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FUENTE DE TENSIÓN CONTINUA 1. PROBLEMAS 1. Determinar la fuerza electromotriz de una fuente de tensión. 2. Determinar la resistencia interna de una fuente de tensión. 3. Determinar el valor de la resistencia de carga para lograr la máxima transferencia de potencia de la fuente de tensión. 4. Construir un diagrama de potencia de una fuente de tensión. 2. CONCEPTOS RELACIONADOS La fuente de tensión produce una diferencia de potencial entre dos puntos. Las fuentes de tensión se pueden representar por un circuito equivalente que consiste a una fuerza electromotriz (E) conectada en serie con la resistencia interna de la fuente (ri)

Fig. 1: Circuito para medir la tensión y corriente de una fuente de tensión

Si la fuente de tensión se conecta a una resistencia externa, denominada resistencia de carga (RL), de acuerdo a la ley de Ohm se tiene que:

(1)

y la tensión de salida (V) entre los puntos está dada por: (2)

Existe una relación lineal entre la tensión de salida (V) y la corriente (I). La resistencia de carga se determina por la razón entre la tensión de salida (V) y la corriente (I). Esto es:

(3)

Se distinguen tres tipos de carga: Sin carga (Tensiones iguales) En circuito abierto, la resistencia de carga es infinita, la corriente no fluye y no hay caída de tensión en ri, la tensión de salida es igual a la fuerza electromotriz.

V=E, I=0 y riI =0 Cortocircuito (Corrientes iguales) La resistencia externa es igual a cero (RL = 0), la caída de tensión en la resistencia interna es E, tal que V = 0. La corriente de cortocircuito Ic esta dada por:

(4)

Potencias iguales (Resistencias iguales) La resistencia externa es igual a la resistencia interna, (RL = ri), para este caso tenemos que:

y

Para construir los diagramas de potencias de una fuente de tensión, las mediciones se normalizan con las características (E, Ic, ri) de la fuente de tensión. Esto es, de las ecuaciones (1) y (4) se obtiene:

(5)

de la ecuación (2) se obtiene:

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(6)

o de (5)

(7)

La potencia absorbida por la resistencia externa está dada por: (8)

Esta se normaliza con la potencia absorbida por la resistencia interna cuando se produce el cortocircuito:

(9)

Por consiguiente tenemos que:

(10)

Fig. 2: Diagrama de potencias de una fuente de una tensión

3. METODOLOGÍAS Y TÉCNICAS Principio de funcionamiento del equipo La tensión y la corriente en los puntos de salida de una fuente de tensión, dependen de la resistencia de carga. La tensión de salida se mide como una función de la corriente para diferentes valores de la resistencia de carga. Se determina la resistencia interna, la fuerza electromotriz, el valor de la resistencia para la máxima transferencia de potencia y se construyen los diagramas de potencias.

Fig. 3: Circuito de medición 4. PROCEDIMIENTO Disponer el circuito como se muestra en la fig. 3. Por razones de seguridad, la fuente de tensión estará constituida, por la fuente de tensión continua conectada en serie a una resistencia de 2 ohm, y a la resistencia interna resultante le llamamos Ri = ri + 2. Seleccionar una tensión de salida de 2 V.

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El rango del voltímetro deberá estar en 3V y el rango del amperímetro en 10A. Colocar el cursor del reóstato en el extremo de máxima resistencia. Encender la fuente de tensión y anotar los valores de V y de I. Mover el cursor del reóstato lentamente de un extremo a otro, tomando los datos respectivos de V e I para cada posición del cursor. 5. DISPOSITIVOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES 1 fuente de tensión, 2V DC 1 voltímetro, multitester analógico 3V DC 1 amperímetro, multitester digital 10A 1 resistencia de 2 ohm 3 cajas de resistencias variables (décadas) Cables de conexión