Práctica No. 2 Leyes de Kirchhoff Objetivo Hacer una comprobación experimental de las leyes de Kirchhoff.

Transcripción

1 Práctica No. Leyes de Kirchhoff Objetivo Hacer una comprobación experimental de las leyes de Kirchhoff. Material y Equipo 6 Resistencias de 00Ω ¼ o ½ Watt Resistencias de 0Ω ¼ o ½ Watt Resistencias de kω ¼ o ½ Watt Potenciómetro de 0kΩ Amplificador operacional LM74 o equivalente Multímetro Fluke Fuente de voltaje variable con salidas, o individuales. Introducción Las leyes de Kirchhoff son las leyes básicas con las cuales se analiza cualquier circuito eléctrico, independiente del tipo de voltaje (directa o alterna), ya que llevan implícito el Principio de conservación de la energía. Son dos leyes, la de corriente y la de voltaje. La ley de Kirchhoff de corriente (o KCL) establece que la suma de corrientes en un nodo es igual a cero. La ley de Kirchhoff de voltaje (o KVL) establece que la suma algebraica de voltajes en una malla es igual a cero. En la figura se esquematiza la ley de Kirchhoff de corrientes, en la cual se observa que la corriente que entra en el nodo (I) es igual a las corrientes que salen de él (I e I). Figura. Diagrama de corrientes Matemáticamente están representadas en la ecuación. N i= N i= I i = 0 V = 0 Donde I i son todas las corrientes que entran y salen del nodo. V i son todos los voltajes de una malla i () El objetivo de esta práctica es hacer la comprobación experimental de estas leyes, mediante un circuito en serie, uno en paralelo y uno de mallas. Además se pretende que el alumno empiece a trabajar con circuitos integrados que se usan mucho.

2 . Procedimiento Circuito en serie.- Analizar el circuito de la figura, y 4, antes de empezar la práctica, determinar el valor de la corriente de la malla, voltaje de cada rama, corrientes de nodo y la resistencia equivalente de todo el circuito.. Armar el circuito de la figura, el cual esta formado por la conexión en serie de resistencias de 00Ω, una de 0Ω y una de kω, que son alimentados por una fuente de voltaje de 0V.. Configurar la fuente de voltaje con un voltaje de 0V y una limitación de corriente de 500mA. 4. Suponiendo que la corriente sale del positivo de la fuente, con el Multímetro configurado como voltímetro, medir el voltaje de la fuente de alimentación y de cada una de las resistencias. Al final hacer la suma algebraica de todos los voltajes, y demostrar que el voltaje en toda la malla es cero (KVL). 5. Con la medición de corriente y voltaje, obtener la resistencia equivalente de todo el circuito en serie. 6. Con el multímetro configurado como amperímetro, abrir cada rama, como se muestra en la figura y, comprobar que la corriente que entra y sale de cada elemento, es igual. 7. Con las mediciones de voltaje y corriente de cada elemento del circuito, obtener el valor de la resistencia de todo el circuito (que ve la fuente), la potencia que disipa cada elemento y la suministrada por la fuente de voltaje. ( Qué se puede concluir de esto?) 8. Simular el circuito en el PSIM o algún otro simulador eléctrico, comparar las mediciones experimentales contra lo que se obtiene en el simulador, y las que se obtuvieron teóricamente. Circuito paralelo Figura Circuito serie, Medición de la corriente en el circuito serie. Armar el circuito como se muestra en la figura. Configurar la fuente de voltaje con V y un límite de corriente de 500mA. Una vez que todo esta conectado, medir la corriente

3 que le demanda todo el circuito a fuente de voltaje (I). Con esto obtener el valor de resistencia del circuito equivalente.. Abrir el circuito y conectar el amperímetro en los puntos marcados en la figura. Medir todas las corrientes y mostrar que la suma de ellas, es igual a la que suministra la fuente. Figura Circuito en paralelo. Conexiones del amperímetro par el circuito paralelo. Con las mediciones de voltaje y corriente encontrar el valor de la resistencia de cada elemento del circuito y la potencia que disipa cada elemento y la que suministra la fuente. 4. Editar el circuito en un simulador y comprobar el lo que se obtiene contra lo simulado. Circuito de mallas. Armar el circuito de la figura 4. Configurar la fuente de voltaje con 9V y un límite de corriente de 400mA. Medir la corriente que sale de la fuente de alimentación, y con estas mediciones obtener el valor de resistencia equivalente.. Medir los voltajes en las mallas, y comprobar que su suma algebraica es cero.. Medir la corriente con el amperímetro, en los puntos marcados en la figura 4, y para cada nodo, mostrar que la suma de corrientes es cero. Figura 4 Circuito de mallas. Conexiones del amperímetro para el circuito de mallas 4. Con las mediciones de voltaje y corriente de cada elemento, obtener el valor de cada resistencia, así como la potencia que disipa cada una de ellas.

4 5. Editar el circuito en un simulador y comparar los valores que se obtienen contra lo medido en el laboratorio. Amplificador Operacional El amplificador operacional es un circuito ampliamente usado para amplificar señales analógicas de forma muy sencilla. Normalmente usa fuentes de alimentación para tener voltajes negativos y positivos, la ganancia del amplificador se controla con resistencias externas. El LM74 es el amplificador operacional más común por ser de bajo costo, además de que fue uno de los primeros en el mercado. En la figura 5 se muestra su diagrama de conexiones. En esta parte de la práctica se va a aprender a usar el amplificador operacional en la configuración de seguidor, en el cual el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada.. Armar el circuito de la figura 5 el cual consta de fuentes de voltaje de V, un potenciómetro de 0kΩ, el amplificador operacional, y voltímetros (Vin que mide el voltaje a la entrada del operacional y Vout que mide el voltaje de salida), ambos, el voltaje que miden es de ese punto con respecto a tierra (punto de unión de las fuentes). +V -V V V V V 50% RV k Volts +V -V U 6 LM Volts Figura 5 Diagrama de conexiones del LM74, Diagrama esquemático del circuito de prueba. Variar el potenciómetro hasta que Vin = 0V, medir Vout (si todo esa bien conectado el voltaje en este punto debe ser mas o menos 0V) y anotar el voltaje en una tabla. Incrementar el voltaje de 0V a V con incrementos de V y anotar Vout.. Volver a colocar Vin = 0V, y medir Vout. Mover el potenciómetro con incrementos de -V, hasta llegar a un voltaje de -V. Anotar los datos como se muestra en la tabla. Graficar la ganancia de voltaje vs Vin, y Vin vs Vout. Finalmente comentar el resultado de estas graficas. Tabla. Caracterización de operacional en configuración de seguidor Voltaje de entrada Vin (Volts) Voltaje de salida Vout (Volts) Ganancia de voltaje Av = Vout/Vout 4

5 Reporte El reporte de la práctica deberá tener los siguientes puntos. Objetivos Introducción teórica (Breve y concisa) Procedimiento Resultados Conclusiones Bibliografía Además todas las figuras y tablas que pongan deberán tener pie de figura con texto y hacer referencia a ellas en el texto. Fecha de entrega: El próximo lunes después que se haya terminado la práctica. Nombre del profesor: F. Hugo Ramírez Leyva. 5