Objetivo
Aprender a utilizar el osciloscopio digital, así como familiarizarse con sus funciones y determinar las señales que tiene la corriente alterna en un circuito RL y en un circuito RLC
Marco Teorico
Circuito RL (resistencia - bobina) en serie en C.A.
En un circuito RL serie en corriente alterna, se tiene una resistencia y una bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma.
La tensión en la bobina está en fase con la corriente (corriente alterna) que pasa por ella. (tienen sus valores máximos simultáneamente), pero el voltaje en la bobina está adelantado a la corriente que pasa por ella en 90º (la tensión tiene su valor máximo antes que la corriente)
El valor de la fuente de voltaje que alimenta este circuito esta dado por las siguientes fórmulas:
- Voltaje (magnitud) VS = (VR2 + VL2)1/2
- Angulo = /Θ = Arctang (Vl/VR).
Estos valores se expresan en forma de magnitud y ángulo. Ver el diagrama fasorial de tensiones
Ejemplo: 47 /30° que significa que tiene magnitud de 47 y ángulo de 30 grados
La impedancia Z sería la suma (suma fasiorial) de la resistencia y la reactancia inductiva. Y se puede calcular con ayuda de la siguiente fórmula:
Para obtener la magnitud de Z de dividen los valores de Vs e I
Para obtener el /Θ de Z se resta el ángulo de la corriente, del ángulo del voltaje.
Circuitos RLC en corriente alterna.
En este artículo se hará un repaso de los circuitos básicos, formados por resistencias (R), condensadores (C) y bobinas (L), cuando se alimentan por una fuente de tensión alterna senoidal. En corriente alterna aparecen dos nuevos conceptos relacionados con la oposición al paso de la corriente eléctrica. Se trata de la reactancia y la impedancia. Un circuito presentará reactancia si incluye condensadores y/o bobinas. La naturaleza de la reactancia es diferente a la de la resistencia eléctrica. En cuanto a la impedancia decir que es un concepto totalizador de los de resistencia y reactancia, ya que es la suma de ambos. Es por tanto un concepto más general que la simple resistencia o reactancia.
La tensión vg tendrá un valor instantáneo que vendrá dado en todo momento por
En corriente alterna la oposición al paso de la corriente eléctrica tiene dos componentes, una real y otra imaginaria. Dicha oposición ya no se llama resistencia sino impedancia, Z. La impedancia se expresa mediante un número complejo, por ejemplo de la forma a + jb, siendo a la parte real del número complejo y b su parte imaginaria. Pues bien, una resistencia presenta una impedancia que sólo tiene componente real, ya que la su componente imaginaria es de valor cero. Tendremos entonces que en el caso que nos ocupa la impedancia total del circuito será igual al valor que presente la resistencia R, ya que no existe ningún otro elemento en el circuito. Así pues:
Tras lo visto, podemos calcular el valor de la corriente i que circula por el circuito aplicando la Ley de Ohm:
Un generador de señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. Se emplea normalmente en el diseño, test y reparación de dispositivos electrónicos; aunque también puede tener usos artísticos.
Hay diferentes tipos de generadores de señales según los propósitos y aplicación; que se corresponderá con el precio. Tradicionalmente los generadores de señales eran dispositivos estáticos apenas configurables, pero actualmente permiten la conexión y control desde un PC. Con lo que pueden ser controlados mediante software hecho a medida según la aplicación, aumentando la flexibilidad.
Osciloscopio
Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo.
Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma.
El osciloscopio es basicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales electricas variables en el tiempo.
El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.
¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
Localizar averias en un circuito.
Medir la fase entre dos señales.
Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.
Los osciloscopios son de los instrumentos más versatiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenomenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.
¿Qué tipos de osciloscopios existen?
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales . Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.
Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).
El osciloscopio no es mas que un instrumento para la visualización de señales eléctricas en el dominio del tiempo. En otras palabras, se pueden ver formas de onda en él. La mayoría de los usos pueden no ser obvios, pero si posee uno, probablemente piense que es uno de los elementos mas usados.
Desarrollo
1. Elegir dos pares resistencia-inductor y conectarlos en serie para las siguientes mediciones.
• Conecte el generador de señales y el osciloscopio para medir las características del circuito RL en una red de adelanto.
• Realice un barrido en frecuencia, fijando la amplitud a 10Vpp, observe y tome nota de frecuencias diferentes para cada par resistencia-inductor.
2. Ahora conecte la red RL para obtener una red de atrazo y repita el procedimiento anterior.
3. Elija componentes para conectar un circuito RLC serie, conecte el generador de señales fijando la amplitud a 15Vpp, realice un barrido en frecuencia y tome al menos 5 lecturas para las diferentes frecuencias y tome medición de los voltajes en los componentes del circuito.
4. Encuentre la frecuencia resonante del circuito.
1. Elegir dos pares resistencia-inductor y conectarlos en serie para las siguientes mediciones.
• Conecte el generador de señales y el osciloscopio para medir las características del circuito RL en una red de adelanto.
• Realice un barrido en frecuencia, fijando la amplitud a 10Vpp, observe y tome nota de frecuencias diferentes para cada par resistencia-inductor.
2. Ahora conecte la red RL para obtener una red de atrazo y repita el procedimiento anterior.
3. Elija componentes para conectar un circuito RLC serie, conecte el generador de señales fijando la amplitud a 15Vpp, realice un barrido en frecuencia y tome al menos 5 lecturas para las diferentes frecuencias y tome medición de los voltajes en los componentes del circuito.
4. Encuentre la frecuencia resonante del circuito.
| Amplitud 1 | Amplitud 2 | Amplitud 3 | Amplitud 4 | |||||
| Frecuencias (Hz) | Vp | Vpp | Vp | Vpp | Vp | Vpp | Vp | Vpp |
| 100 | 1.5 | 3 | 3.5 | 7 | 5.1 | 10.2 | 7 | 14 |
| 1000 | 1.5 | 3 | 3.5 | 7 | 5.1 | 10.2 | 7 | 14 |
| 10000 | 1.5 | 3 | 3.5 | 7 | 5.1 | 10.2 | 7 | 14 |
| 30000 | 1.5 | 3 | 3.5 | 7 | 5.1 | 10.2 | 7 | 14 |
| 100000 | 1.5 | 3 | 3.5 | 7 | 5.1 | 10.2 | 7 | 14 |
Red de adelanto
Red de atrazo
Circuito RLC
R= 10 KΩ , L= 0.001 mH , C=0.01µF , V=15 v
| Frecuencia | Vpp |
| 1 K Hz | 9.8 v |
| 10 KHz | 10.2 v |
| 100 K Hz | 10.2v |
| 150 KHz | 10.4 |
| 170 KHz | 9.2 |
Fr= 1.59 MHz
Conclusión
En esta practica se pudo observer los cambios de fase que puede tener un circuito.
En los circuitos RL los únicos componentes que se tienen son la resistencia y el inductor, pueden conectarse en serie o paralelo, en esta practica solo se utilizaron en paralelo. En el caso del circuito RC se tiene lo mismo solo que el capacitor sustituye al inductor.
Cabe destacar que el inductor adelanta a la corriente en 90°, mientras que el capacitor la atrasa 90°. Conforme aumenta la frecuencia en una red de adelanto aumenta el voltaje, mientras que en una red de atraso es lo contrario.
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