Informe Laboratorio Nº2 1 Circuitos Electronicos

8/15/2019 Informe Laboratorio Nº2 1 Circuitos Electronicos

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LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRONICOS

Objetivos:

Comprobar experimentalmente, el comportamiento de una carga resistiva,

inductiva y capacitiva a la variacion de frecuencia, de circuitos de 1er y 2do

orden en serie en estado estable en circuitos AC.

Interpretar valores calculados y medidos en la solucion de circuitos ac, con

cargas resistiva, inductiva y capacitiva

Fundamento teorico:

CIRCUITOS EN CORRIENTE ALTERNA

Se le denomina corriente alterna a la que periódicamente cambia de sentido.

Si la frecuencia es de 60Hz, la dirección del movimiento de los electrones

cambia 120 veces por segundo. Esta corriente es la que se usa en casas,

fábricas y oficinas. Representa 90% de la que se consume en el mundo.

Sirve para las mismas aplicaciones que la corriente continua, pero es mas fácil y

barata su transmisión, ya que como recorre grandes distancias, puede enviarse

a voltajes de miles de cientos de volts y baja intensidad de corriente, con lo que

se pierde muy poca energía por calentamiento del conductor. Al llegar a su

destino solo se requiere que actué un transformador para reducir voltaje e

incrementar su intensidad para que se aproveche en aparatos domésticos y

maquinas industriales.

Los receptores en corriente alterna (c.a.) se pueden comportar de 3 formas

diferentes.

Receptores Resistivos puros: Solo tienen resistencia pura. Se llaman

receptores R.

Receptores Inductivos puros: Solo tienen un componente inductivo puro

(bobina). Se llaman L.

Receptores Capacitivos puros: Solo tienen un componente capacitivo

(condensadores). Se llaman C.

Tener en cuenta es que en CORRIENTE ALTERNA las ondas de las tensiones y

las intensidades son ondas senoidales y están desfasadas, es decir cuando

empieza la onda de la tensión, la onda de la intensidad empieza más tarde

(excepto en los resistivos).



En la gráfica anterior la onda de la tensión está adelantada 30º respecto a la

onda de la intensidad. Esto es lo que hace a los circuitos en alterna diferentes a

los de corriente continua (c.c.).

Es por esto que las tensiones, intensidades, etc. deben de tratarse como

vectores, en lugar de números enteros.

Este ángulo de desfase se llama ρ (fi) y el cose ρ se conoce como factor de

potencia (más adelante lo veremos).

CIRCUITOS RC

Un circuito de resistencia-capacitor (R-C) en serie es aquel en donde se unen

una o varias resistencias (R) y uno o varios capacitores (C) a un dispositivo que

le suministra corriente alterna.

CIRCUITOS RL

Un circuito resistencia-inductor (R-L) de corriente alterna en serie es aquel en el

cual se unen una o varias resistencias (R) a uno o varios inductores (L) y a un

dispositivo que les suministra corriente alterna.

CIRCUITOS RLC

Debido a que tanto el inductor como el capacitor se oponen siempre al flujo de la

corriente, el ángulo de fase (Ø) de los circuitos R-L-C de corriente alterna en

serie es negativo cuando Xc>XL (reactancia capacitiva sea mayor que

reactancia inductiva), por lo que la corriente estará adelantada respecto a la

tensión, positivo cuando Xc<XL.



Los circuitos de corriente alterna se suelen utilizar otros elementos

además de las resistencias óhmicas. Supongamos que existan, conectadas en

serie con una resistencia R , una bobina L y un condensador C . Al aplicar una

tensión alterna a los extremos de dicho circuito en serie, se establece, una vez

desaparecidos los efectos transitorios de corta duración, una corriente

estacionaria que viene expresada por: En la que se pone claramente de manifiesto que la frecuencia f = /2 de la

intensidad es la misma que la correspondiente a la tensión, pero que la

intensidad está desfasada en un ángulo (ángulo de desfase o desfase)

respecto a la tensión.

Los valores instantáneos de una intensidad de corriente, f.e.m. o

diferencia de potencial alternas, varían de un modo continuo desde un valormáximo en un sentido, pasando por cero, hasta un valor máximo en el sentido

opuesto, y así sucesivamente. El comportamiento de un determinado circuito en

serie queda expresado por los valores máximos de la intensidad (I m) y de la

tensión (V m) (también del valor del desfase φ), pero es mucho más interesante

estudiar los circuitos de corriente alterna en función de los valores eficaces , l ef y

V ef , en lugar de los valores máximos, porque los valores que se miden con los

voltímetros y amperímetros de c.a. son precisamente los eficaces.

La intensidad ef icaz de una corriente alterna se define como el valor de la

intensidad de una corriente continua que desarrollase la misma cantidad de calor

en la misma resistencia y en el mismo tiempo. Se demuestra que

√

y análogamente, la tensión eficaz ,

√

De ahora en adelante, se interpretará que las letras I y V sin subíndiceshacen referencia a los valores eficaces de las magnitudes correspondientes.

La intensidad máxima I m está relacionada con la tensión máxima V m por

una expresión que tiene la misma forma que la que expresa la ley de Ohm

para corrientes continuas

denominándose la magnitudZ

,impedancia

del circuito, que es unageneralización de la resistencia R de la ley de Ohm en corriente continua.



Naturalmente, dividiendo los dos miembros de (6) por 2 , se obtiene para los

valores eficaces.

La relación que existe entre la impedancia Z del circuto RLC en serie y las

características R , L y C de los tres elementos considerados es

( ) Que, introduciendo las siguientes simplificaciones,

Se escribe

√

Por otra parte, el desfase , viene dado por la expresión

La magnitud X recibe el nombre de reactancia; X L y X C son la reactancia

inductiva o inductancia y la reactancia capacitiva o capacitancia. Tanto la

impedancia como la reactancia se miden en ohmios



MATERIALES

Protoboard

fuente de alimentación AC: 6.5 V a 60 Hz

multímetro AC

Resistencia de 4,7 K

Condensador de 470 nF

bobina de 680 mH u otro valor y cables de conexión



Procedimiento

A.- Verifique los valores de los elementos anotando en el cuadro inferior y proceder

a implementar los circuitos de las figuras que se muestran.

ELEMENTO VALOR TEORICO VALOR MEDIDO

R 1K 0.98kL 680uH 6.6uHC 100nF 100nF

B.- Para cada uno de los circuitos indicados, aplique una señal senoidal de 12vpp.

Circuito serie RL:



Circuito serie RC:

Circuito serie RLC:



C.- Mida las tensiones con el osciloscopio y multímetro digital. Llene las

tablas 1, 2 y 3 con los valores obtenidos.

TABLA 1

frecuencia 10Hz 50Hz 100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz

E OSCILOSCOPIO 6V 6V 6V 6V 6.01V 6v 6v

MULTIM.DIGITAL 4.22V 4.24v 4.24v 4.24v 4.23v 4.24 4.20vVR OSCILOSCOPIO 6V 6v 6v 6v 6.02v 6.02 6.02

MULTIM.DIGITAL 4.22V 4.24v 4.24v 4.24v 4.23v 3.89v 0.95v

VL OSCILOSCOPIO 300uv 1.33mv 2.63mv 25.98mv …….. ……. ……. MULTIM.DIGITAL 184uv 0.92mv 1.84mv 18.4mv 184mv 1.69v 4.09v

Z IMPEDANCIA 1KΩ 1KΩ 1KΩ 1KΩ 1KΩ 1.087KΩ 4.38KΩ

ø ANG DE FASE 0.000002º 0.000012º 0.000024º 0.00024º 0.0024º 0.0244º 0.2444º

Para f =10Hz:

ø=0.000002º

Para f =50Hz:

ø=0.000012º

Para f =100Hz:

Para f =1KHz:



ø=0.000024º ø=0.00024º

Para f =10KHz:

ø=0.0024º

Para f =100KHz:

ø=0.0244º

Para f =1MHz:

ø=0.2444º

TABLA 2


E OSCILOSCOPIO 6v 6v 6v 6v 6v 6v 6v

MULTIM.DIGITAL 4.22v 4.24v 4.24v 4.24v 4.24 4.24v 4.23vVR OSCILOSCOPIO 2v 2v 2v 2.72v 3.92v 4v 4v

MULTIM.DIGITAL 0.02v 0.14v 0.27v 2.28v 4.18v 4.24v 4.23v



VC OSCILOSCOPIO 2v 2v 2v 1.87v 2v 2v 2v

MULTIM.DIGITAL 4.22v 4.24v 4.23v 3.57v 0.66v 0.66v. 6.66mv

Z IMPEDANCIA 159.2kΩ 31.8kΩ 15.9kΩ 1.87kΩ 1.01kΩ 1kΩ 1kΩ

ø ANG DE FASE 89.64º 88.20º 86.4º 57.86º 9.04º 0.91º 0.09º

Para f =10Hz:

º

Para f =50Hz:

º

Para f =100Hz:

Para f =1KHz:



º

º

Para f =10KHz:

º

Para f =100KHz:



º

Para f =1MHz:

º

TABLA 3


E OSCILOSCOPIO 6.42vp 6.45 6.48 6.47 6.45 6.42 6.43

MULTIM.DIGITAL 4.22v 4.24v 4.24v 4.24v 4.24v 4.24v 4.24vVR OSCILOSCOPIO 38.02mv 190.6mv 381.6mv 3.19v 6v 5.76v 3.18v

MULTIM.DIGITAL 0.02v 0.14v 0.27v 2.28v 4.21v 3.91v 0.96v

VL OSCILOSCOPIO 0.10 0.12 199.1uv 6.76mv 124.2mv 1.19v 2.89v

MULTIM.DIGITAL 1.16uv 29.3uv 117uv 9.87mv 0.18v 1.69v 4.13v

VC OSCILOSCOPIO 6.28 6.27 399.14uv 7.24mv 128mv 1.22v 2.86v

MULTIM.DIGITAL 4.22v 4.24v 4.23v 3.58v 0.66v 0.06v 1.5mv

Z IMPEDANCIA 159.15kΩ 31.84kΩ 15.94kΩ 1.87kΩ 1kΩ 1.08kΩ 4.38kΩ

ø ANG DE FASE 89.64º 88.2º 86.6º 57.78º 6.64º -22.35º -76.82º



Para f =10Hz:

º

Para f =50Hz:



º

Para f =100Hz:

º

Para f =1KHz:



º

Para f =10KHz:

º

Para f =100KHz:



º

Para f =1MHz:

º

Cuestionario a resolver en sesión de experimento

1. exprese analíticamente, como una función seno, todos los voltajes

medidos en cada uno de los circuitos del experimento.

Circuito serie RL:

Para f= 10Hz

E: 4.22 (√ ) * sen (20)



VR: √

VL: √

Para f= 50Hz

E: 4.24 (√ ) * sen (100)



VR: 4.24 (

√ ) * sen (100

)

VL: 0.92 * (√ ) * sen (100) 0.0013* sen (100)

Para f= 100Hz

E: √



VR:

√

VL: √

Circuito serie RC:



Para f= 10Hz

E: √

VR: √

Vc: √

Para f= 50Hz



E: √

VR:√

Vc: √

Para f= 100Hz



E: √

VR: √

Vc: √

Circuito serie RLC:

Para f= 10Hz



E:

√

VR: √

VL: √



Vc:

√

Para f= 50Hz



E: √

VR: √

VL: √



Vc: √

2. Al variar solo la frecuencia en el generador, manteniendo los

mismos valores de los elementos; cambia la caída de tensiones en

los elementos. Explique y sustente este comportamiento del circuito.

La caída de tensión varia debido a que las reactancia de los elementos

dependen de la frecuencia con que trabaja la fuente de alimentación.

XL= 2πfL XC= 1/2πfc

3. en el circuito de la fig. 1, al cambiar la bobina por un condensador,

diga lo que sucede con la tensión en la resistencia a la variación de

la frecuencia.

Se cambio la bobina por el condensador y se obtuvo una mayor tensión.

Como se observa en el condensador hay una mayor caída de tensión que

en la bobina, esto se debe a que la reactancia en el capacitor es mayor

que la del inductor (XC > XL), por lo tanto el voltaje en el condensador es

mayor.

Del informe:

1. presente en una tabla los resultados comparativos (teóricos, medidos y

simulados) de los valores de tensión obtenido para cada circuito.

Encontrar los valores absolutos y relativos encontrados



Error absoluto = valor teórico – valor medido

Error relativo = (error absoluto/ error teórico).

Errores absolutos Errores relativos

R-L R-C R-L-C R-L R-C R-L-C

10Hz VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.01 0.01 0.02 0.23% 50% 66.66%

VL 0.01 ----- 0.01 0% ----- 0%

VC ----- 0.01 0.03 ----- 0.23% 0.70%

50Hz VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.01 0.03 0.03 0.23% 30% 30%

VL 0 ----- 0.01 0% ----- 0%

Valores prácticos (Vrms) Valores simulados(Vrms) Valores teóricos (Vrms) RL RC RLC RL RC RLC RL RC RLC

10Hz

VE 4.24 4.24 4.24 4.24v 4.24v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 4.23 0.01 0.01 4.22v 0.02v 0.02v 4.22 0.02 0.03

VL 0 ----- 0.01 184uv ------ 1.16uv 0 ----- 0

VC ----- 4.23 4.20 ------- 4.22v 4.22v ----- 4.25 4.23

50Hz

VE 4.24 4.24 4.24 4.24v 4.24v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 4.23 0.13 0.13 4.24v 0.14v 0.14v 4.24 0.1 0.1

VL 0 ----- 0 0.92mv ------ 29.3uv 0 ------ 0

VC ----- 4.21 4.21 ------- 4.24v 4.24v ----- 4.24 4.23

100Hz

VE 4.24 4.24 4.24 4.24v 4.24v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 4.23 0.25 0.26 4.24v 0.27v 0.27v 4.24 0.27 0.27

VL 0 ----- 0 1.84mv ------ 117uv 0 ------ 0

VC ----- 4.21 4.22 ------ 4.23v 4.23v ----- 4.2 4.2

1KHz

VE 4.24 4.24 4.24 4.24v 4.24v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 4.23 2.23 2.25 4.24v 2.28v 2.28v 4.24 2.26 2.26

VL 0 ----- 0 18.4mv ------ 9.87mv 0.01 ------ 0.01

VC ----- 3.57 3.56 ------ 3.57v 3.58v ----- 3.60 3.60

10KHz

VE 4.24 4.24 4.24 4.23v 4.24v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 4.22 4.17 4.12 4.23v 4.18v 4.21v 4.24 4.19 4.14

VL 0.17 ----- 0.17 184mv ------ 0.18v 0.18 ------ 0.18

VC ----- 0.66 0.65 ------ 0.66v 0.66v ----- 0.68 0.67

100KHz

VE 4.24 4.24 4.24 4.24v 4.24v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 3.86 4.23 3.79 3.89v 4.24v 3.91v 3.89 4.24 3.80

VL 1.67 ----- 1.60 1.69v ------ 1.69v 1.68 ------ 1.63

VC ----- 0.05 0.06 ------ 0.66v 0.06v ----- 0.07 0.07

1MHz

VE 4.24 4.24 4.24 4.20v 4.23v 4.24v 4.24 4.24 4.24

VR 0.44 4.21 0.94 0.95v 4.23v 0.96v 0.45 4.23 0.96

VL 4.11 ----- 4.12 4.09v ------ 4.13v 4.13 ------ 4.13

VC ----- 0.01 0 ------ 6.66mv 1.5mv ----- 0 0



VC ----- 0.03 0.02 ----- 0.70% 0.47%

100Hz VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.01 0.02 0.01 0.23% 7.4% 3.7%

VL 0 ----- 0 0% ----- 0%

VC ----- 0.01 0.02 ----- 0.23% 0.47%

1KHz VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.01 0.03 0.01 0.23% 1.32% 0.44%

VL 0.01 ----- 0.01 100% ----- 100%

VC ----- 0.03 0.04 ----- 0.83% 1.11%

10KHz VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.02 0.02 0.02 0.47% 0.47% 0.48%

VL 0.01 ----- 0.01 5.55% ----- 5.55%

VC ----- 0.02 0.02 ----- 2.94% 2.98%

100KHz

VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.03 0.01 0.01 0.77% 0.23% 0.26%

VL 0.01 ----- 0.03 0.59% ----- 1.84%

VC ----- 0.02 0.01 ----- 28.57% 14.28%

1MHz VE 0 0 0 0% 0% 0%

VR 0.02 0.02 0.02 4.44% 0.47% 2.08%

VL 0.02 ----- 0.01 0.48% ----- 0.24%

VC ----- 0.01 0 ----- 0% 0%

2. Con respecto a la fig. 3 y en base al concepto de impedancia, justifique

teóricamente el comportamiento del circuito a cada una de las frecuencias

utilizadas.

Se simulo en proteus la fig. 3 a diferentes frecuencias (10Hz, 50Hz,

100Hz, 1KHz, 10KHz, 100KHz y 1MHz) para ver la variación de las

reactancias en los elementos capacitivos e inductivos, por lo tanto

también se verá la variación del voltaje en cada uno de los elementos.

Para f=10Hz:



Para f=50Hz:



Para f=100Hz:

Para f=1KHz:



Para f=10KHz:

Para f=100KHz:



Para f=1MHz:

CONCLUSIONES

Observamos que al variar las reactancias de la bobina y el capacitor tambiénvarían las impedancias, esto causa una variación de la caída de tensión enlos componentes.

En un circuito serie lo que se mantiene constante es la corriente, mientrasque el voltaje varia con respecto al valor resistivo de cada elemento.

Cuando la resistencia es muy pequeña con facilidad fluye la corriente y elcapacitor se carga en menos tiempo.

La presencia de inductancia y capacitancia en el mismo circuito produce unsistema de segundo orden.

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