1) El documento presenta los procedimientos para analizar circuitos RC y RL en serie mediante experimentos de verificación. 2) Se describen 5 procedimientos que incluyen mediciones de voltaje, corriente, impedancia y ángulo de fase utilizando instrumentos como generador de funciones, osciloscopio y multímetro. 3) Los resultados de las mediciones se registran en tablas comparativas para verificar fórmulas de impedancia, reactancia y relaciones de voltaje y corriente.
Cotidiano 16
Colegio Vocacional Monseñor Sanabria
Departamento de Electrotecnia
Profesor Luis Fernando Corrales Corrales
Estudiante: Hellen Montero Romero
11-7
1. Actividad Inicial
ANALISIS DELCIRCUITO AC
Carlos Alberto arias palacios
Código: 82 361481
Tutor: Pablo Andrés Guerra González
Grupo Colaborativo: 201423 - 48
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD.
Programa: tecnología Electrónica
Caed: Quibdó choco
Febrero 2015
2. INTRODUCION
En el desarrollo de la actividad inicial se verán desarrollados elementos sobre
circuitos
R L y R C serie obteniendo datos de verificación con las diferentes fórmulas
y ecuaciones, se manejaran datos de frecuencia y señales De acuerdo con el
análisis previo de los contenidos temáticos, de los argumentos demostrar factores
de la práctica, la impedancia, reactancia y capacitiva y tratar de reunir datos
detallados, esto con la ayuda de algunos instrumentos de medición (generador de
señales, osciloscopio, multímetro digital, resistencias, inductores y condensadores,
3. CUADRO COMPARATIVO SEGÚN CADA PROCEDIMIENTO
Procedimientos Esquemas del circuito Objetivos Herramienta de verificación Descripción del Circuito
Procedimiento 1 Verificar mediante experimentos que la
impedancia, Z de un circuito RL serie
está dada por la formula 𝑍 = √𝑅2
+
𝑋𝐿
2
Estudiar la relación entre impedancia,
resistencia, reactancia inductiva y
ángulo de fase.
Multímetro digital
Generador de funciones
Osciloscopio
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
3. Encienda el generador de funciones y
ajuste su salida con el osciloscopio a un
valor de 5 Vp-p a una frecuencia de
5kHz. Anote este valor de entrada en la
tabla 1, columna Vent.
4. Mida los valores de Vp-p en el resistor y
el inductor.Recuerde usar el modo ADD
y el botón INVERT del osciloscopio para
medir en L1. Registre estos valores en
la tabla 1.
5. Con el voltaje medido en R1 y el valor
de su resistencia, calcule y registre la
corriente por el circuito en serie. Como
el resistor y el inductor están en serie,
esta corriente calculada para R1 es la
misma para L1.
6. Con la caída de voltaje medida en el
inductor y el valor de su corriente en
serie, calcule y registre la reactancia
inductiva en L1.
7. Con la ley de Ohm y la ecuación de
reactancias en serie (tabla 2) obtenga la
impedancia del circuito. Anote ambos
valores en la tabla 1.
8. Remplace el inductor de 47mH por el de
100 mH medido en el paso 1.
9. Repita los pasos del 2 al 7; registre
todos los valores en el renglón de 100
mH de la tabla 1.
10. Examine la tabla 2. Con los valores de
la impedancia (calculados a partir de VL
/ IL) de la tabla 1, calcule el ángulo de
fase y la impedancia con las
relaciones de
Ángulo de fase. Llene la tabla 2 para los
circuitos con inductores de 47 mH Y 100
mH.
En el espacio bajo la tabla 2 trace los
diagramas fasoriales de impedancia de los
circuitos respectivos. Si los lados del
triángulo se dibujan a una escala
determinada, los ángulos de impedancia
serán más claros
4. Procedimiento 2 Medir el ángulo de fase ∅ entre el
voltaje aplicado, V, yla corriente, I, en
un circuito RL serie.
Verificar que las relaciones entre el
voltaje aplica, V el voltaje enR, 𝑉𝑅 y el
voltaje enL, 𝑉𝐿, se describen por las
formulas:
𝑉 = √ 𝑉𝑅
2
+ 𝑉𝐿
2
𝑉𝑹 = 𝑉𝑥
𝑅
𝑍
𝑉𝑹 = 𝑉𝑥
𝑋1
𝑍
Multímetro digital
Generador de funciones
Osciloscopio de doble traza
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
óhmetro
Mida con un óhmetro la resistencia de
los resistores de 3.3 kΩ y 1 kΩ.
Registre los valores en la tabla 3.
3. Con el generador de funciones apagado,
arme el circuito de la figura 2 Encienda el
generador de funciones y con el canal
núm. 1 del osciloscopio ajuste su salida en
10Vpp a una frecuencia de 5kHz. Ajuste los
controles del osciloscopio para que
aparezca un ciclo completo que cubra la
retícula en forma horizontal.
4. Observe que la entrada del disparo se
debe ajustar en el canal núm. 2. En un
circuito en serie la corriente es la misma
en todas partes. Así pues, en un circuito
en serie la corriente del circuito se usará
como punto de referencia, es decir 0°
cuando se hagan mediciones y se tracen
los diagramas fasoriales. La caída del
voltaje en R1 es resultado de la corriente
que fluye por el mismo.
5. Ajuste los controles NIVEL (LEVEL) y
PENDIENTE (SLOPE) del osciloscopio de
modo que VR1llene la retícula con un ciclo
completo. La mayoría de los osciloscopios
tienen 10 divisiones de ancho y un ciclo
completo ocurre en 360°. Si la pantalla
tiene
10 divisiones, a cada división le
corresponderán 36°.
6. Con el selector de MODO (MODE) vertical
puesto en DUAL-ALT mida el
desfasamiento resultante entre la
corriente del circuito (representada por la
onda senoidal VR1) y el voltaje de entrada
(Vent). Anote los resultados en la tabla 3,
renglón de 3.3kΩ.
7. Repita los pasos del 2 al 6 con el resistor
de 1kΩ en lugar del de 3.3kΩ.
8. Mida la caída de voltaje en el resistor de
1kΩ (VR) y en el inductor (VL). Escriba
estos valores en la tabla 4, renglón de 1kΩ.
apague el osciloscopio y el generador de
5. funciones.
9. Calcule la corriente por el circuito
mediante la ley de Ohm con los valores
medidos de VR y R. anote su respuesta en
la tabla 4 para el resistor de 1kΩ.
Calcule la reactancia inductiva, XL, del inductor
según la ley de Ohm para inductores con el
valor medido de VL y el valor calculado de I.
Registre su respuesta.
Procedimiento 3 Verificar que la impedancia, Z, de un
circuito RC serie está dada por la
formula √𝑅2
+ 𝑋 𝐶
2
Estudiar las relaciones entre
impedancia, resistencia, reactancia
capacitiva y ángulo de fase.
Generador de funciones
Osciloscopio
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
Analizador de
capacitores/Inductores
Medidor LCR
Con un analizador de
capacitores/inductores o un medidor
LCR mida los capacitores de 0.033 µF
y 0.1 µF para verificar sus valores.
Registre los valores medidos en la
tabla 5.
3. Con el interruptor del generador de
funciones en la posición de apagado, arme
el circuito de la figura 3 Encienda el
generador de funciones y con el
osciloscopio ajuste su salida en un valor de
10 Vp-p a una frecuencia de 1kHz. Anote el
valor de entrada en la columna
Ventde la tabla 5.
4. Mida los valores de Vpp en el resistor y el
capacitor. Recuerde que para medir en C1
en el osciloscopio debe usar el modo ADD
y el botón INVERT. Registre estos valores
en la tabla 5.
5. Con el voltaje medido en R1y el valor de su
resistencia, calcule y registre la corriente
por el circuito en serie. Dado que el
resistor y el capacitor están en serie, la
corriente calculada para R1 es la misma
que para C1.
Calcule y registre el valor
de la reactancia
capacitiva de C1 mediante
la fórmula También
calcule y registre, a partir
de la caída de voltaje
medida en el
Capacitor y de su corriente en serie, la
6. reactancia capacitiva de C1.
7. Después utilice la ley de Ohm y la ecuación
de la reactancia en serie (tabla 5) para
calcular la impedancia del circuito.
Registre ambos valores en la tabla 5.
8. Sustituya el capacitor de 0.033 µF, medido
en el paso 1, por el de 0.1 µF.
9. Repita los pasos del 3 al 7 y anote todos
los valores en el renglón respectivo de 0.1
µF de la tabla 5.
10. A partir de los valores de impedancia de la
tabla 5 (calculados mediante Vc/Ic), calcule
el ángulo de fase, , y la impedancia con
las relaciones del ángulo de fase. Llene la
tabla 6 para los capacitores de 0.033 µF y
0.1 µF.
11. En el espacio bajo la tabla 6 trace los
diagramas fasoriales de impedancia para
los circuitos respectivos. Si los lados de los
triángulos se trazan a cierta escala, los
ángulos de impidencia
Procedimiento 4 Medir el ángulo de fase ∅ entre el
voltaje aplicado, V yla corriente I, en
un circuito RC serie
Verificar que las relaciones entre el
voltaje aplicado, V, yel voltaje enR, 𝑉𝑅
y el voltaje en C, 𝑉𝐶, se describen por
las formulas:
𝑉 = √ 𝑉𝑅
2
+ 𝑉𝐶
2
𝑉𝑅 = 𝑉𝑥
𝑅
𝑍
𝑉𝑐 = 𝑉𝑥
𝑋 𝐶
𝑍
Multímetro digital
Generador de funciones
Osciloscopio de doble traza
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
óhmetro
Mida con un óhmetro la resistencia de
los resistores de 1 kΩ y 6.8 kΩ. Anote
los valores en la tabla 7.
Con el generador de funciones apagado
arme el circuito de la figura 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.
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).
7. Registre los resultados en la tabla 7,
renglón 1 kΩ.
Apague el osciloscopio y el generador de
funciones.
7. Repita los pasos del 2 al 6 con el resistor
de 6.8 kΩ. No apague el generador de
funciones.
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
valorde 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.
A partir de los valores calculados de XC en el
paso 10 y el valormedido de R, calcule el ángulo
de fase, , para cada valor de Vpp.
Procedimiento 5
Diferenciar Potencia real de potencia
aparente en circuitos AC
Medir la potencia en un circuito AC
Osciloscopio de doble traza
Multímetro Digital
Amperímetro de 0 – 25 mA o
un segundo MMD con escalas
de amperímetro de CA
Fuente de alimentación
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
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
8. 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.
A6. Cierre S1. Incremente la salida de la
fuente hasta que VAB = 25V. Mida VR e I y
registre los valores en la tabla 9 en el
renglón de 10 µF. Después de la última
medición, abra S1.
.
Procedimiento 6
Verificar que la impedancia, Z, de un
circuito RLC serie.
𝑍 = √𝑅2
+ (𝑋𝐿 − 𝑋 𝐶)2
Multímetro Digital
Generador de funciones
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
1. Con el generador de funciones apagado,
arme el circuito de la figura 8a. Ajuste el
generador en su voltaje de salida más
bajo.
3. 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 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
valormedido de VR y el valornominal 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.
9. Procedimiento 7
Determinar la impedancia de un
circuito que contiene una resistencia,
R, en paralelo con una inductancia, L,
en paralelo con una capacitancia, C.
Generador de funciones
Osciloscopio
Resistores
Capacitores
Inductores
Software para prueba virtual,
Multisim, Proteus etc.
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.
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.
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.
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.
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
10. IRL. Anote el valor en la tabla 12.
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.
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.