Manual_circuitos_electricos_2014.pdf

Laboratorio de Circuitos Eléctricos

Nombre de la asignatura

Manual de prácticas de circuitos eléctricos I Elaborado por:

Georgina del Carmen Mota Valtierra Basado en el manual de : Dr. Aurelio Domínguez González. M. en C. Ángel Pérez Cruz.

Número de prácticas

13

Número de horas

26

1

índice INTRODUCCIÓN

3

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

3

EXTRUCTURA DE UN PRE Y UN REPORTE

4

PRÁCTICA1. MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE ENTRADA Y DE TRANSFERENCIA PRÁCTICA 2. VERIFICACIÓN DE LA LEY DE OHM

5

8

PRÁCTICA 3. COMPROBACIÓN DE LA LEY DE TENSIÓN DE KIRCHHOFF

11

PRÁCTICA 4. COMPROBACIÓN DE LA LEY DE CORRIENTE DE KIRCHHOFF PRÁCTICA 5. DEMOSTRACIÓN DEL PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN PRÁCTICA 6. COMPROBACIÓN DE LOS TEOREMAS DE THEVENIN PRÁCTICA 7. COMPROBACIÓN DEL TEOREMA DE NORTON

14

16 19

22

PRÁCTICA 8. VERIFICACIÓN DE LA FUNCIÓN MULTIPLICACIÓN DE UN AMP-OP

25

PRÁCTICA 9. IMPLEMENTACIÓN DE UN DAC CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

27

PRÁCTICA 10. TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO TRANSITORIO

29

PRÁCTICA 11. TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO CON FUENTES

31

PRÁCTICA 12. DISEÑO DE LA COMPUTADORA ANALÓGICA

33

PRÁCTICA 13. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE ASENTAMIENTO PARA UN CIRCUITO RLC SUBAMORTIGUADO CON FUENTES

35

2

INTRODUCCIÓN

¿Qué es un circuito eléctrico? Es un trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

•

Desarrollar aptitudes prácticas en el uso de fuentes de alimentación, instrumentos de medición y componentes electrónicos.

•

Desarrollar técnicas de adquisición de información experimental precisa y comunicar esa información a otros mediante reportes escritos y datos tabulados.

 Desarrollar el analizar y demostración del funcionamiento de circuitos electrónicos sencillos que cumplirán los objetivos planteados con anterioridad.  Al final de este laboratorio el alumno será capaz de utilizar los siguientes equipos: generador de funciones, multímetro digital, osciloscopio y fuentes de poder.  Aprenderá a interpretar diagramas eléctricos y electrónicos.

3

ESTRUCTURA DE UN PRE- REPORTE Y UN REPORTE Un pre- reporte tiene la finalidad de reafirmar en el alumno los conceptos básicos se que pretenden probar en la práctica con la finalidad de lograr la comprensión del mismo.

      

Nombre de la práctica. Nombre de la persona que elabora el reporte. Nombre del profesor o asesor. Objetivo (s). Teoría o antecedentes. Escribir lo que se conoce sobre el tema y que puede ayudar a cumplir el objetivo. Bibliografía.

Un reporte tiene una estructura lógica y su finalidad es transmitir la información obtenida experimentalmente. La persona que lo lea debe entender claramente el objetivo particular de ese reporte, saber si se logró o no con un breve vistazo el (los) resultado (s) y además tener toda la información necesaria para confiar en ellos (los resultados) o repetir la práctica siguiendo el procedimiento empleado. Las partes de un reporte pueden variar siendo las típicas las siguientes:

          

Nombre de la práctica. Nombre de la persona que elabora el reporte. Nombre del profesor o asesor. Objetivo (s). Escribir el o los resultados que se buscan. Material o equipo. Añadir foto o dibujo d el material utilizado. Datos obtenidos. Resultados de las mediciones. Procesamiento de datos (cálculos). Gráficas, recuerde que as gráficas deben de tener un título general y en cada uno de los ejes, así como las unidades en que se expresan.  Resultado.  Conclusiones.  Bibliografía.

4

5

6

7

ombre de la asignatura

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la práctica

Medición de Resistencia de entrada y transferencia

Número de práctica

1

Número de horas

2

Objetivo: Comprender el concepto de resistencia de entrada y de transferencia.

Introducción: Resistencia Eléctrica: Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia o componente que presenta oposición al paso de la corriente eléctrica que circula. Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω), y se mide con el Ohmimetro. Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia. Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo. Comportamientos ideal y real: Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule: Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como Efecto Joule en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule, que lo estudió en la década de 1860.

8

Material y Equipo 10 Resistencias. 1 Multímetro. 1 Fuente de voltaje 0-15 V. Multisim 10.

Procedimiento 1. Primero se realiza un circuito con al menos 10 resistencias en un arreglo que no esté ni en serie ni en paralelo. 2. Conectar este arreglo de resistencias a la fuente variable de voltaje, fijando el voltaje en 0 V. 3. Antes de encender la fuente de voltaje; colocar el multímetro en la función de amperímetro y conectarlo al circuito en serie para medir la corriente de entrada. 4. Revisar las interconexiones y encender la fuente de voltaje. Tomar los valores de corriente en cada incremento. Los incrementos serán de 1V hasta llegar al máximo de 15V. Anotar estos valores en la tabla 1-1. 5. Con estas mediciones de voltaje y corriente hacer una gráfica, donde el eje de las X será el voltaje y el eje Y será la corriente. 6. Calcular con la ley de ohm la resistencia de entrada. 7. En este mismo circuito desconectar el multímetro y colocarlo para medir la corriente en una de las mallas internas para obtener la corriente de transferencia, repetir el paso 4 y 5. 8. Calcular con la ley de ohm la resistencia de transferencia. 9. Realizar los pasos anteriores en un software de simulación.

Resultados: Vin (V)

I (mA)

V/I (Ω)

R CALCULADA (Ω)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

9 10 11 12 13 14 15

Tabla 1-1. Mediciones para obtener la resistencia de entrada. Vin (V)

I (mA)

V/I (Ω)

R CALCULADA (Ω)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tabla 1-2. Mediciones para obtener la resistencia de transferencia.

OBSERVACIONES:

10

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura Nombre de la práctica Número de práctica

Verificación de la ley de Ohm 2

Número de horas

2

Objetivo: Estudiar y deducir las ecuaciones de gobiernan el concepto de la ley de Ohm

Introducción: Ley de Ohm La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias. Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos.

Material y Equipo Fuente de alimentación variable de 0 a 15 V. (cd) regulada. Multímetro. Resistores (1/2 W, 5%): 1 de 330 Ω 1 de 470 Ω 1 de 560 Ω 1 de 1.2k Ω 1 de 2.2k Ω 1 de 3.3k Ω 11

1 de 4.7k Ω 1 de 10 k Ω Interruptor. Multisim 10.

Procedimiento 1. Armar el circuito de la figura 2.1 asegúrese de que la alimentación esté apagada y que el interruptor S1 esté abierto antes de armar el circuito. El instructor debe verificar y aprobar el circuito antes de proceder al paso 2. 2. Encienda la alimentación. Cierre el interruptor S1 para aplicar alimentación al circuito. Aumente poco a poco el voltaje hasta que el voltímetro indique 2V. Lea la corriente de entrada y registre el valor en la tabla 2-1, en la columna de “2V”. 3. Ajuste de nuevo el voltaje hasta que el voltímetro indique 4V. Registre la lectura de la corriente de entrada en la columna “4V” de la tabla 2-1. 4. Ajuste de nuevo el voltaje hasta que el voltímetro indique 6V. Registre la lectura de la corriente de entrada en la columna “6V” de la tabla 2-1. 5. De nuevo ajuste de nuevo el voltaje hasta que el voltímetro indique 8V. Registre la lectura de la corriente de entrada en la columna “8V” de la tabla 2-1 abra el interruptor S1 y apague la alimentación. 6. Calcule el valor V/I para cada uno de los valores de voltaje y corriente de la tabla 2-1 registre los resultados en el renglón “V/I” de la tabla. 7. Repita los pasos anteriores pero ahora realice las mediciones en tres de las resistencias, y llene la tabla 2-2. 8. En el software de simulación repita estos experimentos y llene los datos en las 9. tablas 2-1 y 2-2. Figura 2.1. Circuito para verificar la ley de Ohm.

12

Vin (V)

I (mA)

V/I (Ω)

R CALCULADA (Ω)

2 4 6 8 10

Tabla 2-1. Mediciones para verificar la ley de Ohm.

Vin (V)

I (mA)

V/I (Ω)

R CALCULADA (Ω)

Tabla 2-2. Mediciones para verificar la ley de Ohm.

OBSERVACIONES:

13

Laboratorio de circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura Nombre de la práctica Número de práctica

3

Número de horas

2

Objetivo: Demostrar la ley de tensión de Kirchhoff.

LEYES DE KIRCHHOFF Si un circuito tiene un número de derivaciones interconectadas, es necesario aplicar otras dos leyes para obtener el flujo de corriente que recorre las distintas derivaciones. Estas leyes, descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, son conocidas como las leyes de Kirchhoff. La primera, la ley de los nodos, enuncia que en cualquier unión en un circuito a través del cual fluye una corriente constante, la suma de las intensidades que llegan a un nodo es igual a la suma de las intensidades que salen del mismo. La segunda ley, la ley de las mallas afirma que, comenzando por cualquier punto de una red y siguiendo cualquier trayecto cerrado de vuelta al punto inicial, la suma neta de las fuerzas electromotrices halladas será igual a la suma neta de los productos de las resistencias halladas y de las intensidades que fluyen a través de ellas. Esta segunda ley es sencillamente una ampliación de la ley de Ohm. En este circuito eléctrico formado por dos generadores, de fuerzas electromotrices ð1 y ð2, y tres resistencias, R1, R2 y R3, se puede aplicar la ley de los nodos al nodo B y la ley de las mallas a las redes ABEF y BCDE.

Material y Equipo · Fuente de alimentación variable de 0 a 15 V. de cd, regulada. · Multímetro. · Resistores (1/2 W, 5%): 1- 330 Ω 1- 2.2K Ω 1- 1K Ω 1- 470 Ω 1- 3.3K Ω 1- 1.1K Ω 1- 820 Ω 1- 4.7K Ω 1- 1.2K Ω · Interruptor. · Multisim.

14

Procedimiento 1. Medir cada uno de los resistores usando el multímetro, y registrar los valores en la tabla 3-1. 2. Con FA V =15 V y los valores nominales de cada resistencia, calcule la caída de voltaje en R1(V1), R2(V2), R3(V3), R4(V4), R5(V5), R6(V6), R7(V7), R8(V8) de la figura 3.1. Registre los valores calculados en la tabla 3-2, así como FA V . 3. Con la alimentación apagada y el interruptor S1 abierto arme el circuito de la figura 3.1, encienda la alimentación y ajuste la fuente FA V = 15 V. 4. Cierre S1; mida el voltaje R1(V1), R2(V2), R3(V3), R4(V4), R5(V5), R6(V6), R7(V7), R8(V8) y registre los valores en la tabla 3-2. 5. Identifique el número de mallas, así como los elementos que la forman; llene la tabla 33 y calcule la suma de voltajes y anote su respuesta en la misma tabla. Abra S1 y apague la alimentación. 6. Diseñe un circuito serie-paralelo que conste de al menos 2 ramas en paralelo, dos resistores en serie similar al circuito 3.1 y que tenga dos fuentes de alimentación en diferente rama. Repita los paso 2, 3, 4 y 5. 7. Realizar la simulación de los circuitos en un Software de simulación. Figura 3.1 Circuito para la verificación de la ley de voltajes de Kirchhoff.

Resistencia

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω)

330 Ω

470 Ω

820 Ω

1K Ω

1.2K Ω

2.2K Ω

3.3K Ω

4.7K Ω

3.3K Ω

4.7K Ω

Tabla 3-1. Valor medido de los resistores. Voltaje Valor nominal (V) Valor medido (V)

330 Ω

470 Ω

820 Ω

1K Ω

1.2K Ω

2.2K Ω

Tabla 3-2. Valor medido de los voltajes. 15

Malla 1 Elemento

Voltaje Medido (V)

Suma

Tabla 3-3. Sumatoria de voltajes.

OBSERVACIONES:

16

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Comprobación de la ley de Corriente de Kirchhoff

Nombre de la práctica Número de práctica

4

Número de horas

2

Objetivo Demostrar la ley de tensión de Kirchhoff.

Material Fuente de alimentación variable de 0 a 15 V. de cd, regulada. Multímetro. Resistores (1/2 W, 5%): 1- 330Ω 1- 470 Ω 1- 820 Ω 1- 1K Ω 1- 1.1K Ω 1- 1.2K Ω 1- 2.2K Ω 1- 3.3K Ω 1- 4.7K Ω Interruptor de un polo un tiro. Multisim 10.

Procedimiento 1. Medir cada uno de los resistores usando el multímetro, y registrar los valores en la tabla 4-1. 2. Cierre S1. Mida las corrientes ITA, I2, I3, ITB, ITC, I5, I6, I7, IDT e ITE; anote los valores en la tabla 4-2. calcule la suma de I2 e I3 y la suma de I5, I6 e I7 y escriba sus respuestas en la tabla 4-2. Abra S1 y apague la alimentación. 3. Diseñe un circuito serie-paralelo que conste de tres ramas en paralelo, dos resistores en serie similar al circuito 4-1 y que tenga dos fuentes de alimentación en diferente rama. Obtenga los datos de corriente en cada rama por medio de la ley de Kirchhoff y construya una tabla para concentrar todos los datos. 17

4. Realizar la simulación de este último circuito en un Software de simulación. Realice la gráfica de distancia vs tiempo de cada uno de los objetos, tomando para esto el tiempo promedio de cada uno de los objetos. Figura 4.1. Circuito para verificar la ley corriente de Kirchhoff

Resistencia

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω)

330 Ω

470 Ω

820 Ω

1K Ω

1.2K Ω

2.2K Ω

3.3K Ω

4.7K Ω

Tabla 4-1. Valor medido de los resistores. ITA

I2

I3

ITB

ITC

I5

I6

I7

ITD

ITE

I2 + I3

I5 + I6 +I7

Corriente (mA)

Corriente (mA) Tabla 4-2. Valor medido de los corrientes.

OBSERVACIONES:

18

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Demostración de principio de superposición

Nombre de la práctica Número de práctica

5

Número de horas

2

Objetivo Comprobar del principio de superposición.

Introducción Este principio, que se aplica a redes lineales, tiene por objeto calcular la respuesta en un elemento de un circuito, cuando existen varias fuentes, y dice lo siguiente: La respuesta de un circuito lineal, a varias fuentes independientes de excitación actuando simultáneamente, es igual a la suma de las respuestas que se obtendrían cuando actuase cada una de ellas por separado. La prueba de este Teorema puede establecerse directamente por un análisis de mallas.

Material Fuentes de alimentación variable de 0 a 15 V. de cd, regulada. Multímetro. Resistores (los utilizados en las prácticas anteriores). Interruptor. Multimsim 10.

Procedimiento 1. Proponer y armar un circuito que tenga 12 resistencias con al menos 4 mallas y colocar tres fuentes independientes de voltaje en tres mallas diferentes.

19

2. Mida las corrientes que circulan en el circuito actuando de forma independiente cada una de las fuentes. Registre los valores en las tablas 5-1, 5-2 y 5-3 donde compara los valores medidos contra los simulados. 3. Medir la corriente en cada malla con las tres fuentes encendidas y compararlos con los cálculos teóricos por medio del teorema de superposición y comprobar los resultados. Registre los valores en la tabla 5-4. 4. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos.-Registrar la bibliografía utilizada.

Corriente

Medido simulación

en Medido en circuito

I1 I2 I3 I4

Tabla 5-1. Efectos de corriente de la fuente 1. Corriente

Medido simulación

en Medido en circuito

I1 I2 I3 I4

Tabla 5-2. Efectos de corriente de la fuente 2. Corriente

Medido simulación

en Medido en circuito

I1 I2 I3 I4

Tabla 5-3. Efectos de corriente de la fuente 3.

20

Corriente

Medido simulación

en Medido en circuito

I1 I2 I3 I4

Tabla 5-4. Efectos de corriente de las 3 fuentes.

Observaciones

21

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Comprobación de los teoremas de Thévenin

Nombre de la práctica Número de práctica

6

Número de horas

2

Objetivo: Estudiar y deducir las ecuaciones que gobiernan el teorema de Thevenin

Introducción El teorema de Thévenin establece que si una parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B, esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté constituido únicamente por un generador de tensión en serie con una impedancia, de forma que al conectar un elemento entre los dos terminales A y B, la tensión que cae en él y la intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito real como en el equivalente.

Material: Fuente de alimentación CD de 0 a 15 V. Multímetro. Resistores (5%, 1/2 W) 1 de 330 Ω 1 de 390 Ω 1 de 470 Ω 1 de 1 K Ω 1 de 1.2 K Ω 2 de 3.3 K Ω Potenciómetro de 5 K Ω , 2 W 2 Interruptores. Multisim. 22

Procedimiento 1. Mida con un óhmetro la resistencia de cada uno de los resistores y registre los valores en la tabla 6.1. 2. Con la fuente apagada y S1, S2 abiertos arme el circuito de la figura 6.1 con RL= 330Ω. Encienda la fuente; cierre S1. Ajuste V1 en 15 V y V2 en 12 V. Cierre S2 y mida IL, la corriente en el resistor de carga RL. Registre este valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330Ω, columna “circuito original”. Abra S2. S1 debe permanecer cerrado. 3. Con S1 cerrado y S2 abierto mida el voltaje Vth; anote el valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330 Ω. Columna “Vth medido”. Abra S1 y apague la fuente de alimentación. 4. Retire las fuentes, póngalas en corto circuito conectando un alambre entre las terminales de cada fuente. 5. Con S2 aún abierto conecte un óhmetro para medir la resistencia Rth., registre el valor en la tabla 6.2 en el renglón de 330 Ω, columna “Rth medida”. 6. Ajuste la fuente de alimentación hasta que VFA= Vth. Conecte el óhmetro al potenciómetro y ajuste la resistencia hasta que sea igual a Rth. 7. Desconecte el resistor de carga de 330 Ω, S2 y el voltímetro del circuito de la figura 6.1 y conecte como indica la figura 6.2. Con S2 abierto y la fuente encendida, verifique si Vfa=Vth. 8. Cierre S2, mida IL, y anote el valor en la tabla 6-2 en el renglón de 330Ω, columna “circuito equivalente de Thévenin, medida”. Abra S2 y apague la fuente. 9. Repita los pasos anteriores para RL=1KΩ y RL=3.3KΩ. Mida IL en ambos casos y escriba el valor en la tabla 6-2, columna “IL medida, circuito original”. Abra S2. 10. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos.

Figura 6.1. Circuito para comprobación del teorema de Thévenin.

23

Figura 6.2. Circuito equivalente de Thevenin.

Resistor R1 R2 R3 R4 R5

Valor Nominal 470Ω 1KΩ 390 Ω 1.2 K Ω 3.3 k Ω 330 Ω 1KΩ 3.3 K Ω

RL

Valor Medido

Tabla 6-1 Valores medidos de los resistores. RL (Ω)

Medido

Simulado

Medido

Simulado

Circuito Original

Equivalente de Thévenin

330 Ω 1KΩ 3.3 K Ω Tabla 6-2. Mediciones para verificar el teorema de Thevenin.

Observaciones

24

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Comprobación del teorema de Norton

Nombre de la práctica Número de práctica

7

Número de horas

2

Objetivo: Comprobar el teorema de Norton

Introducción El teorema de Norton para circuitos eléctricos es dual del teorema de Thévenin. Se conoce así en honor al ingeniero Edward Lawry Norton, de los Laboratorios Bell, que lo publicó en un informe interno en el año 1926.1 El alemán Hans Ferdinand Mayer llegó a la misma conclusión de forma simultánea e independiente. Establece que cualquier circuito lineal se puede sustituir por una fuente equivalente de intensidad en paralelo con una impedancia equivalente. Al sustituir un generador de corriente por uno de tensión, el borne positivo del generador de tensión deberá coincidir con el borne positivo del generador de corriente y viceversa.

Material:

2 Fuentes de alimentación CD de 0 a 15 V. Multímetro. Resistores (5%, 1/2 W) 1 de 680 Ω 1 de 2.7 K Ω 1 de 1.2 K Ω 1 de 3.3 K Ω 1 de 390 Ω 1 de 560 Ω 1 de 1.8k Ω Potenciómetro de 5 K Ω, 1 W 5 Interruptores. Multisim 10. 25

Procedimiento 1. Con la alimentación apagada en ambas fuentes, S4 y S5 abiertos y los interruptores S1, S2 y S3 en la posición A, arme el circuito de la figura 7.1. 2. Encienda VFA1 y VFA2 = 6 V (observe con cuidado la polaridad correcta de las conexiones.) Mantenga estos voltajes durante el experimento. Cierre S4 y S5 mida IL por RL y registre los resultados en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “IL medida, circuito original”. 3. Remplace RL por resistores de 390Ω, 560Ω y 1.8kΩ. En cada caso, mida IL y anote los valores en la columna” IL medida, circuito original”. 4. Mueva S3 a la posición B, con lo que RL se remplaza por un corto circuito. La corriente obtenida por el medidor es la de corto circuito del generador equivalente de Norton, IN. Escriba el valor en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “InΩmedida”. 5. Apague las fuentes. Cambie S1, S2, S3 a la posición B y abra S5, con lo que las fuentes de voltaje se remplazan por corto circuitos y abre el circuito de carga. (Se considera que las fuentes de alimentación reguladas tienen resistencia despreciable). S4 permanece cerrado.

Figura 7.1 Comprobación del teorema de Norton

6. Mida con un ohmetro la resistencia entre de Norton. Esta es la resistencia en paralelo con el generador equivalente de Norton, RN. Registre este valor en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “RN medida”. 7. A partir del circuito de la figura 5.3 calcule el valor de la corriente de Norton IN, y regístrelo en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “IN calculada”. 8. Con base en el circuito de la figura 7.1 calcule el valor de la resistencia de derivación de Norton, RN y anótelo en la tabla 7-1 en el renglón de 1.2kΩ, columna “RN, calculada”. 9. Con los valores de IN y RN de los pasos 7 y 8 calcule la corriente de carga IL para los resistores de carga de 1.2kΩ, 390Ω, 560Ω y 1.8kΩ de la figura 7.1. Escriba estos valores en la tabla 7-1 en la columna “IL, calculada”. 26

10. Con la fuente apagada y S1 abierto arme el circuito de la figura 7.2 con RL = 1.2kΩ. El mediador A1 medirá la corriente de Norton, IN y el medidor A2, la corriente de carga IL. El potenciómetro hará las veces de RN. Con un óhmetro ajuste el potenciómetro hasta que su resistencia sea igual a la RN que se encontró en el paso 6. 11. Ajuste la fuente de alimentación en su voltaje de salida más bajo. Encienda la fuente y cierre S1. Poco a poco aumente la salida de la fuente de alimentación hasta que la corriente que mide el amperímetro A2 sea igual al valor de IN que se halló en el paso A4 y registró en la tabla 7-1. 12. Con el medidor A1 midiendo IN, anote la corriente de carga IL, que mide el medidor A2 en la tabla 7-1, renglón de 1.2kΩ, columna “IL medida, circuito equivalente de Norton”. Abra S1 y apague la fuente. 13. Con cada uno de los demás resistores de carga de la tabla 7-1 arme el circuito equivalente de Norton (figura 7.2) y mida IL para cada valor RL. Registre los valores en la tabla 7-1 en la columna “IL medida, circuito equivalente de Norton”. Abra S1 y apague la fuente.

Figura 7.2 Equivalente de Norton, IL (mA)

RL (Ω) Circuito original

Medida Equivalente de Norton

Calculado

2.1 Ω 390 Ω 560 Ω 1.8 k Ω

Tabla 7-1 Mediciones para verificar en teorema de Norton.

Observaciones

27

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Verificación de la función multiplicación de un Amp-op

Nombre de la práctica 8

Número de práctica

2

Número de horas

Objetivos Verificar la función de un amplificador operacional en configuración de multiplicador.

Introducción. Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V+ − V−)el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente

los

A.O.

se

empleaban

para

operaciones

como

suma, resta,

multiplicación, división, integración, derivación, etc., en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O.

ideal tiene una ganancia infinita,

una impedancia de entrada infinita, un ancho de

banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.

Material Amplificador Operacional TL081 Resistencias (deben ser calculadas previamente). 1 Potenciómetro de 5 K_. Multímetro. Fuentes de voltaje 0-15 V. Multisim 10. 28

Procedimiento 1. Diseñar un circuito con el TL081 de modo que funcione como un amplificador inversor. 2. Elegir las resistencias RIN y RF de manera que la amplificación sea de 4. 3. El voltaje VIN variara de -2 a 2 V con incrementos de 0.1 V. Anotar estos valores en una tabla. 4. Con los valores tabulados construir una gráfica de VIN en el eje “X” y VOUT en el eje “Y”. Marca la zona activa y la zona de saturación. 5. Repetir los pasos 2, 3 y 4 para amplificaciones de 8 y10.

Observaciones

29

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Implementación operacional.

Nombre de la práctica Número de práctica

9

con un DAC con Amplificador

Número de horas

2

Objetivos

Materiales sugeridos • • • • • • •

Fuentes de alimentación variable de cd, regulada. Multímetro Osciloscopio Amplificador Operacional TL081 Resistores (ver el desarrollo de la práctica para obtener sus valores) 1 Switch deslizable (Dip Switch) de 8 posiciones Software de Electronic Work Bench.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA: 1. Calculé los valores de las resistencias para armar el circuito de la figura 9.1 para una configuración de 4 bits. 2. Mida el voltaje de salida para cada uno de los valores digitales de la tabla 9-1.

Figura 9.1. Convertidor Digital-Analógico.

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Valor digital Voltaje de salida (v) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Tabla 9-1. Voltajes de salidas para DAC 4 bits.

Observaciones

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Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Tiempo de asentamiento para un circuito transitorio

Nombre de la práctica Número de práctica

10

Número de horas

2

OBJETIVO Determinar el tiempo de asentamiento para un circuito RC sin fuentes

Materiales: · Resistencias (Usadas en las prácticas anteriores) · 2 Capacitores electrolíticos 47uF. · Multímetro · Fuente de voltaje 0-15 V · Osciloscopio. · Multisim 10.

Procedimiento 1. Arme el circuito de la figura 10.1, con la fuente apagada. 2. Coloque el interruptor J1 en la posición AC. Encienda la fuente y aumente su voltaje hasta un valor de 10 V. 3. Sin cambiar el ajuste de la fuente de alimentación, mida su voltaje de salida. Registre este valor en la tabla 10-1. 4. El circuito de la figura 10.1 es un circuito sencillo en serie que consta de un resistor en serie con la resistencia interna del medidor Rent. Mediante la ley de ohm puede calcularse el valor de Rent y registre la respuesta en la tabla 10-1. Verifique las especificaciones o la placa del medidor para determinar el valor nominal de Rent. 5. Con los valores de RT, la resistencia equivalente del arreglo de resistencia y C calcule la constante de tiempo para su circuito. Registre su respuesta en la tabla 10-1, bajo la columna “Constante de tiempo de descarga RTC”, calculada”. 6. Conecte el osciloscopio en el capacitor para poder visualizar la curva de descarga del capacitor. 7. Cambie el interruptor a la posición BC para descargar el capacitor. Ajuste el osciloscopio para poder ver toda la curva completa. 8. La tabla 10-1 tiene una columna con múltiplos de la constante de tiempo transcurrido, en segundos, para cada constante de tiempo. Por ejemplo, si RC= 10s, luego de una constante de tiempo habrán pasado 10 s; después de dos constantes de tiempo, 32

habrán pasado 20s en total; después de tres constantes de tiempo, 30 s, y así sucesivamente. Registre estos tiempos en la columna “Tiempo de descarga, segundos”. 9. Cuando esté completamente descargado el capacitor vuelva a cargarlo y repita el paso 7 al 8. se harán tres pruebas de descarga. 10. Calcule el voltaje promedio medido para cada una de las seis constantes de tiempo y registre las respuestas.

Figura 10.1 Circuito para la determinación del tiempo de asentamiento.

Tabla 10-1 Descarga del capacitor.

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Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Tiempo de asentamiento para un circuito con fuentes

Nombre de la práctica Número de práctica

11

Número de horas

2

OBJETIVO Determinar el tiempo de asentamiento para un circuito RC con fuentes.

MATERIALES · Resistencias (Usadas en las prácticas anteriores) · Capacitor electrolítico de 47uF. · Multímetro · Fuente de voltaje 0-15 V · Osciloscopio. · Multisim 10.

Procedimiento 1. Arme el circuito de la figura 11.1, con la fuente apagada. 2. Coloque el interruptor J1 en la posición abierto. Encienda la fuente y aumente su voltaje hasta un valor de 10 V. 3. Con los valores de RT y C calcule la constante de tiempo para su circuito. Registre su respuesta en la tabla 11-1, bajo la columna “Constante de tiempo de carga RTC”, calculada, s”. 4. Conecte el osciloscopio en el capacitor para poder visualizar la curva de carga del capacitor. 5. Cierre el interruptor para cargar el capacitor. Ajuste el osciloscopio para poder ver toda la curva completa. 6. La tabla 11-1 tiene una columna con múltiplos de la constante de tiempo transcurrido, en segundos, para cada constante de tiempo. Por ejemplo, si RC=10s, luego de una constante de tiempo habrán pasado 10 s; después de dos constantes de tiempo, habrán pasado 20s en total; después de tres constantes de tiempo, 30 s, y así sucesivamente. Registre estos tiempos en la columna “Tiempo de carga, segundos”. 7. Cuando esté completamente cargado el capacitor vuelva a descargarlo y repita el paso 5 al 6. se harán tres pruebas de carga.

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8. Calcule el voltaje promedio medido para cada una de las constantes de tiempo y registre las respuestas en la columna “Promedio” de la tabla 11-1. También calcule el voltaje para cada múltiplo de la constante de tiempo calculada, RTC. Registre sus respuestas en la tabla 11-1, columna “Calculado”. 9. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos.

Figura 11.1 Circuito para la determinación del tiempo de asentamiento.

Tabla 11-1 Carga del capacitor.

Observaciones 35

Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Diseño de una computadora analógica para resolver una ecuación diferencial

Nombre de la práctica Número de práctica

12

Número de horas

2

OBJETIVOS: Diseñar una computadora analógica para resolver una ecuación diferencial.

MATERIALES · 3 TL081. · Resistencias: (1/2 W) 2 de 1MΩ 1 de10kΩ 1 de 90kΩ · Capacitores: 2 de 1 μF (poliéster) · Multímetro · Fuentes de voltaje 0-15 V · Multisim 10. · Interruptores.

Procedimiento 1. Usando Amp-Op como integradores resolver una ecuación diferencial mediante la computadora analógica. 2. Bosqueja la respuesta en una hoja tamaño carta. 3. Realice el circuito físicamente. Conecte la salida del segundo Amp-Op al osciloscopio. 4. En t = 0 cierre el interruptor S1, mientras al mismo tiempo se abren los interruptores S2 y S3. 5. Compruebe que la salida del segundo integrador será la onda senoidal v = 2 sen 3t V. Bosqueje la salida. 6. Compare la gráfica ideal con la real. 7. Simular el circuito que se muestra en la figura 12.1.

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Figura 11.1 Computadora analógica

Observaciones

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Laboratorio de Circuitos eléctricos I

Nombre de la asignatura

Determinación del tiempo de asentamiento para un circuito sub amortiguado con fuentes.

Nombre de la práctica Número de práctica

13

Número de horas

4

Objetivos Identificar un circuito sub amortiguado y determinar el tiempo de asentamiento para un circuito RLC con fuentes

Materiales · Resistencias · Capacitores · Inductores · Multímetro · Fuentes de voltaje 0-15 V · Software de Electronic Work Bench

Procedimiento 1. Arme un circuito RLC similar al de la figura 13.1, con la fuente apagada. 2. Con los valores de R , L y C. Calcule α y ω para que su circuito sea sub amortiguado. Registre su respuesta en la tabla 13-1. 3. Coloque el interruptor J1 en la posición abierto. Encienda la fuente y aumente su voltaje hasta un valor de 10 V. 4. Conecte el osciloscopio en el capacitor para poder visualizar la respuesta del sistema. 5. Cierre el interruptor para que circule corriente en todo el circuito. Ajuste el osciloscopio para poder ver toda la curva completa. 6. Mida el voltaje en el resistor, VR, en el inductor, VL y en el capacitor VC. Registre los valores en la tabla 13-1 para el circuito RLC. 7. Observe cómo se comporta la curva en el o asentamiento 8. Hacer la simulación en el software y comparar los datos obtenidos

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Figura 13.1 Circuito RLC en serie Tabla 13-1. Cálculos de la respuesta de un circuito RLC.

Observaciones

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