Este es el laboratorio 3 de circuitos

1. Laboratorio 3. Circuitos 1.<br />Divisores de voltaje y de Corriente<br />Universidad Distrital Francisco José de Caldas<br />Velosa A. Silvia P. - León R. Cesar A.- Bello G. Iván D. <br />Morticia-30@hotmail.com - cesar-leon14@hotmail.com - idbellog@hotmail.com <br />Porras B. Jorge E.<br />Marzo de 2010<br />Objetivos<br />Comprobar los conocimientos adquiridos en clase sobre divisores de corriente, midiendo corrientes y voltajes en diferentes circuitos<br />Elementos<br />-Multimetro.<br />-Amperímetro.<br />-regulador de Voltaje Dc Variable.<br />Resumen <br />Se empezó este tercer laboratorio midiendo el valor real de cada una de las resistencias enseguida con ayuda del multimetro se prosiguió a obtener un voltaje de 9 voltios para la realización de este montaje propuesto, mas adelante se empezó con el voltaje que fluía por cada una de las resistencias y después con cada una de las corrientes que también pasaba por cada uno de los elementos de este circuito, realizado este proceso se empezó con los cálculos necesarios para determinar voltaje, corriente, resistencia con los valores reales y así determinando la potencia entregado por la fuente reguladora de 9 voltios. <br />Palabras Clave<br />Multimetro, resistencias, Metrología, código de Colores, Simbología Electrónica, esquemas electrónicos, Protoboard, ley de Ohm, Divisores de voltaje y de Corriente, Amperímetro, regulador de voltaje Dc leyes de kirchhoff. <br />1. Introducción<br /> El objetivo principal de este tercer laboratorio es conocer y entender los conocimientos adquiridos en los divisores de corriente y de voltaje en el aula de clase es primordial tener una buena base puesto que mas adelante lo vamos a necesitar bastante cuando abordemos el tema de Thevenin y Norton ahora bien cuando se este trabajando circuitos digitales se necesita la total precisión en cuanto a los voltajes puesto que si se desfasa por mas de 3 voltios pasaría dos cosas ó la compuerta lógica se quema o simplemente tiene un mal funcionamiento como por ejemplo si le aplica mas voltaje a un 74ls154 el cual es un demultiplexor solo contara hasta 9 salidas y no todas las 15 salidas que posee este demultiplexor.<br /> 2. Contenido <br />Leyes de kirchhoff:<br />La ley de Ohm se aplica a cualquier parte del circuito tanto como al circuito completo. Puesto que la corriente es la misma en las tres resistencias de la figura 1, la tensión total se divide entre ellas. La tensión que aparece a través de cada resistencia (la caída de tensión) puede obtenerse de la ley de Ohm. Ejemplo: Si la tensión a través de Rl la llamamos El, a través de R2, E2, y a través de R3, E3, entonces Figura 1 hecha con electronics Workbench<br />figura1<br />El = IxRI = 0,00758 X 5000 = 37,9 V<br />E2 = IxR2 = 0,00758 X 20.000 = 151,5 V<br />E3 = IxR3 = 0,00758 X 8000 = 60,6 V<br />La primera ley de Kirchhoff describe con precisión la situación del circuito: La suma de las tensiones en un bucle de corriente cerrado es cero. Las resistencias son sumideros de potencia, mientras que la batería es una fuente de potencia, por lo que la convención de signos descrita anteriormente hace que las caídas de potencial a través de las resistencias sean de signo opuesto a la tensión de la batería. La suma de todas las tensiones da cero. En el caso sencillo de una única fuente de tensión, una sencilla operación algebraica indica que la suma de las caídas de tensión individuales debe ser igual a la tensión aplicada.<br />E= El + E2 + E3<br />E= 37,9 + 151,5 + 60,6<br />E= 250 V<br />En problemas como éste, cuando la corriente es suficientemente pequeña para ser expresada en miliamperios, se puede ahorrar cantidad de tiempo y problemas expresando la resistencia en kilohms mejor que en ohms. Cuando se sustituye directamente la resistencia en kilohms en la ley de Ohm, la corriente será en miliamperios si la FEM está en voltios.<br />Resistencias en paralelo<br />En un circuito con resistencias en paralelo, la resistencia total es menor que la menor de las resistencias presentes. Esto se debe a que la corriente total es siempre mayor que la corriente en cualquier resistencia individual. La fórmula para obtener la resistencia total de resistencias en paralelo es<br />R=1 / (1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+...<br />donde los puntos suspensivos indican que cualquier número de resistencias pueden ser combinadas por el mismo método.<br />En el caso de dos resistencias en paralelo (un caso muy común), la fórmula se convierte en<br />R= R1xR2 / R1+R2<br />Ejemplo: Si una resistencia de 500 O está en paralelo con una de 1200 O, la resistencia total es:<br />R = 500x1200/500+1200=600000 / 1700 =353<br />Segunda ley de Kirchhoff<br />Hay otra solución para el problema. Suponga que las tres resistencias del ejemplo anterior se conectan en paralelo como se muestra en la figura 2.Figura 2 hecha con electronics Workbench<br />figura2<br />La misma FEM, 250 V, se aplica a todas las resistencias. La corriente en cada una puede obtenerse de la ley de Ohm como se muestra más abajo, siendo I1 la corriente a través de Rl, I2 la corriente a través de R2, e I3 la corriente a través de R3. Por conveniencia, la resistencia se expresará en kilohms, por tanto la corriente estará en miliamperios. <br />I1=E / R1=250 / 5 = 50mA<br />I2 = E / R2 = 250 / 20 =12,5mA<br />I3 = E / R3 = 250 / 8 = 31,25 mA<br />La corriente total es<br />I total =I1 + 12 + 13 = 50 + 12,5 + 31,25 = 93,75 mA<br />Este ejemplo ilustra la ley de corriente de Kirchhoff.<br />quot;
La corriente que circula hacia un nodo o punto de derivación es igual a la suma de las corrientes que abandonan el nodo o derivación.quot;
<br />Por tanto, la resistencia total del circuito es<br />Rtotal= E / I = 250 / 93,75 = 2,667 KO<br />Multimetro: <br />-104775153035<br />Imagen tomada de http://senaintcba.files.wordpress.com/2009/02/multimetro.jpg muestra la forma fisica de un multimetro.<br />Multímetro o polímetro analógico <br />Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente continua (D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son:500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde a 10 − 6A=0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a 10 − 3 =0,001A).Vemos 5 posiciones, para medir tensión en corriente continua (D.C.= Direct Current), correspondientes a 2.5V, 10V, 50V, 250V y 500V, en donde V=voltios. Para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos apenas, pues si te fijas en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verás que no es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna (A.C.:=Alternating Current).Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5V y 9V.Escala para medir resistencia. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250.<br />Multímetros con funciones avanzadas <br />Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como: Generar y detectar la Frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba. Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución. Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual (Potencia = Voltaje * Intensidad). Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba, mientras se efectúan medidas por la misma o por otra adyacente. Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas de alto o bajo voltaje. Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes componentes: - Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción dependiendo de la tensión (continua o alterna). - Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala. - Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir. - Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir. - Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida. Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias, otro para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de 20 amperios. Es una palabra compuesta (multi=muchas Metro=medidas Muchas medidas)<br />Como medir con el multímetro digital <br />- Midiendo tensiones:<br />Para medir una tensión, colocaremos las bornes en las clavijas, y no tendremos mas que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto, colocaremos la borna negra en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borna en el punto a medir. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos más que colocar una borna en cada lugar.<br />- Midiendo resistencias: El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en la posición de Ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos Ohms tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango.<br />- Midiendo intensidades: El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del tester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir. Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de Amperios de más capacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borna negra en clavija común COM). Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borna del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Con ello se cerrara el circuito y la intensidad circulara por el interior del multimetro para ser leída.<br />Resistencia:Cualquier material natural ofrece oposición al paso de la corriente eléctrica a través de ella. Este efecto se llama resistividad. Los materiales conductores presentan una resistividad casi nula, los aislantes no permiten el flujo de corriente y los resistivos presentan cierta resistencia. Las resistencias son componentes eléctricos pasivos en lo que la tensión que se les aplica es proporcional a la intensidad que circula por ellos. Generalmente la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura. También la resistencia de conductor es proporcional a la longitud de ésta e inversamente proporcional a su sección. Hay que puntualizar, para que no haya malos entendidos, que a veces llamarlas resistencias se le denominan resistores. La medición en resistencias se hace en ohmios, su símbolo que es este <br />1.2 Características de la Resistencias<br />Todas las resistencias tienen una tolerancia, esto es el margen de valores que rodean el valor nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Su valor viene determinado por un porcentaje que va desde 0.001% hasta 20% el más utilizada es el de 10% . Esta tolerancia viene marcada por un código de colores. La resistencias tienen un coeficiente de temperatura, este valor dependerá de la temperatura que alcance la resistencia cuando empiece a circular el flujo de electrones. Como cualquier elemento eléctrico y electrónico tiene un rango de trabajo y por tanto un límite de funcionamiento que vendrá determinado por su capacidad de disipar calor, la tensión y por su temperatura máxima; por tanto será la temperatura máxima con la cual podrá trabajar sin deteriorarse. Tiene también un coeficiente de tensión que limitará el paso de la corriente eléctrica entre sus dos extremos que será la variación relativa de cambio de tensión al que se someta. Un factor también importante es el ruido que se debe a los cambios repentinos de aumento y disminución de corrientes continuos. La capacidad de la resistencia es la capacidad de mantener en el transcurso del tiempo el valor nominal de la resistencia será sometido a los cambios ambientales, largos periodos del funcionamiento que no deberá afectarla para nada. Los materiales empleados para la fabricación de las resistencias son muy variados pero los más comunes son aleaciones de cobre, níquel y zinc en diversas proporciones de cada uno lo que hará variar la resistividad. Quien determinará un aumento de esta resistividad será el níquel, ya que si la aleación lleva porcentaje de éste, la resistencia tendrá gran resistividad. Las aleaciones de cobre níquel y níquel-hierro tiene una resistividad de 10 a 30 veces mayor que el cobre y las aleaciones de níquel-cromo serán de 60 a 70 veces mayor que las de cobre y con un gran comportamiento en temperaturas elevadas. También se puede utilizar el carbono ya que su resistividad entre 400 y 2.400 veces la del cobre, por este motivo se utiliza en las escobillas de los motores eléctricos. Imagen tomada de http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/ cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_374.Ies.SCO.jpg<br />Protoboard:<br />El protoboard está dividido en dos áreas principales que son los buses las pistas. Los buses tienen conexión y por ende conducen a todo lo largo (aunque algunos fabricantes dividen ese largo en dos partes). Las líneas rojas y azules te indican como conducen los buses. No existe conexión física entre ellos es decir, no hay conducción entre las líneas rojas y azules. En los buses se acostumbra a conectar la fuente de poder que usan los circuitos o las señales que quieres inyectarles a ellos desde un equipo externo. Por su parte, las pistas (en morado) te proveen puntos de contacto para los pines o terminales de los componentes que colocas en el protoboard siguiendo el esquemático de tu circuito, y conducen como están dibujadas. Son iguales en todo el protoboard. Las líneas moradas no tienen conexión física entre ellas. Esta imagen muestra la forma física de una protoboard tomada de http://www.unicrom.com/imagenes/proto1.gif<br />Estos funcionan como minibuses y se usan para interconectar los puntos comunes de los circuitos que montas. Cuando no te alcanzan los huecos disponibles, puedes llevar un cable desde la pista de interés a otra que esté libre y continuar allí con tus conexiones. Supongamos que queremos montar un circuito sencillo en el protoboard. Hay muchas formas de hacerlo y éstas son prácticamente infinitas. La forma en que interconectas depende de que tan ordenado y visionario seas, otros se dedican a cortar los cables y a doblarlos de manera que el trabajo terminado parece una obra de arte. Te habrás dado cuenta que en el medio de las pistas, existe un canal más ancho. Esto se hace para que los chips o integrados puedan calzar adecuadamente en las pistas.<br />Fuentes de Voltaje: las celdas o pilas secas, las pilas húmedas y los generadores son capaces de mantener un flujo constante. (Una batería no es otra cosa que dos o más celdas o pilas interconectadas). Las pilas secas, las pilas húmedas y los generadores suministran energía que permite que las cargas se desplacen. En las pilas secas y en las húmedas la energía que se desprende de una reacción química que se lleva a cabo dentro de la pila se transforma en energía eléctrica. Los generadores por su parte convierten energía mecánica en energía eléctrica. <br />3. Resultados y medidas<br />1. Elaborar el siguiente circuito<br />Imagen hecha con electronics workbench<br />a) medir cada resistencia para determinar el valor real.<br />RX.Val.IdealVal.RealVol.MedR11KΩ980 Ω2.07vR210KΩ9.88K Ω0.06vR34.7KΩ4.58K Ω0.06vR46.8KΩ6.59K Ω0.06vR5150Ω147.2Ω0.3vR6270KΩ266K Ω0.02vR71KΩ948 Ω0.02vR810kΩ9.83K Ω6.61vR94.7KΩ4.6K Ω6.61vR106.8KΩ6.69K Ω0.2vR11150Ω146.6 Ω4.5mA<br />c) Medir cada una de las corrientes descritas en el esquema.<br />CorrienteValor medidoA12.10mAA22.06mAA30.67mAA41.42mAA56.1µAA612.5µAA78.8µAA827.7µAA90.1µAA1027.9µAA1127.9µA<br />d) Con los valores ideales de las resistencias calcule A1, A2, A3… calcule los voltaje de cada una las resistencias y la potencia de cada resistencia.<br />RX.CorrienteVoltajePotenciaR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11<br />e) Con los valores medidos de las resistencias calcule A1, A2, A3… calcule los voltaje de cada una las resistencias y la potencia de cada resistencia.<br />RX.CorrienteVoltajePotenciaR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11<br />4. Conclusiones <br />Un divisor de corriente es una configuración presente en circuitos eléctricos que puede fragmentar la corriente eléctrica de una fuente en diferentes impedancias conectadas en paralelo.<br />Supóngase que se tiene una fuente de corriente IC, conectada en paralelo con n impedancias. La polaridad negativa de la fuente IC - debe estar conectada al nodo de referencia. Las impedancias deben cerrar el circuito.<br />Es muy importante conocer el flujo de corriente en un circuito electrónico puesto que mas adelante cuando estemos trabajando compuertas lógicas necesitamos exactitud en los voltajes en cuando a los unos y ceros lógicos, también en el voltaje exacto que una compuerta lógica puede recibir que es de 5 voltios.<br />Aprendimos también que las leyes de Kirchhoff facilitan bastante el cálculo de mallas y nodos en un circuito electrónico y que su desfasamiento simplemente se debe al margen de error de las resistencias que componen el circuito.<br />5. Referencias<br />http://senaintcba.files.wordpress.com/2009/02/multimetro.jpg<br />http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924<br />http://www.unicrom.com/imagenes/proto1.gif<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Placa_de_pruebas<br />http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/Fuentedevoltaje.html<br />Autores: Velosa A. Silvia P. - León R. Cesar A.-Bello G. Iván D. - <br />