Práctica 2: Medidas de Voltaje DC, Potencia y Capacitancia

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1 Práctica 2: Medidas Voltaje DC, Potencia y Capacitancia Objetivos: Medir voltaje y potencia en circuitos divisores voltaje. Medir capacitancia. Medir voltajes, tiempos carga y scargas y diferencias fase en circuito RC. Referencias: 1. Floyd, Principales of Circuit Analysis 8th Ed., 5.7, 8.1, Página l curso (http://mate.uprh.edu/~iramos/fisi3143.html). Ejercicios repaso: 1. Calcule el voltaje salida en el circuito la figura 2, si se utilizan los siguientes parámetros: V 1 =10 V, R 1 = 1 kω, R 2 = 2.2 kω. 2. Calcule el voltaje salida en el circuito la figura 3, si se utilizan los siguientes parámetros: V 1 =10 V, R 1 = 1 kω, R 2 = 2.2 kω y R L = 330 Ω. Repita para R L =10 MΩ. 3. Cuál es la diferencia entre un potenciómetro y un reostato? 4. En el circuito la figura 5: V IN =12 V, R 1 = 1 kω, R 2 = 10 kω y R 3 = 3.3 kω. Cuáles son el voltaje máximo y el voltaje mínimo en la salida? 5. Qué dice el teorema Máxima Transferencia Potencia? 1. Divisor Voltaje La figura 1 muestra un divisor voltaje simple con voltaje salida dado por la expresión: V O = Z 2 Z 1 +Z 2 V I. Los divisores voltaje se utilizarán frecuentemente en los circuitos que construiremos en este laboratorio. FISI I. Ramos 1

2 Figure 1: Divisor Voltaje Figure 2: Divisor Voltaje sin resistor carga Figure 3: Divisor Voltaje con carga Ejercicio 1: Divisores Voltaje 1. Construya el circuito en la figura 2 utilizando los parámetros l ejercicio repaso Mida el voltaje salida y compare con el valor calculado. 3. Añada una resistencia carga R L =330 Ω (como en la figura 3). Repita el paso Repita con R L = 10 MΩ. 5. En su informe, Incluya dibujos los circuitos con los componentes intificados y una tabla con los voltajes salida calculados (utilizando resistencias medidas) y voltajes salida medidos. Discuta sus resultados. Utilizando los resultados este ejercicio, discuta el efecto que pue tener la resistencia interna su multímetro en las medidas voltaje. 2. Resistores Variables Los resistores variables (potenciómetros y reostatos) son muy útiles para construir divisores voltaje. El potenciómetro es una resistencia variable con tres terminales (ver figura 4). Por lo general, el valor que intifica al potenciómetro es su resistencia total (resistencia entre los terminales 1 y 3). El terminal 2 es el terminal variable y la relación entre los terminales es: R 13 = R 12 + R 23. Si uno los terminales fijos se conecta al terminal variable, el potenciómetro se convierte en un resistor variable dos terminales y se le conoce como reostato. La figura 4 también muestra muestra el símbolo l reostato y una foto con dos ejemplos FISI I. Ramos 2

3 potenciómetros. Figure 4: Resistores variables Figura 5: Divisor voltaje con potenciómetro Ejercicio 2: Resistores Variables Ejercicio 1. Construya 3: Conecte el divisor un par voltaje puntas en la prueba figura 5 (se utilizando encuentran los parámetros en el armario) l en ejercicio la salida 4. Antes +6 V su conectarlos, power supply. mida y Seleccione anote las la resistencias función CV incluyendo y ajuste el la voltaje resistencia salida total a 3.5 l V. potenciómetro. Conecte el DMM a la salida l power supply y verifique si el voltaje medido 2. Ajuste es 3.5 el V. potenciómetro Repita para voltajes y observe los 7.8 cambios V y -12 V. en el Hay voltaje diferencias salida entre (V 0 ). las Anote los lecturas? voltajes salida máximo y mínimo. 3. No rompa el circuito ya que se ulizará en el próximo ejercicio. 4. En su informe, Compare los voltajes medidos con los calculados. Diseñe un divisor voltaje que supla una salida 6.8 V, si tiene disponibles una fuente 10V, y cuatro resistores 330 Ω, 470 Ω, 680 Ω y 1 kω. 3. Potencia en circuitos dc Potencia es una medida cuanta energía suple o consume algún elemento l circuito por unidad tiempo. En circuitos puramente resistivos, el power supply suple potencia y los resistores la consumen. Ya que la energía se conserva, la potencia que el power supply es igual a la suma las potencias que consumen los resistores. Se pue calcular la potencia en cualquier resistor utilizando las siguientes expresiones: P=VI = V 2 R =I 2 R. FISI I. Ramos 3

4 Ejercicio 3: Potencia 1. En el circuito la figura 5, convierta R 2 en un reostato conectando un cable s el terminal 1 al 2. Remueva R 3 y conecte el terminal 3 directamente a ground. Utilice V IN =10 V y R 1 =4.7 kω. 2. De acuerdo al Teorema Transferencia Máxima Potencia, la potencia es un resistor es máxima cuando la resistencia carga es igual a la resistencia Thevenin vista s la carga. 3. Ajuste la resistencia R 23 (reostato) s 500 Ω hasta 10 kω en pasos 500 Ω. Para cada resistencia, mida el voltaje y calcule la potencia (P) en R 23. Anote los resultados en una tabla. 4. En su informe, Trace la curva P versus R Capacitores El capacitor básico es un componente electrónico construido con dos placas paralelas conductoras separadas por un material aislante o dieléctrico. Algunos usos los capacitores son almacenamiento voltaje para sistemas baja potencia como algunas memorias computadoras, filtros señales, bloqueo señales dc y para acoplamiento ac y circuitos tiempo. Para información básica los capacitores vea el apéndice Capacitores este laboratorio. En la figura 6 pue ver ejemplos tipos capacitores. 5. Puente Impedancia El puente impedancia nos permite verificar el funcionamiento l capacitor, y amás medir su capacitancia verdara. Estos instrumentos se conocen como metros LCR si permiten medir resistencia (R), inductancia (L) y capacitancia (C) o metros LC si sólo min las últimas dos. Los puentes impedancia varían en complejidad pero el funcionamiento básico es el mismo l multímetro. Se selecciona la cantidad a medir y la escala y se coloca el componente entre sus terminales para FISI I. Ramos 4

5 realizar la medida. En CIELab tenemos disponibles cuatro puentes impedancia Agilent 4263B. El panel frontal l Agilent 4263A se muestra en la figura 7. En la página l curso encontrará un enlace con el manual instrumento como un apéndice al laboratorio 2. Figura 7: Puente Impedancia Agilent 4263A Ejercicio 4: Capacitancia 1. Seleccione 5 capacitores distintos tipos l armario l laboratorio. Trate terminar su capacitancia acuerdo al código en su cubierta. Si el valor no está claro, revise las instrucciones en el apéndice l laboratorio o busque información en internet. 2. Seleccione la función capacitancia en el LCR y mida la capacitancia sus componentes. Compare con los valores que terminó anteriormente. 3. De ahora en alante, siempre que se utilicen capacitores asegúrese verificar su capacitancia medida con el LCR y utilizar el valor medido en sus cómputos. Reporte Laboratorio: Siga las instrucciones generales l documento que scribe el curso y las talladas en cada ejercicio. FISI I. Ramos 5

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