Lab Circuitos Ac

COMPONENTE PRÁCTICO ANÁLISIS DE CIRCUITOS AC – 201423 UNIDAD 1 2012

PROCEDIMIENTO 1

Objetivos

1. Verificar mediante experimentos que la impedancia, Z, de un circuito RL serie está dada por la formula Z=√(R^2+〖X_L〗^2 )

2. Estudiar la relación entre impedancia, resistencia, reactancia inductiva y ángulo de fase.

MATERIAL NECESARIO

Instrumentos

 Multímetro Digital

 Generador de funciones

Resistores

 1 de 3.3 kΩ, ½ W, 5%

Inductores

 1 de 47 mH

 1 de 100 mH

1. Mida los inductores de 47 mH y 100 mH para verificar sus valores. Registre los valores medidos en la tabla 1.

2. Con el interruptor de alimentación del generador de funciones en la posición apagado, arme el circuito de la figura 1.

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.

V_T=5V_(pp ) Onda color Verde Canal D

V_R=4.5V_(pp ) Onda color Rojo Canal C

V_L=2.04V_(pp ) Onda color Amarillo Canal A

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.

I_R=V_R/R=(4.5V_pp)/3300Ω=1.36mA

I_R=I_L=I_T=1.36mA

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.

X_L=V_L/I_L =(2.04V_pp)/1.36mA=1.496KΩ

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.

Z=V_T/I_T =(5V_pp)/1.36mA=3.68KΩ

Z=√(R^2+〖X_L〗^2 )=√(〖R3300〗^2+〖1476.5〗^2 )=3.615kΩ

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.

V_T=5V_(pp ) Onda color Verde Canal D

V_R=3.6V_(pp ) Onda color Rojo Canal C

V_L=3.5V_(pp ) Onda color Amarillo Canal A

I_R=V_R/R=(3.6V_pp)/3300Ω=1.09mA

I_R=I_L=I_T=1.09mA

X_L=V_L/I_L =(3.5V_pp)/1.09mA=3.21KΩ

Z=V_T/I_T =(5V_pp)/1.09mA=4.587KΩ

Z=√(R^2+〖X_L〗^2 )=√(〖3300〗^2+〖3210〗^2 )=4.6kΩ

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.

Para 47mH

tan⁡〖θ=〗 X_L/R=1476.5Ω/3300Ω=0.447

θ=tan^(-1)⁡〖0.447=24.1º〗

Z=R/cos⁡θ =3300/cos⁡24.1 =3615Ω

Para 100mH

tan⁡〖θ=〗 X_L/R=3210Ω/3300Ω=0.97

θ=tan^(-1)⁡〖0.447=42.2º〗

Z=R/cos⁡θ =3300/cos⁡42.2 =4454.6Ω

11. 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.

Tabla 1. Verificación de la fórmula de la impedancia para un circuito RL

Valor del inductor mH Vent

Vpp Voltaje en el resistor

VR, Vpp Voltaje en el Inductor

VL,

Vpp Corriente calculada

VR/R

mA Reactancia Inductiva

Calculada

VL/IL

Ω Impedancia del circuito

Calculada

Ley de ohm Impedancia del circuito calculada

√(R^2+〖X_L〗^2 )

Nominal Medido

47 47 5 4.5 2.04 1.36 1.496k 3.68k 3.615k

100 100 5 3.6 3.5 1.09 3.21k 4.587k 4.6k

Tabla 2. Determinación del ángulo de fase y la impedancia

Valor del Inductor

mH Reactancia Inductiva

Ω Tanθ=XL/R Angulo de fase θ en grados Impedancia

Z=R/cos⁡θ Ω

Nominal Medido

47 47 1.496k 0.447 24.1 3615

100 100 3.21k 0.97 42.2 4454.6

Para 47 mH

Para 100mH

PROCEDIMIENTO 2

Objetivos

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

Verificar que las relaciones entre el voltaje aplicado, V, el voltaje en R, VR, y el voltaje en L, VL, se describen por las formulas

V=√(〖V_R〗^2+〖V_L〗^2 )

V_R=V R/Z

V_L=V X_L/Z

MATERIAL NECESARIO

Instrumentos

 Osciloscopio de doble traza

 Multímetro Digital

 Generador de funciones

Resistores (½ W, 5%)

 1 de 1 kΩ

 1 de 3.3 kΩ

Inductores

 1 de 100 mH

1. Mida con un óhmetro la resistencia de los resistores de 3.3 kΩ y 1 kΩ. Registre los valores en la tabla 3.

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

3. 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°.

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 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.

El desfasamiento entre el voltaje (la onda verde Vent) y la corriente (la onda Roja VR) es de 2.5 cuadros igual a 45°

7. Repita los pasos del 2 al 6 con el resistor de 1kΩ en lugar del de 3.3kΩ.

El desfasamiento entre el voltaje (la onda verde Vent) y la corriente (la onda Roja VR) es de 4 cuadros igual a 72°

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 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.

I_R=V_R/R=(3V_pp)/1000Ω=3mA

10. 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 en la tabla 4.

X_L=V_L/I_L =(9.5V_pp)/3mA=3.167KΩ

11. Con el valor de XL calculado en el paso 10 y el valor medido de R, calcule el ángulo de fase θ.

θ=tan^(-1)⁡〖X_L/R〗=tan^(-1) 3167Ω/1000Ω=72.47°

Escriba su respuesta en la tabla 4 para el resistor de 1kΩ.

12. Repita los pasos de 8 al 11 para el resistor de 3.3 kΩ.

I_R=V_R/R=(7.15V_pp)/3300Ω=2.167mA

X_L=V_L/I_L =(6.95V_pp)/2.167mA=3.207KΩ

θ=tan^(-1)⁡〖X_L/R〗=tan^(-1) 3207Ω/3300Ω=72.47°

13. Con los valores medidos de VR y VL para el resistor de 1 kΩ, calcule Vp-p según la fórmula de la raíz cuadrada 2 2

V=√(〖V_R〗^2+〖V_L〗^2 )=√(3^2+〖9.5〗^2 )=9.96Vpp

Registre su respuesta en la columna “Voltaje aplicado (calculado)” de la tabla 4.

Repita los cálculos para VR y VL con el resistor de 3.3 kΩ. Anote su respuesta en la tabla 4.

V=√(〖V_R〗^2+〖V_L〗^2 )=√(〖7.15〗^2+〖6.95〗^2 )=9.97Vpp

14. En el espacio debajo de la tabla 4 trace los respectivos diagramas fasoriales para la impedancia y el voltaje en los circuitos de 3.3 kΩ y 1 kΩ.

Tabla 3. Uso

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