Laboratorio1-Rta RC y RL_2014-II_G1.2

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GUIA DE LABORATORIOSDEPARTAMENTO DE INGENIERIA

ELECTRNICA

Versin23 Julio 2013

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TIPO DE PRACTICA: Proyecto por Etapas X Demostrativa

TEMA: Respuesta Transitoria Circuitos RL y RC No PRACTICA 1 NUMERO DE SESIONES: 1

FECHA(S) DE CADA SESIN: viernes 22 de agosto de 2014

No INTEGRANTES 3 No GRUPO 1.2Laboratorios de IngenieraSede:

CLL 20 CRA 5

PROFESOR: Betty Marcela Ochoa Mancipe NOMBRE ASIGNATURA: Circuitos en Rgimen Transitorio

FECHAS DE ENTREGAS: Pre-Informe viernes 22 de agosto de 2014 - Informeviernes 29 de agosto de 2014

MATERIALES: Resistencias, condensadores, inductores, generador de seales, multmetro, osciloscopio,conectores, protoboard.

REFERENCIAS

1. Hayt, William H., Kemmerly, Jack E. y Durbin, Steven M. (2007). Anlisis de circuitos en ingeniera (7ed.). Mxico: McGraw Hill.

2. Dorf, Richard C., Svoboda, James A. (2006). Circuitos Elctricos (6 ed.). Mxico: Alfaomega.3. Boylestad, Robert L. (2004). Introduccin al Anlisis de Circuitos (10 ed.). Mxico: Prentice Hall.4. Alexander, Charles K., Sadiku, Matthew N.O., (2006). Fundamentos de Circuitos Elctricos. (3 ed.).

Mxico: McGraw Hill.

A. COMPETENCIAS A DESARROLLAR

El presente trabajo experimental desarrollar las siguientes competencias acadmicas:

1. Analizar los parmetros elctricos de los circuitos a partir de modelos matemticos.2. Aplicar los conceptos de la teora de circuitos a la solucin de problemas.3. Interpretar los comportamientos de los componentes de los circuitos elctricos.4. Verificar y socializar el cumplimiento de las respuestas de los circuitos elctricos.

B. ASPECTOS TERICOS

INDUCTOR

Un inductor es una bobina de alambre enrollada alrededor de un ncleo de soporte. Este elementopasivo almacena energa en forma de campo magntico. Si la corriente vara con el tiempo, elcampo magntico est variando con el tiempo. Un campo magntico variable en el tiempo induceun voltaje en cualquier conductor conectado por medio del campo. La inductancia L, es elparmetro del circuito que describe al inductor, y se mide en Henrios [H]. La relacin entre el voltaje y

la corriente en un inductor viene dada por:


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Donde v(t) est en Voltios, L en Henrios, i(t) en Amperios y t en segundos.

Propiedades

Si la corriente es constante, el voltaje por el inductor ideal es cero, se comporta como un cortocircuito.

La corriente no puede cambiar instantneamente en un inductor. Cuando se abre elinterruptor de un circuito inductivo en un sistema real, la corriente inicial contina circulandoen el aire a travs del interruptor. El arco evita que la corriente disminuya a ceroinstantneamente.

Una corriente variable en el tiempo puede producir un voltaje. El inductor permite cambio instantneo en su voltaje.

CONDENSADOR

Un capacitor o condensador es un componente elctrico compuesto con dos conductoresseparados por un aislante o material dielctrico. Este elemento pasivo almacena energa en forma decampo elctrico. La fuente del campo elctrico es la separacin de carga o voltaje. Si el voltaje estvariando con el tiempo, el campo elctrico hace lo propio del mismo modo. Un campo elctricovariable en el tiempo produce una corriente de desplazamiento en el espacio que ocupa el campo.La capacitancia, C, es el parmetro de circuito que describe un capacitor y se mide en faradios [F].

La relacin entre el voltaje y la corriente en un condensador viene dada por:

Donde v(t) est en Voltios, C en Faradios, i(t) en Amperios y t en segundos.

Propiedades

El voltaje no puede cambiar instantneamente entre los terminales de un capacitor, puestendra una corriente infinita, cosa que es fsicamente imposible.

Si el voltaje entre los terminales es constante, la corriente del capacitor resulta igual a cero. Larazn es que no hay posibilidad de establecer una corriente de conduccin en el materialdielctrico. Un capacitor se comporta como un circuito abierto en la presencia de un voltajeconstante.

Un voltaje variable en el tiempo puede producir una corriente.

El capacitor permite cambio instantneo en su corriente.

RESPUESTA DE CIRCUITOS RL Y RC DE PRIMER ORDEN

RESPUESTA NATURAL

La respuesta natural corresponde a las corrientes y voltajes que existen cuando se libera la energaalmacenada en un circuito que no contiene fuentes independientes, es decir cuando se realiza ladesconexin de las fuentes, luego de un tiempo que permita la carga completa de condensador o elinductor.


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Circuito RL

Circuito R

RESPUESTA

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2. Cul es la ecuacin que caracteriza el voltaje de carga de un condensador para un circuitoRC con una fuente constante?. Grafique dicha funcin.

3. Cul es la ecuacin que caracteriza la respuesta completa del voltaje de un inductor paraun circuito RL con fuente cuadrada?. Grafique dicha funcin.

4. Cul es la ecuacin que caracteriza la respuesta completa de la corriente de uncondensador para un circuito RC con fuente cuadrada? Grafique dicha funcin.

5. Qu mediciones debe realizar para observar la respuesta del circuito RL? Qu instrumento oinstrumentos debe emplear para realizar dichas mediciones?

6. Qu mediciones debe realizar para observar la respuesta del circuito RC? Qu instrumento oinstrumentos debe emplear para realizar dichas mediciones?

7. Cmo se mide la resistencia propia de un inductor?

D.

DESARROLLO PRCTICO

CIRCUITO RL

Respuesta Natural

1. Asigne valores comerciales a cada una de las resistencias del circuito. Verifique que los valoresque establezca para los elementos resistivos sean enteros y fciles de ubicar comercialmente.Compruebe que la corriente esperada en ningn caso supere los valores nominales de loselementos utilizados en el montaje. La resistencia R1debe ser un potencimetro el cual debeubicar en un valor fijo para realizar el anlisis y la simulacin.

2. Asigne valor al inductor L del circuito. Verifique que el valor que establezca sea fcil deencontrar comercialmente o averige los valores de los elementos que se encuentran en ellaboratorio. Rec uerde q ue los valores q ue a sign e a la s resistenc ia s y a l ind uc tor d ete rm ina ra nla c onstan te de t iem po pa ra la c a rga y d esc a rga de l c i rc u it o .

3. Seleccione una fuente Vxde voltaje continua dentro de los rangos que tiene en el laboratorio.

4.

Calcule el tiempo de carga y descarga del circuito.5. Establezca el tiempo que garantiza la carga completa del inductor, transcurrido ste cambie

el interruptor de la posicin Aa la B, para dar inicio al ciclo de descarga. En el anlisis tericoasuma que la activacin del interruptor se da en t=0 [s].

6. Determine las ecuaciones del voltaje en el inductor L, el voltaje en la resistencia R2 y lacorriente del circuito cuando el interruptor est en la posicin B.

7. Grafique los voltajes y las corrientes de los elementos pasivos del circuito cuando el interruptorest en la posicin B.

8. Realice la simulacin del circuito.9. En el simulador mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.10.En el simulador mida la corriente de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.11.Mida los valores reales de las resistencias y la resistencia propia del inductor.

12.

Realice el montaje del circuito.


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13.Mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.14.

Disminuya el valor de la resistencia del potencimetro R1y mire el efecto en la respuesta delinductor Lcuando el interruptor est en la posicin B.

15.Aumente el valor de la resistencia del potencimetro R1y mire el efecto en la respuesta delinductor Lcuando el interruptor est en la posicin B.

Respuesta Completa

1. Asigne valores comerciales a cada una de las resistencias del circuito. Verifique que los valoresque establezca para los elementos resistivos sean enteros y fciles de ubicar comercialmente.Compruebe que la corriente esperada en ningn caso supere los valores nominales de loselementos utilizados en el montaje. La resistencia R1debe ser un potencimetro el cual debeubicar en un valor fijo para realizar el anlisis y la simulacin.

2. Asigne valor al inductor L del circuito. Verifique que el valor que establezca sea fcil deencontrar comercialmente o averige los valores de los elementos que se encuentran en ellaboratorio. Rec uerde q ue los valores q ue a sign e a la s resistenc ia s y a l ind uc tor d ete rm ina ra n

la c onstan te de t iem po pa ra la c a rga y d esc a rga de l c irc u it o .3. Seleccione una fuente Vxde voltaje continua dentro de los rangos que tiene en el laboratorioy una fuente vy( t) de voltaje alterna cuadrada, asigne el valor de amplitud y frecuenciarequerida para que el circuito presente el ciclo de carga y descarga.

4. Establezca el tiempo que garantiza la carga completa del inductor, transcurrido ste cambieel interruptor de la posicin A a la B. En el anlisis terico asuma que la activacin delinterruptor se da en t=0 [s].

5. Determine las ecuaciones del voltaje en el inductor L, el voltaje en la resistencia R2 y lacorriente del circuito cuando el interruptor est en la posicin B.


7. Realice la simulacin del circuito.8. En el simulador mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.

9.

En el simulador mida la corriente de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.10.Mida los valores reales de las resistencias y la resistencia propia del inductor.11.Realice el montaje del circuito.12.Mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.13.Disminuya la amplitud de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el inductor

L, cuando el interruptor est en la posicin B.14.Aumente la amplitud de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el inductor

L, cuando el interruptor est en la posicin B.15.Disminuya la frecuencia de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el

inductor L, cuando el interruptor est en la posicin B.16.Aumente la frecuencia de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el

inductor L, cuando el interruptor est en la posicin B.


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CIRCUITO RC

Respuesta Natural

1.

Asigne valores comerciales a cada una de las resistencias del circuito. Verifique que los valoresque establezca para los elementos resistivos sean enteros y fciles de ubicar comercialmente.Compruebe que la corriente esperada en ningn caso supere los valores nominales de loselementos utilizados en el montaje. La resistencia R1debe ser un potencimetro el cual debeubicar en un valor fijo para realizar el anlisis y la simulacin.

2. Asigne valor al condensador Cdel circuito. Verifique que el valor que establezca sea fcil deencontrar comercialmente. Recuerde que los valores que asigne a las resistencias y alco ndensad or de te rm ina ran la co nstan te d e t iem po pa ra la ca rga y de sca rga de l c irc u it o .

3. Seleccione una fuente Vxde voltaje continua dentro de los rangos que tiene en el laboratorio.4. Calcule el tiempo de carga y descarga del circuito.5. Establezca el tiempo que garantiza la carga completa del condensador, transcurrido ste

cambie el interruptor de la posicin Aa la B, para dar inicio al ciclo de descarga. En el anlisis

terico asuma que la activacin del interruptor se da en t=0 [s].

6. Determine las ecuaciones del voltaje en el condensadorC, el voltaje en la resistencia R2y lacorriente del circuito cuando el interruptor est en la posicin B.


8. Realice la simulacin del circuito.9. En el simulador mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.10.En el simulador mida la corriente de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.11.Mida los valores reales de las resistencias.12.Realice el montaje del circuito.13.Mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.14.Disminuya el valor de la resistencia del potencimetro R1y mire el efecto en la respuesta del

inductor Lcuando el interruptor est en la posicin B.

15.

Aumente el valor de la resistencia del potencimetro R1y mire el efecto en la respuesta delinductor Lcuando el interruptor est en la posicin B.

Respuesta Completa


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1.

Asigne valores comerciales a cada una de las resistencias del circuito. Verifique que los valoresque establezca para los elementos resistivos sean enteros y fciles de ubicar comercialmente.Compruebe que la corriente esperada en ningn caso supere los valores nominales de loselementos utilizados en el montaje. La resistencia R1debe ser un potencimetro el cual debeubicar en un valor fijo para realizar el anlisis y la simulacin.

2. Asigne valor al condensador Cdel circuito. Verifique que el valor que establezca sea fcil deencontrar comercialmente. Rec ue rde q ue los va lo res q ue a signe a la s resisten c ias y a l ind uc to rde te rm ina ran la c onstan te d e t iem po pa ra la c a rga y de sc a rga de l c irc u it o .

3. Seleccione una fuente Vxde voltaje continua dentro de los rangos que tiene en el laboratorioy una fuente vy( t) de voltaje alterna cuadrada, asigne el valor de amplitud y frecuenciarequerida para que el circuito presente el ciclo de carga y descarga.

4. Establezca el tiempo que garantiza la carga completa del condensador C, transcurrido ste

cambie el interruptor de la posicin Aa la B. En el anlisis terico asuma que la activacin delinterruptor se da en t=0 [s].

5. Determine las ecuaciones del voltaje en el condensador C, el voltaje en la resistencia R2y lacorriente del circuito cuando el interruptor est en la posicin B.


7. Realice la simulacin del circuito.8. En el simulador mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.9. En el simulador mida la corriente de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.10.Mida los valores reales de las resistencias.11.Realice el montaje del circuito.12.Mida los voltajes de los elementos cuando el interruptor est en la posicin B.13.Disminuya la amplitud de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el

condensador C, cuando el interruptor est en la posicin B.14.Aumente la amplitud de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el

condensador C, cuando el interruptor est en la posicin B.15.Disminuya la frecuencia de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el

condensador C, cuando el interruptor est en la posicin B.16.Aumente la frecuencia de la fuente vy(t) y explique efectos tiene sobre el voltaje en el

condensador C, cuando el interruptor est en la posicin B.

E. PROCEDIMIENTO

ANLISIS TERICO

Para cada uno de los circuitos identifique los elementos que se encuentran en serie y los que seestn en paralelo.

Realice el anlisis de acuerdo al circuito que est estudiando para determinar la variable principala determinar, corriente en el inductor y voltaje en el condensador.

Determine los voltajes y corrientes solicitados para los restantes elementos del circuito. Al obtener las ecuaciones requeridas de voltaje y corriente grafquelas en los intervalos de tiempos

correspondientes. Deben entregar el anlisis terico del circuito al inicio de la prctica en el laboratorio.


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SIMULACIN

Empleando los valores asignados para el anlisis terico realice la simulacin de los circuitosdescritos.

Ubique los instrumentos o herramientas de medicin requeridos para visualizar las variablesanalizadas.

Capture imgenes de las simulaciones y las graficas entregadas, para incluirlas en el informe. Enve al correo [email protected] los archivos generados por el simulador.

MONTAJE

Al iniciar la sesin de trabajo con el osciloscopio, compruebe:1. Lacontinuidad de las sondas.

2.

La calibracin del osciloscopio utilizando la seal interna. Debe comparar la medicin de la sondacontra las especificaciones del osciloscopio (usualmente 0.5 Vpp o 1 Vpp, y frecuencia de 1 kHz).

Usando el protoboard, monte cada uno de los circuitos con los valores utilizados para realizar elanlisis terico.

Cuando realice mediciones de voltajes siempre en el canal 1 del osciloscopio ubique la fuenteempleada y en el canal 2 el voltaje a medir, as podr comparar la seal de entrada y larespuesta.

Luego de realizar las mediciones requeridas, aumente y disminuya el valor establecido para lospotencimetros y las fuentes. Observe y analice el cambio en la forma de onda de la respuestade circuito.

Capture imgenes de los montajes y las graficas entregadas. Enve al correo [email protected] las imgenes y graficas obtenidas en el osciloscopio.

F. ANLISIS DE RESULTADOS

Luego seleccionar y de medir los valores reales de las resistencias y la resistencia propia delinductor RL, complete:

Para el circuito RL

RESISTENCIAS

CIRCUITOValor dado por: Error 1 (%)

Cdigo -Simulado

Error 2 (%)Cdigo -Medido

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MedidoCdigo De

ColoresSimulacin Medido

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Para el circuito RC

RESISTENCIAS

CIRCUITOValor dado por: Error 1 (%)

Cdigo -Simulado

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MedidoCdigo De

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Luego de establecer los valores de los componentes indique:

Circuito RL

Tiempo de Calculado MontajeError (%)

Calculado - MontajeCarga [ms]

Descarga [ms]

Circuito RC

Tiempo de Calculado MontajeError (%)

Calculado - MontajeCarga [ms]

Descarga [ms]

Con los valores obtenidos complete las siguientes tablas:

RESPUESTA NATURAL CIRCUITO RL

VARIABLE ECUACIN CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BCorriente del

Inductor

Voltaje delInductor

GRAFICAS DEL VOLTAJE DEL INDUCTOR CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO MONTAJE

GRAFICAS DE LA CORRIENTE DEL INDUCTOR CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO

RESPUESTA COMPLETA CIRCUITO RL


Inductor

Voltaje del

Inductor


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Corriente de laResistencia

Voltaje de laResistencia

GRAFICAS DEL VOLTAJE DE INDUCTOR CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO MONTAJE

GRAFICAS DEL VOLTAJE DE LA RESISTENCIA CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO MONTAJE

GRAFICAS DE LA CORRIENTE DEL CIRCUITO CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO

RESPUESTA NATURAL CIRCUITO RC


CondensadorVoltaje del

Condensador

GRAFICAS DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO MONTAJE


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GRAFICAS DE LA CORRIENTE DEL CONDENSADOR CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO

RESPUESTA COMPLETA CIRCUITO RC

VARIABLE ECUACIN CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BCorriente delCondensador

Voltaje delCondensador

Corriente de laResistencia

Voltaje de laResistencia

GRAFICAS DEL VOLTAJE DE CONDENSADOR CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO MONTAJE

GRAFICAS DEL VOLTAJE DE LA RESISTENCIA CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO MONTAJE

GRAFICAS DE LA CORRIENTE DEL CIRCUITO CUANDO EL INTERRUPTOR EST EN LA POSICIN BTEORICO SIMULADO


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Cuestionario

1. Para cada una de las tablas analice las diferencias que se presentan, qu causa los errores?2. A qu se deben las diferencias entre los valores experimentales y tericos de las variables

medidas en los circuitos sometidos a experimentacin?3. Explique por qu la respuesta transitoria depende de la relacin entre el periodo de la onda

cuadrada del generador y la constante de tiempo del circuito?4. Describa los efectos que se observan sobre los circuitos al variar el valor de los potencimetros.

De una explicacin terica de lo observado, adems comprelo con lo que obtuvo en lassimulaciones que hizo.

5. Describa los efectos que se observan sobre los circuitos al variar la frecuencia de la fuente. Deuna explicacin terica de lo observado, adems comprelo con lo que obtuvo en lassimulaciones que hizo.

6.

Describa los efectos que se observan sobre los circuitos al variar la amplitud de la fuente. De unaexplicacin terica de lo observado, adems comprelo con lo que obtuvo en las simulacionesque hizo.

7. Incluya los comentarios sobre la prctica e indique si tuvo problemas en su realizacin.8. Mencione algunas situaciones prcticas en las cuales los conocimientos comprobados y/o

adquiridos en esta prctica pueden ser utilizados.9. D conclusiones individuales a partir de cada uno de los resultados obtenidos.

G. INFORMES

PREINFORME. Se debe entregar al inicio de la prctica. Este incluye:

1. Las respuestas al literal C. PREGUNTAS PREVIAS PARA EL DESARROLLO DE LA PRCTICA.2. Las actividades correspondiente al literal D. DESARROLLO PRCTICO

a. CIRCUITO RL Respuesta Natural numerales 1al 7.b. CIRCUITO RL Respuesta Completa numerales 1al 6.c. CIRCUITO RC Respuesta Natural numerales 1al 7.d. CIRCUITO RC Respuesta Completa numerales 1al 6.

Para lo cual debe seguir las indicaciones del literal E. PROCEDIMIENTO en su parte ANLISISTERICO.

INFORME. Se debe entregar en el aula virtual en la fecha establecida. Incluye:

1. Las actividades correspondiente al literal D. DESARROLLO PRCTICOa. CIRCUITO RL Respuesta Natural numerales 8al 15.

b.

CIRCUITO RL Respuesta Completa numerales 7al 16.c. CIRCUITO RC Respuesta Natural numerales 8al 15.d. CIRCUITO RC Respuesta Completa numerales 7al 16.

Para lo cual debe seguir las indicaciones del literal E. PROCEDIMIENTOen sus partes SIMULACIN yMONTAJE.

2. La informacin solicitada en cada una de las tablas incluidas en el literal F. ANLISIS DERESULTADOS.

3. Las respuestas al cuestionario del literal F. ANLISIS DE RESULTADOS.4. NO olviden dar las conclusiones de cada uno de los circuitos de acuerdo a los resultados

obtenidos.

NO OLVIDAR TRAER BATA. EL NO UTILIZARLA DURANTE EL DESARROLLO DEL LABORATORIO IMPLICAR

UNA BAJA DE CINCO DCIMAS (0.5) EN LA NOTA DEL LABORATORIO

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