ingrese el valor en la tabla.

Frecuencia (kHz) VR8 (V) IR8 (mA)151011121314151617181920

Respuesta en frecuencia

EB-103 15 -3

6. Use sus mediciones y la Ley de Ohm para calcular la intensidad de la corriente en el circuito. Registre sus resultados en la tabla(recuerdeque R8 = 100Ω).

7. Aumente la frecuencia del generador de funciones a los valores mostrados en la tabla, mida la tensión en R8, calcule el valor de la corriente e ingrese el resultado.

8. Ajuste la frecuencia hasta que la tensión en R8 alcance su máximo valor.Use el osciloscopio en el modo diferencial para medir las tensiones en C5 y L4 y registre sus resultados.

VC5 = ______(V) VL4 = ______(V)

9. Calcule la frecuencia de resonancia serie, a partir de los valores de los componentes. Los valores de los componentes son 15nF, 10mH y 100Ω.

fres (calculada) = = _______(kHz)

10. A partir de los valores de tensión en la tabla que Ud. completó, encuentre

la frecuencia de resonancia medida. Ingrese sus resultados.

fres (medida) = ______(kHz)

11. Reconecte el circuito usando el capacitor C6 en vez de C5.Aumente la frecuencia en pasos de 1kHz, empezando a partir de 1kHz, mida la tensión en R8, calcule la intensidad de la corriente en R8 y registre sus resultados en la tabla.


Respuesta en frecuenciaEB-103 15 -4

12. Calcule la frecuencia de resonancia serie con los valores de los componentes: (150nF, 10mH y 100Ω, respectivamente).


13. A partir de los valores de tensión de la última tabla que completó, encuentre la frecuencia de resonancia medida. Ingrese sus resultados.

fres(medida) = __________(kHz)

14. Dibuje un gráfico mostrando la intensidad de la corriente (vertical) en función de la frecuencia (horizontal) para los dos circuitos serie (C5 = 15 nF, C6 = 150 nF).

15. Observe el ancho de banda y calcule el factor Q para cada circuito.

Ingrese sus cálculos con C5 conectado:

XC5 = = _______(Ω)

Ingrese sus cálculos con C6 conectado:

XC6 = = _______(Ω)

EB-103 16 -1

LECCIÓN No. 16: RESONANCIA en SERIE III

OBJETIVOS

Al completar estos experimentos (lecciones 14 a 17), Ud. podrá:

1. Determinar la frecuencia de resonancia serie a partir de valores medidos.

2. Determinar el factor Q a partir de valores medidos.

3. Determinar el ancho de banda del circuito en serie a partir de valores medidos.

4. Determinar la impedancia a la frecuencia de resonancia a partir de valores medidos.


EQUIPO



PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito.

Circuito de resonancia serie

EB-103 16 -2

3. Connecte C5, L4 y R8 en serie, como se muestra en la figura:

MODO de PRACTICA

En este modo de operación del EB-2000, el circuito sometido a prueba será modificado.

4. El valor de R8 fue modificado.

5. Obtenga del generador de funciones una señal seniodal de 4 Vp-p de amplitud. Comience con una frecuencia de 1 kHz. Incremente la frecuencia del generador de funciones de acuerdo con los valores de la tabla, de 1 a 20 kHz. Para cada valor de frecuencia ingrese en la tabla, el valor de la tensión en R8.

Frecuencia (kHz) VR8 (V)151011121314151617181920


EB-103 16 -3

6. Calcule la frecuencia de resonancia de la serie a partir de los valores de los componentes. Los valores de los componentes son 15nF y 10mH.


7. De los valores de tensión de la tabla, encuentre la frecuencia de resonancia medida. Ingrese sus resultados.

fres(medida) =______(kHz)

La tensión en R8 a la frecuencia de resonancia es:

VR8 = ________ (V)

8. El valor de R8:

Aumentó. Disminuyó.

9. Observe el valor de VR8 a la frecuencia de resonancia en la tabla. El valor

teórico de VR8 a esta frecuencia es:

Mayor que Ven. Igual a Ven. Menor que Ven.

10. El cambio que se observa en el comportamiento del circuito en el modo de prácticas es causado por:

Cortocircuitando R8. Aumentando la resistencia de R8. Disminuyendo la resistencia de R8. R8 es un circuito abierto.

11. En la lección anterior, se midió la tensión en R8 en resonancia. Ingrese

el valor.

VR8 = _____(V)

EB-103 16 -4

12. A partir de la ecuación de los divisores de tensión, y de VR8, calcule la resistencia añadida RL (pues L no es una inductancia ideal, RL es su resistencia interna en serie). Use los valores medidos anteriormente (modo de práctica):

Vin = ____V, VR8 = ____V, R8 = _____ Ω

VR8 = Vin

RL =_______(Ω) 13. A partir de la ecuación de los divisores de tensión, calcule el nuevo

valor de la resistencia R8.

Vin = _______ V, VR8 = _____ V, RL = _____ Ω

VR8 = Vin

R8 =________(Ω)

14. Calcule la corriente para cada lectura anterior y regístrela en la tabla a continuación. Recuerde que el nuevo valor de R8 es ________Ω.



EB-103 16 -5 15. Dibuje un gráfico mostrando la intensidad de la corriente (vertical) en

función de la frecuencia (horizontal) para el modo de práctica.

16. Observe el ancho de banda y calcule el factor Q del circuito:

XC5 = = _______(Ω)

R = R8 + RL = _______(Ω)

Q = = __________

B.W. = _________ (kHz)

EB-103 17 -1

LECCIÓN No. 17: RESONANCIA en SERIE IV

OBJETIVOS

Esta lección contiene preguntas de repaso. Estas preguntas probarán su entendimiento de las tres lecciones previas: Resonancia serie I, II y III.

PREGUNTAS de REPASO

1. Si se reduce R en un circuito RLC, la frecuencia de resonancia:

Aumenta. Disminuye. Se mantiene igual.

2. Si se reduce la resistencia en un circuito RLC, la corriente a la

frecuencia de resonancia:

Aumenta. Disminuye. Se mantiene igual.

3. Reducir R en un circuito RLC:

Aumenta a Q. Disminuye a Q. No afecta a Q.

4. Reducir R en un circuito RLC serie:

Aumenta el ancho de banda. Disminuye el ancho de banda. No afecta el ancho de banda.

5. Si incrementamos C en un circuito RLC serie, la frecuencia de resonancia:

Aumenta. Disminuye. Permanece inalterada.

EB-103 18 -1

LECCIÓN No. 18: RESONANCIA PARALELO I

OBJETIVOS

Al completar esta lección, Ud. podrá:

1. Determinar la frecuencia de resonancia paralelo a partir de valores medidos.


3. Determinar el ancho de banda del circuito paralelo a partir de valores medidos.



DISCUSION

La intensidad de la corriente en un inductor está retrasada con respecto a la tensión 90o y la corriente en un capacitor se adelanta a la tensión por 90o.

En un circuito paralelo la tensión tanto en el inductor como en el capacitor es la misma, y sus corrientes están desfasadas 180º y se restarán.

En el inductor, la corriente disminuye con la frecuencia; en el capacitor, la corriente aumenta con la frecuencia.

A la frecuencia de resonancia paralelo, las intensidades de la corriente son iguales y el desfasaje, como hemos visto, es de 180 grados. La intensidad de la corriente total es cero: por lo tanto, la impedancia es infinita (muy alta).

Frecuencia Resonante = = _______(kHz)

El factor Q de una resonancia paralelo viene dado por:

Q= or Q=

EB-103 18 -2

El factor Q puede determinarse midiendo el ancho de banda entre las dos frecuencias a las cuales la corriente es 1.414 veces la corriente en resonancia, y utilizando la ecuación:

Q =

AUTOEXAMEN

Las siguientes preguntas de repaso tratan acerca de la resonancia en paralelo.

Resonancia paralelo

1. En el circuito paralelo del dibujo:C7 = 10 nF, L5 = 10 mH and R10 = 10 KΩ.La frecuencia de resonancia del circuito es:

15.9 Hz. 1.59 kHz. 15.9 kHz. 159 kHz.

2. En el circuito paralelo:C7 = 10 nF, L5 = 10 mH and R10 = 10 KΩ. La

reactancia del inductor XL a la frecuencia de resonancia es:

32.2 Ω 157.4 Ω 998.5 Ω

3478 Ω EB-103 18 -3

3. En el circuito paralelo: C7 = 10 nF, L5 = 10 mH and R10 = 10 KΩ. El Q del circuito es:

100 10 0.1 0.01

EQUIPO


Módulo EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones DMM

PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito:

Frecuencia de resonancia paralela

3. Conecte R10, L5, y C7 como se muestra; con R11 usado para medir la corriente en el circuito.

Conecte el generador de funciones al circuito como se muestra en la próxima pantalla. Los valores de los componentes son 2.2 KΩ, 10 mH, 150 nF y 10Ω.

EB-103 18 -4

4. Fije el generador de funciones para obtener una onda seno de 1000 Hz, y 4 Vp-p.

5. Mida la corriente calculando su valor a partir de la tensión en R11 e ingrésela en la tabla.

6. Aumente la frecuencia como se muestra en la tabla, e ingrese la corriente medida.

Frecuencia (kHz) I (mA)

1.01.21.52.02.53.04.05.06.0


7. Fije la frecuencia en el valor que dió la menor corriente (la frecuencia de resonancia paralelo).

EB-103 18 -5

8. Reconecte el circuito para medir la corriente en L5 y C7, desconectando C7 de R11 y conectándolo a R12. Mida la magnitud y el ángulo de fase de la corriente en L5 y C7.

Ingrese sus resultados. IL5 = ______(mA)

Ángulo de fase =______ (o)

IC7 = _______(mA)

Ángulo de fase =______ (o)

9. Use los resultados de la última tabla para calcular la impedancia de entrada a la frecuencia de resonancia.Ingrese sus resultados.

Zp = =_______ Ω

10. Calcule la frecuencia de resonancia teórica a partir de los valores de C7 y L5 (150 nF, 10 mH), y compárela con la medida fres. Ingrese sus resultados.

fres(calculada) = ______(Hz)

fres(medida) = ________(Hz)

11. Reconecte el circuito original, pero reemplace C7 con C8 (15 nF). Mida la intensidad de la corriente en el circuito en paralelo sobre el rango de frecuencias de 8 kHz a 20 kHz, ingrese los valores en la tabla.


8101214161820


EB-103 18 -6

12. De los resultados de la última tabla, calcule la impedancia de entrada a la frecuencia de resonancia.

Ingrese sus resultados. Zp = =_______ KΩ

13. Calcule la frecuencia de resonancia teórica, a partir de los valores de C8 y L5 (15 nF, 10 mH), y compárela con la fres medida.


fres(calculada) =______(kHz)

fres(medida) = _______(kHz)

EB-103 19 -1

LECCIÓN No. 19: RESONANCIA PARALELO II

OBJETIVOS


1. Determinar la frecuencia de resonancia paralelo a partir de valores medidos.


3. Determinar el ancho de banda del circuito paralelo a partir de valores medidos.



EQUIPO

El siguiente equipo es necesario para la realización del experimento: Módulo EB-2000 Plaqueta de circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones

PROCEDIMIENTO



Circuito resonante paralelo

EB-103 19 -2

3. Conecte R10, L5,y C8 como se muestra; con R11 usado para medir la corriente en el circuito.

Los valores de los componentes son 2.2 KΩ, 10 mH, 0.015 mF y 10Ω.

Fije el generador de funciones para otener una onda seno de 8 kHz y amplitud 4 Vp-p, conecte el circuito que se muestra en la próxima pantalla.

MODO de PRACTICA

En esta parte del experimento, el circuito a prueba será modificado. Ud. podrá probar sus conocimientos sobre circuitos resonantes paralelo.

4. El valor de R10 ha sido cambiado. Esto cambia el factor Q del circuito. Repita las mediciones respuesta de la frecuencia y registre en esta tabla.


8101214161820

EB-103 19 -3

5. A partir de sus resultados en la última tabla, calcule la impedancia de entrada a la frecuencia de resonancia.


Zp = =_______ KΩ

6. Dibuje un gráfico de la corriente Vs. frecuencia para los tres valores de frecuencia tomados (dos de la lección 18, uno de ésta lección).

7. A partir del gráfico encuentre la frecuencia de resonancia, ancho de banda y calcule el Q del circuito. Ingrese los resultados en la siguiente tabla:

C7 C8 Practicasf(KHz)BW (KHz)

Q

Tabla de resultados

8. Ud. ha completado el ejercicio práctico.

PREGUNTAS de REPASO

1. En un circuito RLC paralelo, la corriente total a la frecuencia de alcanza un:

Máximo. Mínimo.

2. Cuál de las siguientes afirmaciones es verdad en un circuito RLC paralelo a

la frecuencia de resonancia?

IR = Ic. IR = IL. Ic = IL. Ic = -IL.

3. A la frecuencia de resonancia, la corriente a través de L y C es______

que la corriente total.

Menor. Mayor.

Igual. EB-103 20 -1

LECCIÓN No. 20: FILTROS RC PASABAJOS

OBJETIVOS


1. Graficar las curvas de respuesta de la frecuencia para un filtro pasabajos.

2. Determinar la frecuencia de corte de un filtro pasabajos a partir de valores medidos.

3. Determinar el desfasaje a la frecuencia de corte mediante mediciones.

DISCUSION

Ud. sabe que la reactancia de un capacitor disminuye proporcionalmente con el aumento de la frecuencia.

Si el capacitor está conectado como la carga de un divisor de tensión resistivo, la tensión de salida estará dada por:

Vsal =Vin 2

y

Vsal =Vin 2

Para este circuito, a baja frecuencia, la tensión de salida será igual a la tensión de entrada mientras que, a la frecuencia de corte, la tensión de salida es 0.707 veces la Vin con un cambio de fase de -45º.

A mayores frecuencias, veremos una rápida caída en la tensión de salida a medida que la frecuencia aumenta.

La frecuencia de corte (fc) es definida como la frecuencia a la cual Xc = R, la siguiente ecuación lo muestra:

fcorte

EB-103 20 -2

A frecuencias inferiores a la frecuencia de corte, Vsal puede calcularse por:

= (aproximadamente)

Cuando nos referimos a esta relación de tensiones, usaremos el término "atenuación".

Atenuación se expresa usualmente en decibeles, o "dB".

Note que las mediciones en decibeles son relaciones de tensión, no tensiones propiamente dichas. Para calcular decibeles, use la fórmula:

dB = 20*log , logaritmo base 10

En el caso del filtro pasabajos, Vsal es menor que Ven, lo cual da un valor negativo de dB.

La atenuación a la frecuencia de corte fc es -3dB, y la tensión de salida

disminuye por 20 .

En otras palabras, si la frecuencia se incrementa 10 veces, la relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada disminuye en 20 dB, o 10 a 1.

Si la frecuencia es 10 veces fc, la atenuación es -23 dB.

AUTOEXAMEN

1. Un filtro pasabajos está formado por R = 1 KΩ and C = 1 μF. La fcorte es:

150.2 Hz. 159.2 Hz. 169.1 Hz. 100.4 Hz.

2. Si construye un filtro pasabajos con R = 100 KΩ, y f(-3 dB) = 56 KHz.

El valor del capacitor será:

28.4 pF. 28.4 µF. 28.4 mF.

28.4 nF. EB-103 20-3

EQUIPO



PROCEDIMIENTO


2. Estudie el filtro RC pasabajos en esta figura.

Filtro RC pasabajos

EB-103 20-4


4. Fije el generador para obtener una onda seno de 4 Vp-p, 50 Hz. Mida y registre la tensión de salida y fase en esta tabla.

5. Incremente la frecuencia de 50 Hz a 700 Hz, registrando la tensión y fase en cada paso.

Frecuencia (Hz) Tensión Vsal (V) Angulo de fase (°)

50100150200300400700

Tensión de salida y fase

6. Encuentre la frecuencia a la cual la tensión de salida es 0.707 la tensión de entrada de 4 Vp-p.

Mida el ángulo de fase a dicha frecuencia. Ingrese sus resultados.

fcorte = _______(Hz) Angulo de fase = __________(o)

EB-103 20-5

7. Conecte el circuito usando C3 en lugar de C2, como se muestra.

Filtro pasabajos

8. Repita las mediciones para las frecuencias en esta tabla, desde 400 Hz a 4000 Hz, y regístrelos en la tabla.

Calcule la pérdida en dB para cada valor de frecuencia en la tabla.

Frecuencia (Hz) Vsal (V) Angulo de fase (°) Atenuación (dB)4008001000150030004000

Tensión de salida y fase

9. Encuentre la frecuencia a la cual la tensión de salida es 0.707 veces la tensión de entrada de 4 Vp-p, y mida el ángulo de fase a esa frecuencia.


fcorte =_________ (Hz) Angulo de fase =_______(o)

EB-103 20-6

10. De los datos de la segunda tabla; dibuje un gráfico, de pérdidas (en dB)versus frecuencia.

MODO de PRACTICAS

11. En este modo de operación del EB-2000, el circuito a prueba será modificado. 12. El valor de un componente en el filtro RC ha sido cambiado.

13. Encuentre la frecuencia en la cual la tensión de salida es 2.8 Vp-p para una entrada de 4 Vp-p, y mida el ángulo de fase a esa frecuencia.Ingrese sus resultados.

fcorte = _______(Hz) Angulo de fase =_________ (o)

14. Ud. ha completado el ejercicio del modo de prácticas.

PREGUNTAS de REPASO

1. El ángulo de fase para la frecuencia de 3 dB es:

30o 0o 180o 45o

2. Para un filtro pasabajos simple RC, la tensión de salida Vs. frecuencia es un

línea con una pendiente de:

+10 dB/década. +20 dB/década. -10 dB/década. -20 dB/década.

3. Si se aumenta la resistencia R en un filtro pasabajos:

Disminuye la frecuencia de corte. Aumenta la frecuencia de corte. No tiene efecto sobre la frecuencia de corte.

EB-103 21 -1

LECCIÓN No. 21: FILTROS RC PASAALTO

OBJETIVOS

Después de completar esta lección, usted podrá:

1. Graficar las curvas de respuesta en frecuencia para un filtro pasaalto.

2. Determinar la frecuencia de corte de un filtro pasaalto a partir de valores medidos.

3. Determinar el desfasaje a la frecuencia de corte con mediciones.

DISCUSION

Si un capacitor y un resistor son conectados como divisores de tensión, con la salida tomada desde el resistor, se crea un filtro pasaalto.

La tensión de salida será baja a frecuencias bajas (la atenuación es alta), y con frecuencias altas la salida será igual a la entrada.

La respuesta en frecuencia está dada por:

Vsal = Vin

y

La frecuencia de corte es definida como la frecuencia a la cual Xc = R, y puede ser calculada por:

fcorte =

AUTOEXAMEN

1. Un filtro pasaalto consistente en R = 1 KΩ y C = 1 μF.La fcorte es:

150.2 Hz. 159.2 Hz. 169.1 Hz. 100.4 Hz.

Vsal = Vin

EB-103 21 -2

2. Suponga que Ud. construyó un filtro pasaalto con R = 1 KΩ y f(-3 dB) a 56 kHz. El valor del capacitor es:

28.4 pF. 28.4 μF. 28.4 nF. 2.84 nF.

EQUIPO

El siguiente equipo es necesario para realizar el experimento:


PROCEDIMIENTO



Filtro RC pasaalto

EB-103 21 -3

3. Conecte C4 y R7 como se muestra, para formar un filtro pasaalto. Los valores de los componentes son 0.15 µF y 470Ω.

4. Prepare el generador de funciones para obtener una onda senoidal de 4 Vp-p. Mida la respuesta en frecuencia del filtro para los valores de frecuencias indicadas en la tabla.

Calcule la atenuación en dB para cada valor de frecuencia.

Frecuencia (Hz) Tensión Vsal (V) Attenuation (dB)5001000150020002500300040007000

Tensión de salida y atenuación

5. En cuentre la frecuencia para la cual la tensión de salida es 0.707 de la tensión de entrada 4Vp-p, y mida el ángulo de fase a esa frecuencia.

fcorte =______(Hz) Angulo de fase =_______ (o)

6. Dibuje un gráfico de pérdidas en dB Vs. frecuencia.

EB-103 21 -4

MODO de PRACTICAS

7. En esta parte del experimento, el circuito bajo prueba será modificado.

8. Un resistor ha sido conectado en serie con el circuito RC.

9. Mida e ingrese la nueva frecuencia de corte de la combinción C4 - R7.

fcorte = ______(Hz)

10. Ud. ha completado los ejercicios del modo de prácticas.

El circuito original ha sido reestablecido. El resto de la lección contiene preguntas de repaso.

PREGUNTAS de REPASO

1. El ángulo de fase en la frecuencia de corte es:

30o 0o 180o 45o

2. Las frecuencias de corte de un filtro pasaalto (HPF) y un filtro pasabajos

(LPF) con idénticos componentes son:

Igual. fHPF > fLPF fHPF < fLPF.

3. El aumentar la capacitancia en un filtro pasaalto:

Disminuye la frecuencia de corte. Incrementa la frecuencia de corte. No tiene efecto en la frecuencia de corte.

EB-103 22 -1

LECCIÓN No. 22: FILTROS RL PASABAJOS

OBJETIVOS

Después de finalizar esta lección, usted podrá:

1. Graficar las curvas de respuesta en frecuencia para un filtro pasabajos.

2. Determinar la frecuencia de corte de un filtro pasabajos desde los valores medidos.

3. Medir el desfasaje a la frecuencia de corte.

4. Calcular la atenuación en decibeles.

DISCUSION

Cuando un inductor y un resistor son conectados en serie como un divisor de tensión, y la salida es tomada a través del resistor, se forma un filtro pasabajos.

La respuesta en frecuencia es dada por:

=

y

=

La frecuencia de corte es calculada con:

fcorte =

AUTOEXAMEN

1. Un filtro pasabajos formado por R = 1 KΩ y L = 1 mH, la fcorte es:

150.2 kHz. 159.2 kHz. 169.1 kHz. 100.4 kHz.

EB-103 22 -2

2. Suponga que tiene que construir un filtro pasabajos con f(-3 dB) = 20 kHz y R = 10 KΩ. El valor del inductor debe ser:

795 mH. 79.6 mH. 7.95 mH. 0.795 mH.

EQUIPO


Módulo EB-2000 Circuito impreso EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones

PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta impresa EB-103 en las guías hasta conectarla al EB-2000.

2. Estudie el RL circuito de filtro pasabajos.

Filtro RL pasabajos

EB-103 22 -3

3. Conecte L3 y R7 para formar un filtro pasabajos.

4. Prepare el generador para obtener una onda senoidal con una amplitud de 4 Vp-p.

Mida la respuesta en frecuencia del filtro para los valores de frecuencia indicados en la tabla. Calcule la atenuación en dB.

Frecuencia (kHz) Vsal (V) Atenuación (dB)12

2.5345101520


5. Encuentre la frecuencia a la cual la tensión de salida es 0.707 de la tensión de entrada 4 Vp-p. Mida el ángulo fase a esa frecuencia.

fcorte =__________(Hz) Angulo Fase =________(o)

6. Grafique, la atenuación en dB Vs. frecuencia.

EB-103 22 -4

PREGUNTAS de REPASO

1. Incrementar la frecuencia de la señal del generador en un circuito RL:

Incrementa XL. Disminuye XL. XL es independiente de la frecuencia.

2. La reactancia del inductor se incrementa con la frecuencia.

En un circuito RL serie, L = 1 mH, R = 1 KΩ. La frecuencia a la cual XL = R es:

15.915 kHz. 159.2 kHz. 1.59 MHz. 1.591 kHz.

3. Incrementar la resistencia R en un filtro pasabajos:

Disminuye la frecuencia de corte. Incrementa la frecuencia de corte. No tiene efecto en la frecuencia de corte.

4. La intensidad de la corriente en un circuito RL __________ cuando la

frecuencia aumenta.

Incrementa. Disminuye. Permanece constante.

EB-103 23 -1

LECCIÓN No. 23: FILTROS RL PASAALTO

OBJETIVOS

Después de finalizar esta lección, usted podrá:

1. Graficar la curva de respuesta en frecuencia para un filtro pasaalto.

2. Determinar la frecuencia de corte de un filtro pasaalto con mediciones.

3. Medir el desfasaje a la frecuencia de corte.

4. Calcular la atenuación en decibeles.

DISCUSION

Cuando un inductor y un resistor son conectados en serie como un divisor de tensión, con la salida sobre el inductor, se forma un filtro pasaalto.

La respuesta en frecuencia está dada por:

=

y

=

La frecuencia de corte se puede calcular con:

fcorte =

AUTOEXAMEN

1. Un filtro pasaalto formado con R = 1 KΩ y L = 1 mH, la fcorte es:

150.2 kHz. 159.2 kHz. 169.1 kHz. 100.4 kHz.

EB-103 23 -2

2. Suponga que construye un filtro pasaalto con f(-3 dB) = 20 kHz, R = 100 KΩ. El valor del inductor es:

796 nH. 79.6 mH. 7.96 mH. 796 mH.

EQUIPO


Módulo EB-2000 Plaqueta impresa EB-103 Osciloscopio de doble trazo Generador de funciones

PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta EB 103 hasta conectarla al PUZ 2000.


Filtro RL pasaalto

EB-103 23 -3

3. Conecte L1 y R4 para formar un filtro pasaalto.Los valores de los componentes son: L1 = 10 mH, R4 = 470Ω.

4. Prepare el generador de funciones para obtener un señal senoidal con una amplitud de 4 Vp-p.

Mida la respuesta en frecuencia del filtro para los valores de frecuencia indicados en la tabla. Calcule la atenuación en dB.

Frecuencia (kHz) Vsal (V) Atenuación (dB)1234

EB-103 23 -4

Frecuencia (kHz) Vsal (V) Ganancia (dB)568910152030


5. Grafique, pérdida en dB Vs. frecuencia.

PREGUNTAS de REPASO

1. La relación entre la frecuencia de corte de un filtro pasabajos (LPF) y un filtro pasaalto (HPF) con los mismos valores de componentes es:

fLPF = fHPF. fLPF > fHPF. fLPF < fHPF. fLPF = 2*fHPF.

2. La ganancia aproximada para un filtro RL pasaalto para muy alta

frecuencia (f >> fcorte) es:0 1 0.5 -1

3. Con refernecia a la respuesta en frecuencia de un filtro en este experimento.

La pendiente de la ganancia puede definirse como:

4. En baja frecuencia, muy por debajo de la frecuencia de corte, la pendiente de la ganancia será:

Negativa y constante. 0

Positiva y constante. EB-103 24 -1

LECCIÓN No. 24: FILTROS PASABANDA

OBJETIVOS

Después de completar esta lección, usted podrá:

1. Graficar la respuesta en frecuencia para un filtro pasabanda a partir de valores medidos.

2. Comparar la respuesta de la frecuencia de un Filtro pasabanda para diferentes valores de los componentes del circuito.

DISCUSION

Un filtro pasabanda se usa frecuentemente para dejar pasar frecuencias dentro de una banda, mientras se rechazan todas las demás frecuencias.

En este experimento y en los posteriores, probaremos dos tipos de filtros pasabanda: el primero consta de un circuito sintonizado en paralelo, alimentado por un resistor, y el segundo por una red RC conocida como "Puente de Wien".

Medimos previamente las características de un circuito sintonizado paralelo, y observamos que su impedancia es alta a la frecuencia de resonancia, y está dada por:

Frecuencia Resonante =

El ancho de banda (AB) entre ambos puntos de 3 dB viene dado por:

Ancho de banda =

Note que el circuito paralelo es usado como parte de un divisor de tensión, con un resistor formando la otra parte. El resistor controla el factor Q del circuito sintonizado, como lo haría un resistor en paralelo.

AUTOEXAMEN

1. La frecuencia de resonancia en un circuito RLC depende de:

Valores de R y C. Valores de R y L. Valores de C y L.

Valores de C, L, y R. EB-103 24 -2

2. Vsal a la frecuencia de resonancia:

Alcanza su valor máximo. Alcanza su valor mínimo. Es la mitad de su valor máximo.

3. El factor Q del circuito se incrementa cuando:

El valor del resistor en "paralelo" aumenta. El valor del resistor en "paralelo" disminuye. El valor del inductor aumenta. El valor del capacitor disminuye.

EQUIPO



PROCEDIMIENTO



Filtro pasabandaEB-103 24 -3

3. Conecte R9 (2.2 KΩ), L5 (10 mH) y C7 (0.15 µF) como un filtro pasabanda (BPF).

4. Prepare el generador de funciones para obtener una onda seno de 1V en la entrada del filtro. Mida la respuesta de la frecuencia del filtro para un rango de frecuencias de 1 kHz a 20 kHz. Registre sus resultados en la tabla.

5. Calcule y anote la ganancia, en dB, para cada lectura.

Frecuencia (kHz) Vsal (C7)(V)

Ganancia (dB)

11.5 22.534568101520

BPF Respuesta en frecuencia

EB-103 24 -4


Ganancia (dB)

11.5 22.5345681015203050


6. Desconecte C7 y reemplacela por C8 (0.015 µF). Repita la medición de la respuesta de la frecuencia y registrela en la tabla para frecuencias de hasta 50 kHz.

7. Calcule y anote la ganancia en dB para cada lectura. Grafique los resultados de Vsal de la tabla, semilogarítmico (o en escala común si trabaja con dB).

PREGUNTAS de REPASO

1. Incrementando el valor del capacitor en un circuito RLC:

Aumenta la frecuencia de resonancia. Disminuye la frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia es independiente de C.

2. Disminuir el valor del capacitor:

Disminuye la ganancia pico. Aumenta la ganancia pico. La ganancia pico es independiente del valor del capacitor.

EB-103 25 -1

LECCIÓN No. 25: PUENTE de WIEN

OBJETIVOS Después de completar esta lección, usted podrá:

1. Determinar la respuesta en frequencia de un filtro puente de Wien.

2. Determinar el ancho de banda de un filtro puente de Wien.

DISCUSION

En este experimento, Ud. medirá las características de una red tipo puente de Wien.

Este circuito, formado por dos resistores y dos capacitores iguales, actúa como un circuito sintonizado en paralelo con un factor Q = 1/3 y una frecuencia de resonancia dada por:

Frecuencia de resonancia =

AUTOEXAMEN

1. La frecuencia de resonancia en un puente de Wien depende de:

Solamente los valores de los resistores. Solamente los valores de los Capacitores. Los valores de R y C, en serie. Los valores de R y C, en paralelo. Los valores de los componentes en el circuito.

2. El factor Q en un puente de Wien:

Aumenta cuando C aumenta. Aumenta cuando R aumenta. Es independiente de valores RC. Disminuye cuando R y C aumentan.

EB-103 25 -2

EQUIPO


Módulo EB-2000 Plaqueta impresa EB-103 Osciloscopio de doble trazo. Generador de funciones

PROCEDIMIENTO


2. Estudie el circuito del puente de Wien.

Filtro puente de Wien

3. Conecte el filtro puente de Wien, como se muestra en la próxima pantalla.

Los componentes en la red son C1, R1, C3 y R3.

Los capacitores son 0.15 µF y los resistores 1 KΩ cada uno.

EB-103 25 -3

4. Prepare el generador de funciones para obtener una onda seno de 2 Vp-p en la entrada del filtro. Mida la respuesta en frecuencia del filtro para un rango de frecuencias de 50 Hz a 10 kHz y regístrela.

5. Calcule e ingrese la ganancia en decibeles para cada lectura.


Ganancia (dB)

5070

1001502000.51234510


6. Grafique los resultados de la tabla semi-log.

EB-103 25 -4

PREGUNTAS de REPASO

¡Mire nuevamente el circuito antes de responder las preguntas de repaso!

Filtro tipo puente de Wien

Suponga que C = 1 nF y R = 22 KΩ.

1. La frecuencia de resonancia es:

5360 Hz. 7238 Hz. 8990 Hz. 9543 Hz.

2. El factor Q de un filtro RLC es ______________ el factor Q de un filtro

tipo puente de Wien.

Siempre menor que Siempre mayor que Igual a Mayor, menor o igual a

EB-103 26 -1

LECCIÓN No. 26: CARACTERISTICAS de los TRANSFORMADORES

OBJETIVOS Al completar esta lección, Ud. podrá:

1. Determinar la relación de transformación de un transformador mediante mediciones.

2. Conectar los secundarios de transformadores en configuraciones serie-aditivas y serie-sustractiva.

3. Determinar la respuesta en frecuencia de transformadores.

4. Determinar el ancho de banda de transformadores.

DISCUSION

Cuando una tensión alterna es aplicada a un bobinado produce un campo magnético alterno.

Inversamente, si un campo magnético alterno pasa a través de un bobinado, producirá una tensión alterna.

Cuando los dos bobinados se montan de modo tal que todo el campo magnético producido por el primer bobinado pasa a través del otro bobinado, entonces el aparato resultante se conoce como transformador. El primer bobinado es llamado "primario", y el segundo es llamado "secundario".

La tensión en el secundario depende de la relación de vueltas del transformador.

FORMULAS

La tensión en el bobinado primario viene dada por:

Vs = Vp

donde:

Vp - La tensión en el bobinado primario.Vs - La tensión en el bobinado secundario.Np - Número de vueltas primarias.Ns - Número de vueltas secundarias.

EB-103 26 -2

La corriente en el bobinado primario es:

Ip = Is

Si el número de vueltas primarias es Np, y Ns es el número de vueltas secundarias, entonces la tensión de salida es:

Vs = Vp

El transformador puede tener más de un bobinado secundario, en cuyo caso la fórmula anterior se aplica a cada uno de ellos.

Si no hay pérdidas, la potencia de salida de un transformador debe ser igual a la potencia de entrada.

Se deduce que la corriente primaria viene dada por:

Ip = Is

para un transformador con un solo bobinado secundario.

AUTOEXAMEN

Suponga que Ns = 100, Np = 10 y Vp = 22 Volt.

1. La tensión de salida del transformador es:

22 Volt. 2.2 Volt. 220 Volt.

Suponga que Ns = 100, Np = 10 e Ip = 0.2 A.

2. La corriente de salida del transformador es:

20 mA. 200mA. 2 mA.

EB-103 26 -3

EQUIPO



PROCEDIMIENTO

1. Deslice la plaqueta EB-103 en las guías, hasta conectarla al EB-2000.

2. Estudie el circuito básico del transformador.

El Transformador

3. Conecte el generador de funciones al primario de T1 como se muestra.Ajuste el generador para proporcionar 2 Vp-p a 1000 Hz.

EB-103 26 -4

4. Mida la tensión de salida del secundario 1 (3 a 4), y secundario 2 (5 a 6).


Vs1 = ______(V)

Vs2 = ______(V)

5. Mida la tensión de salida del transformador (puntos 3 a 6), con los secundarios conectados en "serie aditiva" (conecte 4 con 5).

Ingrese su resultado.

V(serie aditiva) = _______(V)

6. Conecte en "serie sustractiva" (conecte 4 con 6) y mida la tensión de salida entre 3 y 5.

Ingrese su resultado.

V(serie sustractiva) =______(mV)

7. Desconecte 4 de 6 y conecte el osciloscopio a la salida del secundario 2 (sin carga).

Varíe la frecuencia del generador y mida la respuesta en frecuencia del transformador en el rango de 50 Hz a 50 kHz, de acuerdo a los valores de la tabla.

EB-103 26 -5

Introduzca sus resultados.

Frecuencia (Hz) Vs sin carga(V)

Ganancia (dB)

501002005001K


8. Calcule tensión de salida Vs (en decibeles) relativa a la tensión de salida a 1 kHz.

Frecuencia (Hz) Vs sin carga(V)

Ganancia (dB)

51050100


Grafique la tensión Vs de salida (dB) Vs. frecuencia.

9. Conecte R14 (300Ω) al secundario 2 y repita los pasos para medir la tensión de salida del transformador cargado.

Introduzca sus resultados.

Frecuencia (Hz) Vs con carga(V)

Ganancia (dB)

501002005001K


Calcule Vs en decibeles relativa a la tensión de salida en 1 kHz.

EB-103 26 -6

Frecuencia (Hz) Vs con carga(V)

Ganancia (dB)

51050100


Grafique, la tensión Vs de salida (dB)versus frecuencia. Compare las dos tablas de mediciones.

10. Calcule la relación de vueltas del transformador entre el bobinado primario y el bobinado secundario.

PREGUNTAS de REPASO

1. Colocando una carga en el bobinado secundario:

Aumenta la tensión secundaria. Disminuye la tensión secundaria. No afecta la tensión secundaria. Aumenta la tensión primaria.

2. Colocando una carga en el bobinado secundario:

Disminuye el rango utilizable de frecuencias. Aumenta el rango utilizable de frecuencias. No afecta el rango de frecuencias.

3. Conectando los secundarios en serie aditiva:

Aumenta la tensión de salida.

Disminuye la tensión de salida. No afecta la Vsal.

EB-103 27 -1

LECCIÓN No. 27: ADAPTACION de IMPEDANCIAS


1. Determinar la impedancia primaria de un transformador mediante mediciones.

2. Determinar la potencia de entrada y de salida de un transformador.

3. Usar transformadores como dispositivos para adaptar impedancias.

DISCUSION

En la lección previa, verificamos que la relación entre la tensión primaria y secundaria en un transformador es igual a la relación de vueltas, y la relación de las corrientes es inversamente proporcional a la relación de vueltas.

Ya que la impedancia viene dada por:

Z =

Se deduce que la impedancia primaria puede encontrarse a partir de:

2

Zp = Zs x 2

AUTOEXAMEN

1. La relación entre la impedancia primaria y secundaria es proporcional a:

La relación Ns / Np La relación Np / Ns (Np / Ns)2 (Ns / Np)2

2. Suponga que Ns = 100, Np = 10 y Zp = 10Ω; Zs es:

100Ω 1 KΩ 10Ω 1Ω

EB-103 27 -2

EQUIPO



PROCEDIMIENTO

1. Coloque la plaqueta EB-103 en las guías, y conéctela al EB-2000.


Adaptación de impedancias

3. Conecte el circuito formado por R13, T1 y R14.

EB-103 27 -3

4. Prepare el generador de funciones para obtener una onda seno de 2 Vp-p, 1000 Hz.

Usando un canal de su osciloscopio mida la tensión en R14. Registre su medición.

V(R14) = __________(V)

5. Utilizando el osciloscopio en modo diferencial, mida la tensión en bornes de R13 y la tensión en el bobinado primario del transformador. Ingrese sus resultados.

V(R13) =______(V)

Vp =_______ (V)

6. Desconecte R14 y conéctela a los puntos 3 y 6 del transformador. Conecte 4 con 5 (Conexión serie aditiva).

7. Repita las mediciones en los bornes de R14, R13 y el bobinado primario. Ingrese sus mediciones.

VR14 = ______(V)

VR13 = ______(V)

VP = _______(V)

EB-103 27-4

8. Calcule la corriente que circula en el primario, a partir de la tensión en bornes de R13, medida en el paso 5. Luego encuentre la potencia en el bobinado primario y la impedancia de entrada utilizando Vp.

Ip = = ______ * 1000 = ______(mA) (p-p)

Wp = Vp * Ip = ______* ______ = ______(mW)

Zp = = =________Ω

9. Calcule la potencia en R14 a partir de V(R14).

Ws = W(R14) = V(R14)2 / R14

=( ______2 / 300 ) x 1000 = __________(mW)

10. Utilice los resultados de los pasos 6 y 7 para calcular la potencia en los bobinados primario y secundario, y la impedancia del primario a partir de los valores medidos.

VR14 =______V, VR13 = _______V and Vp =_________V

(además: R13 = 620Ω, R14 = 300Ω)

Wp = Ip * Vp = *Vp = ________(mW)

Ws = WR14 = (VR14)2 / R14 =_______(mW)

Zp = = = ________(Ω)

MODO de PRACTICA

11. En esta parte del experimento el circuito puesto a prueba será modificado.

EB-103 27-5

12. Mida la tensión en bornes de R13 y de ambos arrollamientos.

Nota: Las conexiones son las mismas que las del paso 5 (desconectando la conexión "serie aditiva").

V(R13) =_________(V)

Vp = __________(V)

Vs = __________(V)

13. ¿Cuál fué el cambio en el circuito?

R13 incrementó. R13 disminuyó. R14 incrementó. R14 disminuyó.

14. Ud. ahora ha completado el ejercicio en modo prácticas.

PREGUNTAS de REPASO

Estudie el circuito del transformador.

1. ¿En el circuito recientemente mostrado, cuándo la potencia entregada a la carga está en su máximo?

La impedancia primaria Zp es cercana a la impedancia de entrada R13. La impedancia primaria Zp es mucho mayor que R13. La impedancia primaria Zp es mucho menor que R13. La potencia permanece constante.

EB-103 27-6

2. Los valores de Zp y Zs son:

Zp = 1 KΩ Zs = 10 KΩ Zp = 100 Zs = 1 KΩZp = 100 Zs = 10 KΩ Zp = 10 KΩ Zs = 10 KΩ

EB-103 28 -1

LECCIÓN No. 28: DIAGNOSTICO- PREPARACION


1. Determinar las tensiones y formas de onda de circuitos en CA.

2. Probar las distintas etapas de un circuito y localizar una etapa defectuosa.

3. Localizar una falla dentro de una etapa defectuosa.

DISCUSION

En esta lección, Ud. interconectará varios circuitos para simular un circuito real.

Alguno de los circuitos que ud. ha encontrado durante los diferentes experimentos en este curso estarán interconectados, para producir un sistema para las actividades de diagnóstico.

Para diagnosticar problemas de un equipo electrónico, Ud. debe familiarizarse con los valores de los parámetros presentes cuando el sistema está operando apropiadamente.

Al realizar estas mismas mediciones en un sistema con fallas, una desviación significativa en cualquier parámetro indica que existe una falla en el sistema sometido a prueba.

Las fallas son localizadas por testeo de cada etapa del sistema a prueba, para determinar si la tensión de salida o algún otro parámetro es similar a aquel del sistema que funciona correctamente.

El seguimiento de señales puede empezar a la entrada de un sistema. La señal obtenida en cada etapa es medida de acuerdo a la circulación de la señal, y es comparada con los valores medidos para un sistema en perfecto estado de funcionamiento.

Una metodología alterna comienza con la medición de la salida del sistema y luego progresa en sentido inverso midiendo la salida de cada etapa del circuito.

EB-103 28 -2

Una vez que la etapa con fallas ha sido hallada, hay que realizar una serie de mediciones en el circuito sospechoso para poder aislar la falla concreta.

En esta lección, Ud. realizará todas las mediciones necesarias para preparse para los ejercicios de Diagnóstico en las próximas dos lecciones.

EQUIPO



PROCEDIMIENTO


2. Estudie el diagrama esquemático de diagnóstico.

3. Arme el circuito como se muestra:

EB-103 28 -3

4. Conecte el generador de señales a IN1 para producir una onda seno de 4 Vp-p, 2 kHz.

5. Mida la señal de entrada con el canal 1 del osciloscopio.

6. Mida todos los puntos de prueba de tensión marcados del 2 al 7 con el canal 2 del osciloscopio.

Registre sus resultados en la tabla de la próxima pantalla .

Puntos de Prueba Lugar Amplitud en Vp-p1 Gen. de señal2 T1 Primario3 R14

4 C3

5 Amp. Buffer6 R7

7 R11

7. Registre las formas de onda y amplitudes.Una exactitud de ±15 % es suficiente.Dibuje cada forma de onda con respecto a Vin1.

Nota: Si dispone de una impresora, Ud. puede imprimir la tabla presionando el ícono de impresión.

8. La etapa defectuosa tendrá una señal de entrada válida. Sin embargo,la forma de onda de la tensión de salida medida será diferente de las formas de onda que Ud. ha dibujado anteriormente.

EB-103 29 -1

LECCIÓN No. 29: DIAGNOSTICO- PRUEBA

OBJETIVOS Luego de una breve discusión sobre la forma apropiada para el diagnóstico, se le asignará una prueba la cual consiste en cuatro fallas escogidas al azar.

DISCUSION

En esta Prueba, se evaluará su habilidad para el diagnóstico.

Ud. interconectará varias etapas para formar un circuito de CA completo. Para realizar un procedimiento adecuado para resolver problemas, Ud. debe conocer las tensiones en lugares clave de las diversas etapas de un circuito que opere en forma correcta. Si no se obtiene la tensión apropiada, esto es una señal de que existe una falla en el circuito.

Ud. necesitará los valores típicos de los puntos de prueba que ha medido anteriormente, y las formas de onda que dibujó en la lección anterior.

El procedimiento apropiado de Resolución de problemas es seguir las tensiones claves a lo largo del circuito y compararlos con las tensiones medidas en un circuito en perfecto funcionamiento.

El nodo al cual está conectado el componente en falla tendrá un valor anormal de tensión o forma de onda.

Una serie de mediciones cerca al nodo sospechoso pueden aislar la anomalía actual y el componente defectuoso. Para anunciar sus hallazgos, simplemente haga clic con el mouse sobre la descripción apropiada de la falla en la tabla de fallas del EB-103.

En el modo de Prueba, la unidad EB-2000 inserta, de modo aleatorio, cuatro fallas.

Si la falla no es localizada en un lapso de 20 minutos, el código de la falla correcta es mostrado.

Se permiten hasta 3 intentos. Hay una penalización de 8 puntos por cada intento incorrecto.

Un bono de 4 puntos se añade si se encuentran las cuatro fallas sin ningún intento incorrecto en un lapso de 20 minutos.

EB-103 29 -2

EQUIPO

El siguiente equipo es necesario para la realización del diagnóstico-prueba:


PREPARACION

Estudie el circuito que Ud. ya armó y probó.

Si el circuito no está armado, conéctelo como se muestra:

EB-103 29 -3

DESCRIPCION de FALLAS

Componente Descripción de la FallaR1 R aumentó 8 vecesR1 R cayó a la mitadR14 R aumentóR14 R disminuyóC3 C se duplicóC3 C cayó a la mitadR7 R aumentóR7 R disminuyóR10 R aumentóR10 R disminuyó

EB-103 30 -1

LECCIÓN No. 30: MARATON de DIAGNOSTICO

OBJETIVOS En esta lección, Ud. realizará una maratón de diagnóstico, con fallas insertadas al azar.

DISCUSION

En esta Prueba, se evaluará su habilidad para el diagnóstico.

Ud. interconectará varias etapas para formar un circuito de CA completo. Para realizar un procedimiento adecuado para resolver problemas, Ud. debe conocer las tensiones en lugares clave de las diversas etapas de un circuito que opere en forma correcta. Si no se obtiene la tensión apropiada, esto es una señal de que existe una falla en el circuito.

Ud. necesitará los valores típicos de los puntos de prueba que ha medido anteriormente, y las formas de onda que dibujó en la lección No. 28.

El procedimiento apropiado de diagnóstico es seguir las tensiones claves a lo largo del circuito y compararlos con las tensiones medidas en un circuito en perfecto funcionamiento.

El nodo al cual está conectado el componente en falla tendrá un valor anormal de tensión o forma de onda.

Una serie de mediciones cerca al nodo sospechoso pueden aislar la anomalía actual y el componente defectuoso. Para anunciar sus hallazgos, simplemente haga clic con el mouse sobre la descripción apropiada de la falla en la tabla de fallas del EB-103.

En el modo Maratón de Diagnóstico, todas las fallas son insertadas automáticamente, una a la vez, de una manera aleatoriamente cíclica.

Luego de insertadas todas las fallas, son seleccionadas nuevamente en un orden diferente. A diferencia del modo Prueba, la respuesta correcta no es mostrada luego de varios intentos incorrectos.

La sesión puede consistir de hasta 99 intentos o durar hasta 99.9 minutos.

Cuando encuentre la falla sospechosa, refiérase a la tabla de fallas para seleccionar la descripción más apropiada.

EB-103 30 -2

EQUIPO



PREPARACION

Estudie el circuito que Ud. ya armó y probó:

Si este circuito no está conectado, conéctelo como se muestra:

EB-103 30 -3

DESCRIPCION de FALLAS

Componente Descripción de la FallaR1 R aumentó 8 vecesR1 R cayó a la mitadR14 R aumentóR14 R disminuyóC3 C se duplicóC3 C cayó a la mitadR7 R aumentóR7 R disminuyóR10 R aumentóR10 R disminuyó

Eb103 Student Spn

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