F. Hugo Ramírez Leyva Circuitos Eléctricos I Ley de ohm

Transcripción

1 Práctica No. 1 Ley de Ohm Objetivo. Comprobar en forma experimental la ley de Ohm y hacer la comparación entre una resistencia lineal y no lineal Material y Equipo 1 Diodo semiconductor (1N1 o similar) 2 Resistencias de 1Ω ¼ de Watt 2 Resistencias de 1Ω 2Watts Resistencia de 1kΩ Fuente de alimentación variable y con protección a cortos Multímetro auto rango. 1. Introducción La ley de Ohm predice que para un resistor voltaje que se cae en sus terminales es directamente proporcional a la corriente que circula a través de él. La constante de proporcionalidad es el valor de la resistencia (Ecuación 1). En la figura 1 se muestra el diagrama esquemático de un circuito compuesto por una fuente de voltaje, un amperímetro y una resistencia de 1Ω. En la figura 1 se muestra la variación del voltaje en el resistor en función de la corriente que circula a través de el, así como la potencia que disipa en función de la corriente. Cuando se tiene un comportamiento lineal de la corriente contra el voltaje (o viceversa), se dice que es un resistor lineal. v = R i Donde v es el voltaje [V], i la corriente [A] y R la resistencia [Ω] (1) V (Volts) 8 - I vs V (Watts) Figura 1. Diagrama esquemático de un resistor con una fuente de voltaje y un amperímetro. Grafica del voltaje vs Corriente en el resistor; y la potencia vs Corriente En la figura 2 se muestra el mismo circuito de la figura 1 pero editado en Matlab Simulink. Como se puede ver en este caso las gráficas que s obtienen son de tiempo vs la variable a medir v s I V(1) {V1*I(R1)} -m -8m -m m 8m m I(V1) (A) 1

2 Continuous I,V,P 1 pow ergui Product W 8 i + - Current Measurement 1V R1=1 + v - Voltage Measurement Corriente Amp Voltaje V (A,V,W) Tiempo (seg) Figura 2. Diagrama esquemático de un circuito en Simulink con un resistor. Grafica del tiempo vs voltaje, tiempo vs Corriente y la potencia En la figura 3 se muestra el diagrama esquemático de una fuente de voltaje con un amperímetro y un diodo. En la figura 3 se muestra la variación de la corriente que circula en el diodo vs el voltaje a través de él, así como la potencia que disipa. Como se puede ver de estas graficas, el diodo es una resistencia no línea, ya que no tiene una relación lineal entre la corriente y el voltaje. La ley de Ohm, únicamente es valida en resistores lineales. Para el caso de resistores o dispositivos no lineales lo que se hace es obtener un modelo lineal de él y así simplificar su análisis. 15 I(D1) I(D1) (A) (Watts) {I(D1)*V()} Voltaje en el diodo (V) Figura 3. Diagrama esquemático de un diodo con una fuente de voltaje y un amperímetro. Grafica del voltaje vs Corriente en el resistor; y la potencia vs Corriente 2. Procedimiento 2

3 Caracterización de un resistor 1.- Conectar el circuito de la figura 1 compuesto de una fuente de voltaje, en serie con un amperímetro y una resistencia de 1Ω. Hay que asegurarse que el valor del voltaje sea de V. 2.- Aumentar el voltaje de la fuente de voltaje de V a 5V con incrementos de.5v. Anotando las mediciones como se muestra en la tabla Invertir las terminales de la fuente de alimentación del circuito de la figura 1 (para aplicar voltajes negativos), y repetir los pasos del punto número 2..- Con los datos de la tabla, graficarlos en una hoja de calculo y obtener el valor de la pendiente, el cual deberá de coincidir con el valor de la resistencia de (1Ω) Tabla 1. Captura de las mediciones de las resistencias de 1Ω y 1Ω Resistencia de 1Ω Resistencia de 1Ω Corriente Corriente medida (ma) (mw) medida (ma) Voltaje aplicado (V) (mw) 5.- Repetir los pasos 1 al pero ahora con el resistor de 1Ω. Medición de la máxima potencia 1.- Armar el circuito de la figura 1 con el resistor de 1Ω. Poner el voltaje de la fuente en V. 2.- Aumentar el voltaje de la fuente con incrementos de.5v y estar pendiente del valor de la corriente. Cuando el resistor se carbonice, anotar el valor del voltaje y corriente que circulaban a través de él antes de que se quemara. El producto de ésta corriente y voltaje corresponde a la potencia máxima que podía disipar. 3.- Repetir los pasos 1 al 2 con la resistencia de 1Ω y anotar las mediciones en la tabla 1. 3

4 Caracterización del resistor no lineal (Diodo) 1.- Armar el circuito de la figura 3 y configura la fuente de voltaje a Volts 2.- Incrementar el voltaje de la fuente con incrementos de.1 volts, hasta llegar a 1V. 3.- Para cada valor de voltaje anotar las mediciones en la tabla 2, anotando el valor de voltaje (variable en x) y el valor de corriente (variable y)..- Invertir las terminales de la fuente de voltaje de la figura 3 (para obtener un voltaje negativo) y repetir los pasos anteriores del 1 al 3, pero ahora con un voltaje de a 5V con incrementos de.5v 5.- Graficar los datos obtenidos de las mediciones y comentar la grafica resultante. 6.- Finalmente armar el circuito como se muestra en la figura 3 y aumentar el voltaje desde V con incrementos de.1v, estando pendiente del valor de la corriente. En el momento en que el diodo se quema, anotar el voltaje y la corriente, y esa es la máxima potencia que puede disipar. Figura 3. Diagrama del diodo en polarización directa. Diagrama del diodo en polarización inversa Voltaje del diodo Vd (V) Tabla 2. Tabla para reportar los datos medidos con el diodo Corriente en el diodo Id (A) Watts

5 1. Medición de resistencia en paralelo y en serie 1. Medir la resistencia de cada una de las resistencia de 1kΩ, anotar su valor y numerarlas del 1 al. 2. Conectar en serie R1 y R2 y medir su valor. De esta manera medir la conexión en serie de R1 y R2 y R3, finalmente medir el valor en serie de las resistencias. 3. Repetir los pasos del punto 2, pero ahora conectando las resistencia en paralelo.. Finalmente, comparar los valores obtenidos de resistencia, con el que predice la teoría. Figura. Conexión en serie de resistencias. Conexión en paralelo 3. Reporte. El reporte de la práctica deberá tener los siguientes puntos. Objetivos. Introducción teórica (Breve y concisa). Procedimiento. Resultados. Conclusiones. Bibliografía. En caso de ser necesario, pueden combinar varias secciones. Esta prohibido repetir el texto de este documento en el reporte de la práctica Además todas las figuras y tablas que pongan deberán tener pie de figura con texto y hacer referencia a ellas en el texto. Nombre del profesor: F. Hugo Ramírez Leyva. 5