PROCEDIMIENTO 4 Objetivos

1. Medir el ángulo de fase θ entre el voltaje aplicado, V, y la corriente, I, en un circuito RC serie.

2. Verificar que las relaciones entre el voltaje aplicado, V, el voltaje en R, VR, y el voltaje en C, VC, se describen por las formulas

√

MATERIAL NECESARIO

Instrumentos

Resistores (½ W, 5%)

Capacitores

1. Mida con un óhmetro la resistencia de los resistores de 1 kΩ y 6.8 kΩ. Anote los

valores en la tabla 7.

2. Con el generador de funciones apagado arme el circuito de la figura 4.

3. Encienda el generador de funciones y con el canal 1 del osciloscopio ajuste su

salida en 10 Vpp a una frecuencia de 1kHz. Ajuste los controles del osciloscopio

para desplegar un ciclo completo que ocupe la retícula en forma horizontal.

4. Para la entrada de disparo debe seleccionarse el canal 2. En un circuito en serie

la corriente es la misma en todo el circuito. Por tanto, en un circuito en serie la

corriente se usará como línea de referencia o de base (0°) cuando se hagan las

mediciones y se dibujen los diagramas fasoriales. La caída de voltaje en R1 se

debe a la corriente que fluye por ella.

5. Ajuste los controles de NIVEL (LEVEL) y PENDIENTE (SLOPE) del osciloscopio

de modo que VR1 cubra la retícula con un ciclo completo. La mayoría de los

osciloscopios tienen 10 divisiones horizontales y un ciclo completo ocurre en 360°.

Si el despliegue se ajusta a 10 divisiones, en el osciloscopio habrá 36°/div.

En nuestro caso serian 20 divisiones para 360° y cada división corresponde a 18°

6. Con el selector de MODO (MODE) vertical puesto en DUAL-ALT, mida el

desfasamiento que resulta entre la corriente del circuito (representada por la onda

VR1) y el voltaje de entrada (Vent). Registre los resultados en la tabla 7, renglón 1

kΩ. Apague el osciloscopio y el generador de funciones.

El desfasamiento entre el voltaje (la onda verde Vent) y la corriente (la onda Roja VR) es de 4.3 cuadros igual a 77.4°

7. Repita los pasos del 2 al 6 con el resistor de 6.8 kΩ. No apague el generador de

funciones.

El desfasamiento entre el voltaje (la onda verde Vent) y la corriente (la onda Roja VR) es de 2 cuadros igual a 36°

8. Mida la caída de voltaje en el resistor de 6.8 kΩ (VR) y en el capacitor (Vc).

Registre estos valores en la tabla 8, renglón 6.8 kΩ. Apague el generador de

funciones.

9. Calcule la corriente en el circuito para cada valor de V mediante la ley de Ohm

con los valores medidos de VR y R. Registre sus respuestas en la tabla 45-2 para

el resistor de 6.8 kΩ.

10. Calcule la reactancia capacitiva, XC del capacitor con la ley de Ohm para

capacitores con el valor medido de VC y el valor calculado de I. Registre sus

respuestas en la tabla 8 para el resistor de 6.8 kΩ.

11. A partir de los valores calculados de XC en el paso 10 y el valor medido de R,

calcule el ángulo de fase, θ , para cada valor de Vpp.

Anote sus respuestas en la tabla 8 para el resistor de 6.8 kΩ.

12. Encienda el generador de funciones y ajuste la salida como en el paso 3.

Repita los pasos del 8 al 11 para el resistor de 1 kΩ.

13. Con los valores medidos de VR y VC para el resistor de 1 kΩ, calcule la Vpp

con la fórmula de la raíz cuadrada

√

√ 9.96Vpp

Registre sus respuestas en la columna.

“Voltaje aplicado (calculado)” de la tabla 8. Repita el cálculo de VR y VC con el

resistor de 6.8 kΩ y anote sus respuestas en la tabla 8.

√

√ 9.96Vpp

14. En el espacio bajo la tabla 8 trace los diagramas fasoriales de impedancia y

voltaje para los circuitos de 1 kΩ y 6.8 kΩ.

Tabla 7. Uso del osciloscopio para hallar el ángulo de fase, θ , en un circuito RC

serie

Resistencia R, Ω Capacitancia C, uF

Ancho de la onda senoidal D, divisiones

Distancia entre puntos cero d,

divisiones

Angulo de fase θ, grados

Valor Nominal Valor medido

1k 1k 0.033 20 4.3 -77.4°

6.8k 6.8k 0.033 20 2 -36°

Tabla 8. Ángulo de fase, θ , y relaciones de voltaje en un circuito RC serie

Valor Nominal

del Resistor

Ω

Cap uF

Voltaje aplicado Vpp, V

Voltaje en el Resistor

VR, Vpp

Voltaje en el Cap. VC, Vpp

Corriente calculada

I, mA

Reactancia Inductiva

XC Calculada

Ω

Angulo de fase θ,

Calculado, En grados

Voltaje aplicado

Vpp, V

1k 0.033 10 2.05 9.75 2.05 4.756K -78.12 9.9

6.8k 0.033 10 8.1 5.7 1.19 4.799K -35.21 9.96

Impedancia 1K

Impedancia 6.8K

Voltaje 1K

Voltaje 6.8K

PROCEDIMIENTO 5

Objetivos 1. Diferenciar Potencia real de potencia aparente en circuitos AC 2. Medir la potencia en un circuito AC

MATERIAL NECESARIO

Instrumentos

erímetro de 0 – 25 mA o un segundo MMD con escalas de amperímetro de CA

Resistor (½ W, 5%)

Capacitores

Otros

A. Medición de la potencia por el método de voltaje-corriente A1. Con un óhmetro mida la resistencia del resistor de 100 Ω y anote el valor en la tabla 9. A2. Con S1 abierto, arme el circuito de la figura 5. Ponga la fuente en su voltaje de salida mínimo y el amperímetro de CA en la escala de 25 mA.

A3. Cierre S1. Aumente el voltaje de salida de la fuente hasta que VAB = 50 V.

Mida el voltaje en el resistor, VR, y la corriente I. Registre los valores en la tabla 9

en el renglón de 5 μF. Abra S1 y desconecte el capacitor de 5 μF.

A4. Calcule la potencia aparente, PA, la potencia real, P, el factor de potencia y el

ángulo de fase del circuito. Utilice de manera adecuada los valores medidos de

VAB, VR e I en sus cálculos. Registre las respuestas en la tabla 9 en el renglón 5

μF.

A5. Con S1 abierto y la fuente en su voltaje de salida menor, conecte el capacitor

de 10 μF. en serie con el resistor de 100 Ω.

e I y registre los valores en la tabla 9 en el renglón de 10 μF. Después de la última

medición, abra S1.

A7. Repita el paso A4 para el circuito en serie de 100 Ω / 10 μF. Registre sus

respuestas en la tabla 9 en el renglón de 10 μF.

B. Determinación del factor de potencia con un osciloscopio

figura 6. La fuente debe estar en su voltaje de salida menor. El selector de disparo

debe ponerse en EXT.

canal 1 es el de

referencia de voltaje; encienda el osciloscopio. Ajuste sus controles de modo que

una sola onda senoidal, de unas 6 divisiones de pico a pico, ocupe el ancho de la

pantalla. Utilice los controles vertical y horizontal para centrar la onda en la

pantalla.

B3. Cambie al canal 2, que es el canal de corriente. Ajuste los controles de forma

que una sola onda senoidal, de unas 4 divisiones de pico a pico, ocupe el ancho

de la pantalla. Use el control vertical para centrar la onda de manera vertical. No

utilice el control horizontal.

B4. Ponga el osciloscopio en el modo de doble canal. Las señales de los canales

1 y 2 deben aparecer juntas. Observe donde las curvas cruzan el eje horizontal

(x). Estos son los puntos cero de las dos ondas senoidales. Con una escala en

centímetros mida con precisión la distancia horizontal, d, entre los dos picos

positivos o negativos de las ondas senoidales. Compruebe su medición midiendo

la distancia entre los puntos cero correspondientes a las dos ondas (figura 6).

Registre la medición en la tabla 10 en el renglón de 5 μF. También mida la

distancia, D, de 0 a 360° de la onda senoidal de voltaje. Registre el valor en la

tabla 10 para el resistor de 100 Ω. Apague el osciloscopio; abra S1; desconecte el

capacitor de 5 μF.

B5. Con la formula de la figura 7 calcule el ángulo de fase, θ , entre voltaje y

corriente en el circuito de la figura 6. Con el valor de θ , calcule el factor de

potencia, FP, del circuito. Registre sus respuestas en la tabla 10.

B6. Reemplace el capacitor de 5 μF por uno de 10 μF en el circuito de la figura 6.

B7. Cierre S1. Repita los pasos del B3 al B5 para el capacitor de 10 μF. después

de la ultima medición, apague el osciloscopio, 5 μF, abra, S1 y desconecte el

osciloscopio del circuito.

B8. Repita el paso B5 para el circuito serie de 10 μF y 100 Ω.

Tabla 9. Medición de potencia por el método de voltaje-corriente

Resistencia Ω

Capacitancia uF

Voltaje Aplicado

V

Voltaje en el

Resistor VR,V

Corriente I

mA

Potencia Aparente

PA VA

Potencia Real P

W

Factor de

potencia FP

Angulo de fase

θ Nominal Medido

100 100 5 50 9.37 93.7 4.685 0.878 0.1896 79.07º

100 100 10 25 8.89 88.9 2.2225 0.79 0.3556 69.17º

Tabla 10. Determinación del factor de potencia con osciloscopio

Resistencia Ω

Capacitancia uF

Distancia d

Ancho de onda

D

Angulo de fase θ Grados

Factor de potencia

%

100 5 3.5 16.5 76.36 23.57

100 10 3.5 16.6 78.07 20.66

PROCEDIMIENTO 6

Objetivos

1. Verificar que la impedancia, Z, de un circuito RLC serie

√

MATERIAL NECESARIO

Instrumentos

Resistor

Capacitor

Inductor

1. Con el generador de funciones apagado, arme el circuito de la figura 8a. Ajuste

el generador en su voltaje de salida más bajo.

2. Encienda el generador de funciones. Aumente el voltaje de salida hasta que

VAB = 10 Vpp. Mantenga este voltaje en todo el experimento. Verifíquelo de vez

en cuando y ajústelo si es necesario.

3. Mida el voltaje en el resistor, VR, y en el inductor, VL. Registre los valores en la

tabla 11 para el circuito RL. Apague el generador.

4. Calcule la corriente en el circuito con el valor medido de VR y el valor nominal

de R. Anote la respuesta en la tabla 11 para el circuito RL.

5. Con el valor calculado de I y el valor medido de VL, calcule XL. registre su

respuesta en el renglón “RL” de la tabla 11.

6. Calcule la impedancia total del circuito con dos métodos: la ley de Ohm (con el

valor calculado de I y el voltaje aplicado, VAB) y la fórmula de la raíz cuadrada

(con R y XL). Escriba sus respuestas en el renglón “RL” de la tabla 11.

√ √

7. Añada un capacitor de 0.022 μF en serie con el resistor y el inductor, como en el

circuito de la figura 8b.

8. Encienda el generador. Revise si VAB = 10 V. Mida el voltaje en el resistor, VR,

en el inductor, VL, y en el capacitor, Vc. Registre los valores en el renglón “RLC”

de la tabla 11. Después de realizar todas las mediciones, apague el generador de

funciones.

9. Calcule I y XL como en los pasos 4 y 5. De igual modo, con el valor medido de

Vc y el valor calculado de I, obtenga la reactancia capacitiva del circuito. Anote la

respuesta en el renglón “RLC” de la tabla 11.

10. Calcule la impedancia, Z, del circuito con dos métodos: la ley de Ohm

(mediante VAB e I) y la fórmula de la raíz cuadrada (con R, Xc y XL). Registre sus

respuestas en el renglón “RLC” de la tabla 11.

√ √

11. Retire el inductor del circuito y deje sólo el resistor en serie con el capacitor

como en la figura 8c.

12. Encienda el generador de funciones. Revise VAB y ajústelo si es necesario.

Mida VR y VC. anote los valores en el renglón “RC” de la tabla 11. Después de

realizar todas las mediciones, apague el generador.

13. A partir de los valores medidos de VR y VC y el valor nominal de R, calcule la

corriente, I, en el circuito. Después, con el valor calculado de I, determine Xc.

Registre sus respuestas en el renglón “RC” de la tabla 11.

14. Calcule la impedancia total del circuito con dos métodos: la ley de Ohm

(mediante VAB e I) y la fórmula de la raíz cuadrada (con R y Xc). Anote sus

respuestas en el renglón “RC” de la tabla 11.

√ √

circuito Componente Vent Vpp

VR Vpp

VL Vpp

VC Vpp

I mA

Reactancia Impedancia

Ω mH uF XL XC Ohm Raiz

RL 2K 100 X 10 5.3 8.5 X 2.65 3208 X 3774 3780

RLC 2K 100 0.022 10 7.5 12 5.4 3.75 3200 -1440 2667 2664

RC 2K X 0.022 10 8 X 6 4 X -1500 2500 2500

PROCEDIMIENTO 7

Objetivos

1. determinar la impedancia de un circuito que contiene una resistencia, R, en

paralelo con una inductancia, L, en paralelo con una capacitancia, C.

MATERIAL NECESARIO

Instrumentos

Resistores

Capacitor

Inductor

1. Con el generador de funciones apagado y los interruptores de S1 a S3, abiertos,

arme el circuito de la figura 9. El canal 2 del osciloscopio se conecta al resistor

indicador. Midiendo la caída de voltaje en Rindic. Y según la ley de Ohm, la

corriente en el circuito se puede calcular en forma indirecta.

2. Encienda el generador. Incremente el voltaje de salida, V, hasta V= 10 VPP A 5

kHz. Mantenga este voltaje en todo el experimento. De vez en cuando compruebe

el voltaje y ajústelo si es necesario.

3. Cierre S1. Compruebe que V= 10 Vpp y ajuste si es necesario. Mida la corriente

y el ángulo de fase. Como S2 y S3 están abiertos, la única corriente en el circuito

es la del resistor, IR. Registre el valor en la tabla 12. Abra S1.

mA

4. Cierre S2. Compruebe que V= 10 Vpp. Mida la corriente y el ángulo de fase.

Puesto que S1 y S3 están abiertos, la única corriente en el circuito es la del

inductor, IL. Anote su valor en la tabla 12. Abra S2.

mA

5. Cierre S3. Compruebe V y ajuste si hace falta. Mida la corriente y el ángulo de

fase. dado que S1 y S2 están abiertos, la única corriente en el circuito es la de la

rama del capacitor, IC . Escriba su valor en la tabla 12.

mA

6. Cierre S1 (S3 sigue cerrado). Verifique que V= 10 VPP. Mida la corriente y el

ángulo de fase del circuito. Con S1 y S3 cerrados y S2 abierto, la corriente en el

circuito es la suma de IR e IC, o sea IRC. Registre el valor en la tabla 12. Abra S3.

mA

7. Cierre S2 (S1 continúa cerrado). V = 10 Vpp. Mida la corriente del circuito. Con

S1 y S2 cerrados y S3 abierto, la corriente en el circuito es la suma de IR más IL,

es decir IRL. Anote el valor en la tabla 12.

mA

8. Cierre S3. Ahora S1, S2 y S3 están cerrados. Compruebe V. Mida la corriente y

el ángulo en el circuito. Dado que los interruptores de todas las ramas del circuito

están cerrados, el amperímetro medirá la corriente total, IT, del circuito RLC en

paralelo. Registre el valor en la tabla 6. Abra todos los interruptores y apague el

generador de funciones.

mA

9. Calcule la corriente de línea, IT, con los valores medidos de IR, I L e IC y la

formula de la raíz cuadrada. Escriba su respuesta en la tabla 12.

10. Con el valor medido de V (debe ser de 10Vpp) y el valor medido de IT, calcule

la impedancia del circuito e indique si éste es inductivo, capacitivo o resistivo.

Registre sus respuestas en la tabla 12.

11. Calcule el ángulo de fase y el factor de potencia en el circuito RLC en paralelo

e indique si tiene un factor de potencia en adelanto o en retraso. Anote sus

respuestas en la tabla 12.

Voltaje Aplicado V, Vpp

Corriente y fase en el resistor IR, mApp

Corriente y fase en el inductor IL, mApp

Corriente y fase en

el capacitor IC, mApp

Corriente y fase en el resistor

y en el capacitor

IRC, mApp

Corriente y fase en el resistor

y en el inductor

IRL, mApp

Corriente total y fase en el

circuito RCL(medidas)

IT , mApp

Corriente total

(calculada con la

fórmula de la raíz

cuadrada) IT , mApp

Impedancia del circuito Z ( R, L o

C) Ω

10 5 0 3.05 90 7 -90 8.5 -54 6 36 6.5 -54 6.4 1562

Factor de potencia ___58.7_________% ¿En retraso/en adelanto? En atraso

Angulo de fase (grados) _______-54_____

CONCLUSIONES.

Por medio de la práctica se conoce como se deben medir las variables eléctricas

voltaje, corriente.

Por medio de la aplicación de la ley de ohm se comprueba de forma teórica las

respuestas abstenidas de cada práctica.

Se conoce y practica la simulación de circuitos electrónicos por medio de

software.

Se conocen y utilizan equipos de medición de corriente, voltaje, generación de

señales y visualización de comportamiento de circuitos eléctricos.

BIBLIOGRAFIA.

Guías de prácticas de laboratorio de circuitos a.c

Módulo de análisis de circuitos a.c UNAD.

Dorf, Richard C. Svoboda James A. (2003). Circuitos eléctricos, Quinta edición.

Alfa omega.

Bruce Carlson. (2001). Circuitos, 1a Ed. Thompson.

Boylestad, Robert L. (2004). Análisis Introductorio de Circuitos, 10 ed. Prentice

Hall.

Irwin David J. (2006). Análisis Básico de Circuitos en Ingeniería, sexta edición.

Limusa Wiley

.

Alexander, Charles K. Sadiku Matthew N. O. (2006). Fundamentos de Circuitos

Eléctricos. 3a Ed. McGraw-Hill