LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS I...

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS I EXPERIENCIA N° 1

1 Versión 1.0

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA

EXPERIENCIA N° 1

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

I. OBJETIVOS

Reconocer y familiarizarse en el uso de los instrumentos básicos de

medida (multímetros, fuentes de alimentación DC, generadores y

osciloscopios).

Conocer las características principales y la utilidad de los instrumentos

de medición señalados.

Precisar las normas de seguridad y las precauciones que se deben

tomar en cuenta para el correcto uso de los instrumentos.

II. EQUIPOS Y MATERIALES

Multímetro digital

Miliamperímetro DC

Fuente de poder DC

Generador de señales

Osciloscopio

Punta de prueba de osciloscopio

Protoboard

Cables de conexión diversos

Resistores de 1KΩ (3) y 2KΩ

Computadora con Multisim

III. INFORME PREVIO

1. ¿Cuál es la diferencia entre un multímetro analógico y uno digital?

2. Se tiene una batería de 9V conectada en paralelo a un resistor de 1 KΩ:

Liste los pasos que debería seguir con el fin de medir la tensión entre los

terminales del resistor, utilizando un multímetro analógico

Liste los pasos que debe seguir con el fin de medir la intensidad de la corriente

que fluye a través del resistor

3. Mencione las principales características técnicas de fuentes de poder de

laboratorio (número de salidas, posibilidad de realizar conexiones en serie y

paralelo, máxima tensión de salida, máxima intensidad de corriente de salida,

regulación de máxima intensidad de corriente de salida, protección contra

cortocircuito, etc.)


2 Versión 1.0

4. Mencione y describa las principales características técnicas (máxima

frecuencia generada para una señal sinusoidal, máxima amplitud de salida,

tipos de señal de salida, etc.) de un generador de señales

5. Mencione y describa las principales características técnicas (ancho de banda,

número de canales, etc.) de un osciloscopio

IV. PROCEDIMIENTO

1. Realice el análisis teórico y simule el circuito de la figura 1.1. Complete los

campos correspondientes de las tablas 1.1 y 1.2

2. Implemente el circuito mostrado en la figura 1.1. Luego mida la caída de

tensión en cada elemento y la intensidad de corriente en cada rama del

circuito. Complete la tablas 1.1 y 1.2

Figura 1.1

Tabla 1.1

VR1 VR2 VR3 VR4

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

Tabla 1.2

I1 I2 I3

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

Determinar teóricamente la resistencia equivalente del circuito mostrado en la

figura 1.1. Desconectando del circuito la fuente la alimentación mida la

resistencia equivalente con el multímetro en modo ohmímetro. Por último,

calcule la resistencia equivalente a partir de los valores medidos de tensión de

la fuente V y la intensidad de corriente I1. Complete la tabla 1.3

Tabla 1.3

Resistencia teórica

Resistencia medida

Resistencia calculada


3 Versión 1.0

3. A continuación, en el circuito de la figura 1.1, se reemplazará la fuente de poder

DC por un generador de señales. Establezca como señal de salida del

generador una sinusoide de 1KHz de frecuencia y 1Vpico de amplitud. Realice el

análisis teórico y la simulación con el fin de completar los campos

correspondientes de la tabla 1.4. Luego mida con el osciloscopio el nivel de

tensión pico en cada uno de los elementos del circuito. Complete la tabla 1.4

Tabla 1.4

VR1 VR2 VR3 VR4

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

V. CUESTIONARIO

1. ¿Qué cuidados debe tener antes de realizar una medición de intensidad de

corriente eléctrica? En caso de que se mida una intensidad de corriente

superior a la soportada por el instrumento (o el rango seleccionado), ¿Qué

podría pasar?

2. ¿Qué cuidados debe tener antes de realizar una medición de tensión utilizando

un osciloscopio?

3. ¿Existen diferencias en cuanto a los valores teóricos, simulados, medidos y

calculados? De ser así, indique las posibles razones de estas diferencias.

VI. OBSERVACIONES

Anote sus observaciones o recomendaciones (si las tuviera)

VII. BIBLIOGRAFÍA

Listar la bibliografía considerada para el desarrollo de la experiencia


1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 2

FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE CORRIENTE CONTINUA

I. OBJETIVOS

Conocer y utilizar equipos básicos del laboratorio de electrónica

Medir la resistencia interna de una fuente de corriente continua


Fuente de poder DC

Multímetro digital

Resistores de 50Ω, 10Ω y 5Ω


III. INFORME PREVIO

1. Explique en qué consiste la resistencia interna de una fuente de poder.

Mencione algún procedimiento que permita hallar su valor de forma

experimental

2. Importante: Para el circuito mostrado en la figura 2.1, considerando que la

resistencia interna de la fuente de alimentación es cero, determine la potencia

que deben ser capaces de soportar los resistores a usar en la práctica (50Ω,

10Ω y 5Ω)

3. Importante: Determine la intensidad de corriente que circula en la malla

mostrada en la figura 2.1 cuando RL = 50Ω, 10Ω y 5Ω. Indique los cuidados que

se debe tener con el multímetro cuando se le use para medir intensidad de

corriente.

IV. PROCEDIMIENTO

1. Mida la tensión en los terminales de una fuente de tensión sin carga. Denomine

a la tensión medida como Vsc (tensión sin carga)

Vsc (V) = __________

2. Conecte una carga RL de 50Ω en paralelo a la fuente de tensión, tal como se

muestra en la figura 2.1. Luego mida la tensión a través de la carga. Denomine

a la tensión medida como Vcc (tensión con carga). Complete la columna

correspondiente de la tabla 2.1


2 Versión 1.0

3. Mida la intensidad de la corriente que fluye a través del resistor RL. Denomine a

la intensidad de corriente medida como I. Complete la celda correspondiente

de la tabla 2.1

Figura 2.1

4. Una vez que se tengan los valores Vsc, Vcc e I, aplique la siguiente ecuación y

complete la celda correspondiente de la tabla 2.1

𝑅𝑠 =(𝑉𝑠𝑐 − 𝑉𝑐𝑐)

𝐼

5. Repita los pasos anteriores variando la resistencia RL a 10Ω y 5Ω. Recuerde

que los resistores deben ser capaces de soportar la potencia que disiparán.

Con las mediciones complete la tabla 2.1.

Tabla 2.1

RL = 50Ω RL = 10Ω RL = 5Ω

Vcc (V)

I (A)

Rs (Ω)

Se puede concluir que cuanta más intensidad de corriente demande la carga

RL, menor será la tensión entre los terminales de salida de la fuente de tensión.

Ello se debe a la mayor caída de tensión en la resistencia interna de la fuente.

V. CUESTIONARIO

1. Hacer una tabla de los valores experimentales hallados

2. Calcular el valor de la resistencia total del circuito y comparar con su medición

3. Determinar el valor de la resistencia interna de la fuente que ha utilizado.

Explique el método usado experimentalmente

4. Presente sus conclusiones

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 3

LEYES BÁSICAS DE CIRCUITOS: LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF

I. OBJETIVOS

Verificar experimentalmente la ley de Ohm

Conocer los principios y fundamentos de la Ley de Corrientes (Primera

Ley de Kirchhoff)

Comprobar mediante la experimentación las aplicaciones prácticas de

la Ley de Corrientes


Microamperímetro DC

02 fuentes de poder DC

Multímetro digital

Resistores de 20KΩ (3) y 10KΩ (2)

Protoboard


III. INFORME PREVIO

1. Investigue acerca del origen de la ley de Ohm

2. ¿En qué consiste la ley de corrientes de Kirchhoff?

IV. PROCEDIMIENTO

1. Realice el análisis teórico del circuito que se muestra en la figura 3.1 y

simúlelo. Luego impleméntelo y realice la medición de la intensidad de

corriente en cada rama y de tensión a través de cada resistor. Complete las

tablas 3.1 y 3.2

Tabla 3.1

I1 (µA) I2 (µA) I3 (µA) I4 (µA) I5 (µA)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido


2 Versión 1.0

Figura 3.1

Tabla 3.2

V1 (V) V2 (V) V3 (V) V4 (V) V5 (V)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

2. Con los datos de las tablas 3.1 y 3.2, calcule el valor de cada resistencia

aplicando la ley de Ohm. Mida el valor de cada resistencia usando el

multímetro. Con esta información complete la tabla 3.3, añadiendo el valor

nominal de los resistores.

Tabla 3.3

R1 (KΩ) R2 (KΩ) R3 (KΩ) R4 (KΩ) R5 (KΩ)

Valor calculado

Valor medido

Valor nominal

3. Aplicar la Primera Ley de Kirchhoff en el circuito de la figura 3.2 y determinar

las intensidades de corrientes I1, I2, I3 e I. Realice la simulación del circuito e

impleméntelo. Realice las mediciones de intensidad de corriente necesarias.

Complete la tabla 3.4 y verifique que se cumpla la Primera Ley de Kirchhoff

Figura 3.2


3 Versión 1.0

Tabla 3.4

I1 I2 I3 I4

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

4. Realizar el mismo análisis para el circuito de la figura 3.3. Complete la tabla 3.5

y verifique que se cumpla la Primera Ley de Kirchhoff

Figura 3.3

Tabla 3.5

I1 I2 I3

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

V. CUESTIONARIO

1. Describa el procedimiento realizado en el laboratorio y muestre sus resultados

2. ¿Los valores de intensidad de corriente hallados experimentalmente

coincidieron con los teóricos hallados por medio del uso de la ley de corrientes

de Kirchhoff? Si hay diferencias, explique las posibles causas

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 4

LEYES BÁSICAS DE CIRCUITOS: LEY DE TENSIÓN DE KIRCHHOFF

I. OBJETIVOS

Conocer los principios y fundamentos de la Ley de Tensión (Segunda

Ley de Kirchhoff)

Determinar experimentalmente las aplicaciones prácticas en circuitos

eléctricos de esta ley

Comprobar que la suma de tensiones en una malla es igual a cero

Observar el comportamiento de un circuito cuando intervienen varias

fuentes de tensión



Multímetro digital

Resistores de 20KΩ (2), 10KΩ (2), 2KΩ y 1KΩ (2)

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Describa la ley de tensión de Kirchhoff

IV. PROCEDIMIENTO

1. Realice el análisis teórico, la simulación e implementación del circuito mostrado

en la figura 4.1. Complete la tabla 4.1 y verifique que se cumpla la Segunda

Ley de Kirchhoff


2 Versión 1.0

Figura 4.1

Tabla 4.1

VA (V) VB (V) V1 (V) V2 (V) V3 (V) V4 (V)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

2. Realice el análisis teórico, la simulación e implementación del circuito mostrado

en la figura 4.2. Complete la tabla 4.2 y verifique que se cumpla la Segunda

Ley de Kirchhoff

Figura 4.2

Tabla 4.2

V (V) V1 (V) V2 (V) V4 (V) V7 (V)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido


3 Versión 1.0

V. CUESTIONARIO

1. Describa el procedimiento realizado en el laboratorio y muestre sus resultados

2. ¿Los valores de tensión hallados experimentalmente coincidieron con los

teóricos hallados por medio del uso de la ley de tensión de Kirchhoff? Si hay

diferencias, explique las posibles causas

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 5

DIVISORES DE TENSIÓN

I. OBJETIVOS

Conocer los principios y fundamentos de los divisores de tensión

Comprobar experimentalmente las aplicaciones prácticas en circuitos

eléctricos de los divisores de tensión

Estudiar y comprender los conceptos relacionados con el efecto de

carga

Analizar los efectos y comportamiento de un circuito eléctrico debido a

la inserción de instrumentos


Fuente de poder DC

Multímetro digital

Multímetro analógico

Resistores de 470KΩ (2), 100KΩ (2), 47KΩ (2), 20 KΩ (2), 10KΩ (2),

4.7KΩ (2), 1KΩ (2), 100Ω (5) y 50Ω

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Liste y describa algunas posibles aplicaciones de los divisores de tensión

2. ¿Cómo se manifiesta el efecto de carga cuando se realizan mediciones de

tensión?

IV. PROCEDIMIENTO

1. En el circuito de la figura 5.1 halle la tensión en los terminales del resistor R3

usando la teoría de divisores de tensión. Realice la simulación e

implementación del circuito. Presente sus resultados en la tabla 5.1


2 Versión 1.0

Figura 5.1

Tabla 5.1

V3 (V)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

2. Analice teóricamente y simule el circuito de la figura 5.2 con el objetivo de

determinar la potencia disipada en la resistencia Ro. Mida la tensión en la

resistencia Ro y calcule la potencia disipada. Complete la tabla 5.2.

Figura 5.2

Tabla 5.2

Ro (Ω) Vo (V) Po (mW)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

3. Implemente el circuito mostrado en la figura 5.3. Mida la tensión en la

resistencia R2 haciendo uso de un multímetro analógico y uno digital. Llene la

tabla 5.3


3 Versión 1.0

Figura 5.3

4. En el circuito de la figura 5.3 reemplace los resistores R1 y R2 de 1KΩ por otros

de 4.7KΩ, 10KΩ, 47KΩ, 100KΩ y 470KΩ. Complete la tabla 5.3

Tabla 5.3

V2 (V) teórico V2 (V) multímetro analógico

V2 (V) multímetro digital

R1 = R2 = 1 KΩ

R1 = R2 = 4.7KΩ

R1 = R2 = 1 0KΩ

R1 = R2 = 47KΩ

R1 = R2 = 100KΩ

R1 = R2 = 470KΩ

V. CUESTIONARIO

1. Luego de los resultados hallados, explique qué es el efecto de carga y cómo

puede afectar la exactitud de las mediciones de tensión.

2. Explique las diferencias encontradas en las mediciones de tensión realizadas

con multímetros digitales con respecto a multímetros (o voltímetros) analógicos

3. Realice un análisis de error. Grafique el valor del error absoluto con respecto al

valor de la resistencia R2

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 6

DIVISORES DE INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA

I. OBJETIVOS

Conocer los principios y fundamentos de los divisores de intensidad de

corriente

Comprobar experimentalmente las aplicaciones prácticas en circuitos

eléctricos de los divisores de intensidad de corriente

Analizar los efectos y el comportamiento de un circuito eléctrico debido

a la inserción de instrumentos


Fuente de poder DC

Miliamperímetro DC

Resistores de 100Ω (3), 500Ω, 470Ω, 220Ω, 2KΩ, 1KΩ, 200Ω, 4.7Ω y

47Ω

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Liste y describa algunas posibles aplicaciones de los divisores de intensidad de

corriente

2. ¿Qué es y cómo se manifiesta el efecto de carga cuando se realizan

mediciones de intensidad de corriente?

3. Analice la hoja técnica de un instrumento analógico y otro digital, utilizado para

medir intensidad de corriente eléctrica y tensión. Determine la resistencia de

los instrumentos para cada escala.

IV. PROCEDIMIENTO

1. Para el circuito que se muestra en la figura 6.1, halle las intensidades de

corriente I1, I2, I3, I4, I5, I6 e I7 utilizando la teoría de divisores de intensidad de

corriente para cada una de las ramas del circuito. Realice su simulación e

impleméntelo. Complete la tabla 6.1


2 Versión 1.0

Figura 6.1

Tabla 6.1

I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) I4 (mA) I5 (mA) I6 (mA) I7 (mA)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

2. Analizar teóricamente el circuito de la figura 6.2 utilizando el método de divisor

de corriente, realizar su simulación e implementación. Determinar la potencia

disipada por el resistor R6 y la potencia de entrada al circuito. Complete la tabla

6.2.

Figura 6.2

Tabla 6.2

R1 (Ω) I1 (mA) P1 (mW) R6 (Ω) I6 (mA) P6 (mW)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

3. Use un multímetro digital con el fin de medir la resistencia de un resistor de

4.7Ω. Use un multímetro digital con el fin de ajustar el nivel de salida de una

fuente DC a 0.3V. A continuación implemente el circuito de la figura 6.3. Co los


3 Versión 1.0

valores de resistencia y tensión medidos realice el análisis teórico y la

simulación del circuito. Llene las 02 primeras filas de la tabla 6.3.

Figura 6.3

4. Utilizando el rango adecuado de medida de los instrumentos y considerando su

polaridad, realice mediciones de intensidad de corriente eléctrica con un

multímetro digital (o miliamperímetro digital) y un multímetro analógico (o

miliamperímetro analógico). Complete la tabla 6.3.

Tabla 6.3

I teórico (mA)

I simulada (mA)

I medida con instrumento digital (mA)

I medida con instrumento analógico (mA)

5. Realice el mismo análisis anterior para el caso de V = 3V y R1 = 47Ω. Complete

la tabla 6.4

Tabla 6.4

I teórico (mA)

I simulada (mA)

I medida con instrumento digital (mA)

I medida con instrumento analógico (mA)

V. CUESTIONARIO

1. ¿Cómo afecta el efecto de carga a las mediciones?

2. ¿Qué consideraciones deben tomarse en cuenta para tratar de evitar el efecto

de carga en las mediciones de intensidad de corriente?

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 7

TRIPOLOS

I. OBJETIVOS

Verificar la equivalencia Delta-Estrella y viceversa en un circuito

Determinar la relación entre las resistencias de un puente equilibrado

Medir resistencias desconocidas utilizando el Puente de Wheatstone


Fuente de poder DC

Multímetro digital

Miliamperímetro DC

Resistores de 20KΩ, 4.7KΩ, 2KΩ (3), 1KΩ (5), 470Ω

Potenciómetro de 20KΩ

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Defina un tripolo y sus aplicaciones

2. Explique la utilidad de los Puentes de Wheatstone

IV. PROCEDIMIENTO

1. Mediante la técnica de transformación Delta-Estrella halle la intensidad de

corriente, I, entregada por la fuente de poder del circuito mostrado en la figura

7.1. A continuación realice su simulación e implementación. Complete la tabla

7.1


2 Versión 1.0

Figura 7.1

Tabla 7.1

I (mA)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

2. Encontrar la expresión para medir la resistencia Rx en el circuito de la figura

7.2. Considere la resistencia interna del instrumento

Figura 7.2

3. Considere que Rx = 20KΩ nominalmente. Mida su valor usando un multímetro.

Luego implemente el circuito mostrado en la figura 7.2. Ajuste la resistencia del

potenciómetro de tal manera que la tensión entre los puntos B y C sea 0.

Entonces halle Rx utilizando la expresión hallada en el paso 2. Complete la

tabla 7.2


3 Versión 1.0

Tabla 7.2

Valor nominal de Rx (KΩ)

Valor medido de Rx (KΩ)

Valor de Rx hallado usando el Puente de Wheatstone (KΩ)

V. CUESTIONARIO

1. ¿De qué depende la exactitud de las mediciones de resistencia utilizando un

puente de Wheatstone?

2. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas del uso de puentes de Wheatstone?

¿En qué ámbitos se utilizan los puentes de Wheatstone?

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 8

TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN

I. OBJETIVOS

Verificar experimentalmente en forma cualitativa la propiedad de

superposición

Conocer los fundamentos básicos del teorema de superposición

Comprobar las condiciones necesarias para que se cumpla el teorema

de superposición



Multímetro digital

Miliamperímetro DC

Resistores de 2KΩ (2), 1KΩ (3) y 470Ω

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Defina los principios del teorema de superposición y sus aplicaciones

IV. PROCEDIMIENTO

1. Analizar teóricamente el circuito que se muestra en la figura 8.1 y determinar la

tensión V5 y la intensidad de corriente de salida I5 mediante el principio de

superposición. Realice la simulación e implemente el circuito. Complete la tabla

8.1.


2 Versión 1.0

Figura 8.1

Tabla 8.1

I5 (mA) V5 (V)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

2. Verificar el principio de superposición en el circuito de la figura 8.2. Para ello

calcule teóricamente la intensidad de corriente I6 y la tensión de salida V6

utilizando el principio de superposición. Simule el circuito e impleméntelo.

Complete la tabla 8.2

Figura 8.2

Tabla 8.2

I6 (mA) V6 (V)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido


3 Versión 1.0

V. CUESTIONARIO

1. Compare los resultados teóricos con los hallados experimentalmente. ¿Existe

diferencias entre ellos? Si es que hay diferencia, ¿Por qué motivo ésta se

presenta?

2. ¿Por qué es posible aplicar el principio de superposición en el análisis de los

circuitos implementados en el laboratorio?

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 9

TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON

I. OBJETIVOS

Conocer los fundamentos básicos de los teoremas de Thevenin y

Norton y su aplicación

Analizar un circuito DC mediante la aplicación de los teoremas de

Thevenin y Norton

Verificar los parámetros VTH, RTH, INT, RNT, determinados por los

teoremas de Thevenin y Norton

Comprobar experimentalmente que se cumplan los teoremas en

estudio



Multímetro digital

Miliamperímetro DC

Resistores de 2KΩ (2), 1KΩ (3), 470Ω (3), 330Ω (2) y 100Ω (2)

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Explique el teorema de Thevenin y Norton y su importancia en el análisis de

circuitos

IV. PROCEDIMIENTO

1. Calcular la intensidad de corriente I2 en el circuito mostrado en la figura 9.1

aplicando el Teorema de Thevenin. Luego realice su simulación e

implementación. Complete la tabla 9.1


2 Versión 1.0

Figura 9.1

Tabla 9.1

I2, valor teórico (mA)

I2, valor simulado (mA)

I2, valor medido (mA)

2. Repita el procedimiento anterior para el circuito que se muestra en la figura 9.2.

En este caso, el parámetro de interés es la intensidad de la corriente que

circula por R3, I3. Complete la tabla 9.2

Figura 9.2

Tabla 9.2




3. Calcular la intensidad de corriente I5 en el circuito mostrado en la figura 9.3

aplicando el Teorema de Norton. Luego realice su simulación e

implementación. Complete la tabla 9.3


3 Versión 1.0

Figura 9.3

Tabla 9.3




4. Repita el procedimiento anterior para el circuito que se muestra en la figura 9.4.

En este caso, el parámetro de interés es la intensidad de la corriente que

circula por R7, I7. Complete la tabla 9.4

Figura 9.4

Tabla 9.4





4 Versión 1.0

V. CUESTIONARIO

1. Confeccionar una tabla en la que se presente los:

Valores teóricos

Valores prácticos (medidas)

Errores relativos y porcentuales

2. Indique las condiciones que se deben cumplir para que sea posible aplicar los

teoremas de Thevenin y Norton

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 10

TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA

I. OBJETIVOS

Comprobar experimentalmente el teorema en mención y verificar las

relaciones de potencia y eficiencia


Fuente de poder DC

Multímetro digital

Miliamperímetro DC


Resistor de 470Ω/0.5W, 1KΩ (2), 100Ω , 5Ω (2)

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Explique el teorema de la máxima transferencia de potencia y su relación con

la eficiencia en el aprovechamiento de la energía entregada por una fuente de

tensión

IV. PROCEDIMIENTO

1. Implementar el circuito de la figura 10.1. Girar el potenciómetro de tal manera

que el valor de la resistencia R2 sea de 0Ω. A continuación registre el valor de

la intensidad de corriente I junto con el valor de R2 en la tabla 10.1. Gire la

perilla del potenciómetro y registre valores de resistencia e intensidad de

corriente de tal manera que se complete la tabla 10.1.

Tabla 10.1

R2, valor teórico (Ω)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

R2, valor medido (Ω)

I medida (mA)


2 Versión 1.0

Figura 10.1

Tabla 10.1 (Continuación)

R2, valor teórico (Ω)

550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

R2, valor medido (Ω)

I (mA)

2. Para el circuito de la figura 10.2, calcular el valor de R4 que permite que dicho

resistor absorba la máxima potencia posible. Ajustar un potenciómetro a dicho

valor y conéctelo en el circuito como R4. Indique el valor hallado.

R4 = ____________

3. Simule el circuito de la figura 10.2 y complete los campos correspondientes de

la tabla 10.2. Mida las tensiones e intensidades de corrientes en todos los

elementos del circuito. Complete la tabla 10.2

Figura 10.2

Tabla 10.2

V (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA)

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido


3 Versión 1.0

V. CUESTIONARIO

1. Con los valores medidos, compruebe el teorema de máxima transferencia de

potencia.

2. A partir del circuito Norton equivalente de una red general, presentado en la

figura 10.3, demuestre el teorema y calcule la potencia máxima en función de

la intensidad de corriente Norton (IN)

Figura 10.3

3. Tabular los valores de IL y VRL cuando se varía RL. Graficar la potencia en la

carga, PRL, y la eficiencia, n, con respecto a RL.

4. Dibujar el circuito Thevenin y Norton equivalente tanto experimental como

teórico del circuito mostrado en la figura 10.2, luego realice el cálculo de la

potencia en cada elemento y determine la eficiencia del circuito considerando

que R4 representa la carga del circuito.

5. En la figura 10.4 se pide determinar:

Figura 10.4

a. El valor de R que hace que VA-B sea máximo

b. El valor de R que hace que la potencia entre A-B sea máxima

c. El valor de la potencia máxima obtenida entre A-B

d. La eficiencia en condiciones de máxima potencia entre A-B

e. La eficiencia en condiciones de máxima tensión entre A-B

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 11

TEOREMA DE SUSTITUCIÓN

I. OBJETIVOS

Conocer y comprender el principio de sustitución

Comprobar experimentalmente el teorema de sustitución

Analizar un circuito DC mediante la aplicación del teorema de

sustitución



Multímetro digital

Miliamperímetro


Resistores de 470Ω (2), 330Ω (2), 100Ω (2), 1KΩ

Protoboard



III. INFORME PREVIO

1. Explique el teorema de sustitución y brinde algunos ejemplos de su aplicación

IV. PROCEDIMIENTO

1. Analizar teóricamente el circuito mostrado en la figura 11.1. Realice su

simulación. Registre sus resultados en la tabla 11.1.

Figura 11.1


2 Versión 1.0

2. Medir la diferencia de potencial entre los puntos A-B y la intensidad de

corriente en sus respectivas ramas (resistencias R1, R2 y R3). Registre sus

mediciones en la tabla 11.1

Tabla 11.1

VA-B I1 I2 I3

Valor teórico

Valor simulado

Valor medido

3. Desconectar la rama A-B y medir su resistencia

4. Reemplazar la rama A-B por la rama que se muestra en la figura 11.2, en

donde RL1 = 10KΩ

Figura 11.2

5. Variar la resistencia RL1 hasta obtener el mismo valor de tensión medido en el

paso 2

6. Medir las intensidades de corriente en cada una de las respectivas ramas (R1,

R2 y R3) manteniendo constante la fuente V1. Registre los valores hallados en

la tabla 11.2

Tabla 11.2

VA-B I1 I2 I3

Valor medido

7. Desconectar nuevamente la rama A-B y medir su resistencia

RA-B = ____________

8. Realizar el mismo análisis para el circuito propuesto en la figura 11.3

Figura 11.3


3 Versión 1.0

V. CUESTIONARIO

1. Realice un análisis de lo hallado experimentalmente y brinde conclusiones

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 12

SISTEMAS DE PRIMER ORDEN

I. OBJETIVOS

Determinar la respuesta de un circuito resistor capacitor (RC) y resistor

inductor (RL), libre de fuentes independientes

Conocer las características y comportamiento físico de un circuito RC

y RL

Analizar el almacenamiento y disipación de energía en circuitos RC y

RL

Diferenciar las respuestas naturales y forzadas en sistemas de primer

orden

Comprobar experimentalmente la dependencia de la respuesta de los

sistemas de primer orden en función del tiempo

Analizar la respuesta a una fuente escalón unitario

Conocer el comportamiento de los elementos que almacenan energía


Fuente de poder DC

Multímetro digital

Osciloscopio


Bobinas de 10 mH y 7H

Capacitores de 10µF y 2.2µF

Resistores de 1MΩ, 2KΩ, 1KΩ y 10Ω de ½ Watt



III. INFORME PREVIO

1. Explique a qué se denomina un sistema de primer orden. ¿Qué es la respuesta

natural de un circuito? ¿Qué es la respuesta forzada de un circuito?


2 Versión 1.0

IV. PROCEDIMIENTO

1. Determine teóricamente las respuestas natural y forzada del circuito mostrado

en la figura 12.1 y grafíquelas en la figura 12.2. Grafique asimismo el resultado

de la simulación.

2. Determine teórica (a partir de los valores nominales de los componentes) y

experimentalmente (a partir de mediciones con multímetro) la constante de

tiempo del circuito. Presentar dichos valores en la tabla 12.1.

Figura 12.1

Figura 12.2

Tabla 12.1

Ƭ(ms) teórico

Ƭ(ms) experimental

3. Utilizando el osciloscopio, obtenga las respuestas natural y forzada del circuito

de la figura 12.1. Grafique lo hallado en la figura 12.2. A partir del valor hallado

de la constante de tiempo, estime el valor de la inductancia. Presente su

resultado en la tabla 12.2


3 Versión 1.0

Tabla 12.2

L(mH) teórico

L(mH) experimental

4. Reemplazar en el circuito anterior R1 a 2KΩ y L1 a 7H. Repetir los pasos 1, 2 y

3 y complete las figuras 12.3 y las tablas 12.3 y 12.4

Figura 12.3

Tabla 12.3

Ƭ(ms) teórico

Ƭ(ms) experimental

Tabla 12.4

L(mH) teórico

L(mH) experimental

5. Determine teóricamente las respuestas natural y forzada del circuito mostrado

en la figura 12.4 y grafíquelas en la figura 12.5. Grafique asimismo el resultado

de la simulación.

6. Determine teórica (a partir de los valores nominales de los componentes) y

experimentalmente (a partir de mediciones con multímetro) la constante de

tiempo del circuito. Presentar dichos valores en la tabla 12.5.


4 Versión 1.0

Figura 12.4

Figura 12.5

Tabla 12.5

Ƭ(ms) teórico

Ƭ(ms) experimental

7. Utilizando el osciloscopio, obtenga las respuestas natural y forzada del circuito

de la figura 12.4. Grafique lo hallado en la figura 12.5. A partir del valor hallado

de la constante de tiempo, determine el valor de la capacitancia. Presente su

resultado en la tabla 12.6

Tabla 12.6

C(µF) teórico

C(µF) experimental

8. Reemplazar en el circuito anterior R1 a 1MΩ y C1 a 2.2 µF. Repetir los pasos 5,

6 y 7 y complete las figuras 12.6 y las tablas 12.7 y 12.8


5 Versión 1.0

Figura 12.6

Tabla 12.7

Ƭ(ms) teórico

Ƭ(ms) experimental

Tabla 12.8

L(mH) teórico

L(mH) experimental

V. CUESTIONARIO

1. Compare los resultados obtenidos experimentalmente con los hallados

teóricamente y brinde sus conclusiones

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA



1 Versión 1.0



EXPERIENCIA N° 13

SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN

I. OBJETIVOS

Determinar la respuesta de un circuito RLC libre de fuentes

independientes, cuando están conectados en serie y en paralelo

Conocer y entender las características y comportamiento físico de un

circuito RLC

Analizar el almacenamiento y disipación de energía en circuitos RLC

Diferenciar las respuestas naturales y forzadas en sistemas de

segundo orden

Comprobar experimentalmente el estado estable en un circuito RLC en

serie y en paralelo

Analizar el tiempo de descarga y carga de un circuito RLC


Fuente de poder DC

Multímetro digital

Osciloscopio


Resistores de 100Ω y 60Ω

Capacitores de 0.01µF y 120µF

Bobinas de 100mH y 7H



III. INFORME PREVIO

1. Describa los sistemas de segundo orden y los parámetros que los caracterizan

2. Indique ejemplos de la aplicación de sistemas de segundo orden

IV. PROCEDIMIENTO

1. Analizar teóricamente el circuito RLC en serie mostrado en la figura 13.1 y

hallar la respuesta natural y forzada del circuito que se presentan

inmediatamente después de que se cierra el interruptor S1. Graficar ambas

respuestas en la figura 13.2 Grafique asimismo el resultado de la simulación.


2 Versión 1.0

Figura 13.1

Figura 13.2

2. Implemente el circuito de la figura 13.1. Inicialmente el interruptor debe estar

abierto y el condensador descargado. Graficar, en la figura 13.2, las respuestas

natural y forzada que se presentan inmediatamente después de que se cierra

el interruptor S1. Mida la resistencia, RL1, de la bobina utilizada.

RL1(Ω) = ____________

3. Analizar teóricamente el circuito RLC en paralelo mostrado en la figura 13.3 y

hallar la respuesta natural y forzada del circuito que se presentan

inmediatamente después de que se abre el interruptor S1. Graficar ambas

respuestas en la figura 13.4 Grafique asimismo el resultado de la simulación.

4. Implemente el circuito de la figura 13.3, con el interruptor cerrado y el

condensador completamente cargado. Graficar, en la figura 13.4, las

respuestas natural y forzada que se presentan inmediatamente después de

que se abre el interruptor S1. Mida la resistencia, RL1, de la bobina utilizada.


3 Versión 1.0

Figura 13.3

Figura 13.4

RL1(Ω) = ____________

V. CUESTIONARIO

1. Compare los resultados experimentales con los hallados teóricamente.

VI. OBSERVACIONES


VII. BIBLIOGRAFÍA


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