GUIAS DE LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICICOS I

UNIDAD SIETE

CONSTANTE DE TIEMPO RC

INTRODUCCION

Muchas aplicaciones de la inductancia se encuentra en circuitos de corriente alterna, pero cada vez que la corriente cambia, la inductancia produce un voltaje inducido. Ejemplo de ondas incluyen voltajes de corriente directa, ondas cuadradas, rectangulares o dientes de sierra. La capacitancia también tiene muchas aplicaciones en circuitos de corrientes alterna, pero cada vez que el voltaje cambie de magnitud, el condensador se produce una carga y descarga de él.

Cuando ni la corriente y el voltaje son senoidales, el efecto de la inductancia o la capacitancia es producir cambios en la forma de onda. Este efecto puede analizarse por medio de las constantes de tiempo asociadas con los circuitos RC y RL. La constante de tiempo es el lapso necesario para que la corriente a lo largo de la inductancia o el voltaje a través del condensador experimentando un cambio igual a un 63.2% de su valor final.

Analizar el funcionamiento de los elementos resistivos, capacitivos e inductivos ante el voltaje continuo.

Identificar su comportamiento ante el voltaje y la corriente continua. Aprender a utilizar las relaciones fundamentales para calcular las constantes de

tiempo de los circuitos RC y RL. Aprender a medir las variables de corriente y de voltajes para la carga y

descarga en estos tipos de circuitos, utilizando la tabla universal de las constantes de tiempo.

1.1. RECURSOS

2. Multimetro (Analógico / Digitales). 1. Fuente de energía dual DC.

117.

1. OBJETIVOS1. OBJETIVOS

1.2. MATERIALES 1. Resistencia de 1MΩ 1. Condensador de 10uF/50V 1. Condensador de 47uF/50v 1. Condensador de 100 uF/50V 2. Interruptore simples.

1. Rele de 12 voltios.1.3 HERRAMIENTAS

Proto board Pinzas planas Corta frío Caimanes (Conectores). Cronometro o reloj con segundero.

2. MARCO TEORICO.

Las constantes de tiempo se pueden considerar como los elementos de construcción de la electrónica industrial. Raramente encontrará usted un circuito eléctrico o electrónico en que no haya constante de tiempo.

Observaremos algunas aplicaciones de las constantes de tiempo en:

Los controles de velocidad de los motores. Receptores y transmisores de la radio. Sistemas de alarma. Controladores de los semáforos. Encendido electrónico de los carros.

Para que usted pueda comprender el funcionamiento de los circuitos electrónicos, primero debe comprender la relación que existe entre la corriente y el voltaje en estos dispositivos.Si deduce las propiedades de los condensadores y bobinas a los términos mas simple, puede decir que un condensador se opone a un cambio en el voltaje en tanto en la bobina se opone cambio de la corriente.

Desde luego, una resistencia ofrece la misma oposición al voltaje y la corriente ya sea alterno o continuo. Estas tres propiedades utilizadas en forma aislada o en combinación, son la base de operación de todos los circuitos electrónicos, desde el más simple al más complejo.

Las constante de tiempo de un circuito es la cantidad de tiempo que le toma a la corriente a un circuito inductivo o al voltaje a un circuito capacitivo para alcanzar aproximadamente el 63% del valor máximo. La duración de la constante de tiempo se determina por la resistencia, la inductancia y la capacitancia en el circuito.

En circuito resistivo – inductivo (LR), se calcula la duración de la constante de tiempo. L Henrys T = ------ = ------------- R Ohmios

118.

La T: indica el tiempo en segundos.La R: la resistencia en ohmios.La L: Inductancia en Henrys.

En un circuito resistivo – capacitivo (R.C), la duración de la constante tiempo se calcula de la siguiente manera

T = R.C

La T: indica el tiempo en segundos.La R: la resistencias en ohmios.La C: la capacidad del condensador en faradios.

2.1 EJERCICIO.

1. ¿Cuál es la constante de tiempo de un circuito formado por una bobina de 200 H, conectada en serie con una resistencia de 1KΩ?.

2. ¿Cuál es la constante de tiempo de circuito formado por una bobina de 0.1 H, conectada en serie con una resistencia de un 1MΩ?.

3. ¿Cuál es el valor de la constante de tiempo de un circuito formado por una resistencia de 1 MΩ y un condensador de 0.1 uF?

4. Se tiene una constante de tiempo de 0.001 segundo formado por una resistencia de 1MΩ conectado en serie con un condensador. ¿Cuál es el valor de la capacidad del condensador?.

5. ¿Cuál es la contante de tiempo de un circuito formado por una resistencia de 1MΩ, conectada en seire a un capacitor de 0.01uF. Si al mismo condensador se le aplica un voltaje de 300 voltios de corriente continua. ¿Cuál es la carga del condensador cuando tiene un porcentaje del 63%?.

6. ¿Cuál es la constante de tiempo de un circuito formado por una bobina de 20 H, conectado en serie con una resistencia de 100 Ω. Si al mismo circuito se le aplica un voltaje de corriente continua de 10 V, se produce una corriente de 100 mA. ¿Cuál es el valor de la corriente a los 37% de la carga de la bobina?.

7. Se tiene una constante de tiempo de 0.01 segundo formado por una resistencia de 100 KΩ, conectada en serie con un condensador. ¿Cuál es el valor de la capacidad del condensador?. Si al mismo condensador se le coloca una fuente de voltaje de corriente continua de 80 V. ¿Qué voltaje de carga tiene a los 25%?.

8. Se tiene una tiene una constante de tiempo de 20 μS, formado por una resistencia de 1MΩ. ¿Cuál es el valor de la inductancia o bobina?. Si por ella circula una corriente 250 mA. ¿Cuál es el valor de la corriente a los 45%?.

2.2 AUTOEVALUACION.

Marque la respuesta correcta.

1. Una inductancia de L =250 H, esta en serie con una resistencia de 50 Ω. La constante de tiempo es de: a) 5 seg b) 25 seg c) 50 seg d) 250 seg.

2. Un condensador de 250 pF, está conectado en serie con una resistencia de 1MΩ. La constante de tiempo de este circuito es: a) 63 μS b) 100 μS c) 200 μS d) 250 μS.

119.

3. Cual es la constante de tiempo de un circuito que tiene una bobina de 4 H y una resistencia de 100Ω. a) 400 Seg b) 40 mS c) 25 Seg d) 200 mS.

4. Que valor de capacitancia se debe utilizar para una resistencia en serie de 1 MΩ, para quede una contante de tiempo de 1mS. a) 10 uF b) 0.01uF c) 0.001 uF d) 1 uF.

5. Que valor de resistencia se debe usar con un condensador en serie de 0.1uF, para quede una constante de dos segundos. a) 20 MΩ b) 2 KΩ c) 20 KΩ d) 2 MΩ.

6. Cual es la constante de tiempo de un circuito formado por una bobina de 20 H, se conecta en serie con una resistencia de 100 Ω. a) 0.1 seg b) 0.3 seg c) 0.4 seg d) 0.2 seg.

7. En un circuito capacitivo:a) El capacitor se opone a los cambios de voltajes.b) El voltaje se atrasa con respecto a la corriente.c) La corriente se atrasa con respecto al voltaje.d) Ninguna de las anteriores.

8. En un circuito inductivo:a) el voltaje se adelanta con respecto a la corrienteb) el inductor se opone a los cambios en la corriente.c) La corriente se adelanta con respecto al voltaje.d) Ninguna de las anteriores.

9. Un circuito capacitivo queda completamente cargado, que método utiliza usted para la descarga: a) La resistencia b) el interruptor c) Uniendo los dos terminales del condensador d) Ninguna de las anteriores.

10. Cuando un condensador queda completamente cargado, la corriente que circula por el circuito es igual: a) Cero b) A mitad de la corriente total. c) 33.2% de la corriente total d) ninguna de las anteriores.

2.3 ACTIVIDADES A REALIZAR

eñor estudiante durante el proceso de enseñanza y aprendizaje debe seguir las siguientes instrucciones del texto y el profesor.s

ANIMO SEÑOR ESTUDIANTE!

Pasos a seguir:1. Leer y seguir las instrucciones escritas del texto.2. Practicar la lectura comprensiva del texto.3. Debe tener claro el concepto de los circuitos serie, paralelo, mixto 4. Debe consultar los mismos conceptos en otros textos.5. Debe tener claro el manejo y uso de los instrumentos de medición.6. Debe consultar sobre la inductancia o bobina, capacitancia, el Tau.7. Resolver los ejercicios, cálculos y autoevaluaciones propuestas al iniciar su

trabajo de laboratorio y entrégalos como preimforme tiene un valor del 40%.120.

2.4 DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

I. Mostrar la relación de fase entre la corriente y el voltaje en los circuitos inductivos y capacitivos.

1. Circuito Inductivo (L).

Figura 1. Circuito inductivo.

a) Armar el circuito de la figura 1.b) Oprima el interruptor S1.c) Mida la corriente I (Medida): _____________d) Mida el voltaje V (Medido): _____________e) Abra el interruptor S1f) Mida la corriente I (Medida): _____________g) Mida el voltaje V (Medido): ______________h) Mientras el interruptor estuvo cerrado, ¿Qué le sucedió al voltaje antes de la

corriente?.i) Después que abrió el interruptor S1. ¿Qué el sucedió al voltaje con respecto a la

corriente?. II. Circuito capacitivo. (C)

Figura 2. Circuito capacitivo.a) Observar la marcas de polaridad del condensadorb) Armar el circuito de la figura 2.c) Oprima el interruptor S1, para la carga del condensador.d) Mida la corriente I (Medida): _____________

121.

e) Mida el voltaje V (Medido): _____________f) Abra el interruptor S1g) Oprima el interruptor S2, para la descarga del condensador.h) Mida la corriente I (Medida): _____________i) Mida el voltaje V (Medido): ______________j) ¿Por qué la corriente llego a un máximo antes que el voltaje?.k) ¿Por qué la corriente volvió a cero después de llegar el voltaje máximo?.

III. Observar las constantes de tiempo de los circuitos RC.

Figura 3. Constante de tiempo de un circuito RC.

a) Armar el circuito de la figura 3.b) Calcular la constante de tiempo.c) Oprima el interruptor S1, para la carga del condensadord) Registre el tiempo de carga del condensador T (Segundos): __________e) Abra el interruptor S1f) Cierre el interruptor S2, para descarga del condensador.g) Registre el tiempo de descarga del condensador T. (Segundos): ________h) Hacer los mismos pasos para los siguientes condensadores 10 μF, 47 μF, 100 μ /50 V 2.5 INFORME.

Cada grupo de trabajo debe de presentar:

Cálculos, mediciones y esquemas de los circuitos (25%), 1.25. Hacer una síntesis de las mediciones de cada unos de los circuitos (25%) 1.25. Resolver la evaluación o preguntas (25%) 1.25 Sacar conclusiones generales (25%) 1.25.

2.6 EVALUACION FINAL.

Resolver cada una de las siguientes preguntas.

1. Calcular las siguientes constantes de tiempo de los siguientes circuitos inductivos:

a) L de 20 H y R de 400 Ω.b) L de 20 μH y R de 4KΩ.c) L de 50 mH y R de 1mH.

122.

2. Calcular las siguientes constantes de tiempo para los circuitos capacitivos.a) C de 0.0001 uF y R de 1 MΩ.b) C de 1 uF y R de 1MΩ.c) C de 100 pF y R de 100 KΩ.

3. Una fuente de 100 voltios, está conectada en serie con una resistencia de 2 MΩ y condensador de 2 uF.

a) ¿Cuál es tiempo necesario para que el voltaje para que el voltaje sea igual a 63 voltios?.

4. Dibujar la curva universal de los tiempos de carga y descarga de los condensadores y bobinas.

5. Hacer una comparación entre los elementos Inductivos, capacitivos y resistivos.

6. Definir que es una constante de tiempo grande y pequeña.

7. ¿Cuál es el valor de la resistencia que se conecta en serie con un condensador de 0.05 uF, para que constante de tiempo RC, sea igual a 0.02 Seg y 1 mS?.

8. Una capacitancia de 0.05 uF, se carga a un voltaje de 264 Voltios; después se descarga por medio de una resistencia de 40KΩ. ¿Cuál es el tiempo necesario para que el voltaje descienda a 132 voltios?.

9. ¿Por qué la formación de un arco puede se un problema cuando se utilizan bobinas en circuitos de conmutación?.

10. Se carga un condensador de 0.2 uF, a un valor de 100 voltios. ¿Cuánto tiempo toma para cargarse a través de una resistencia de 100 KΩ?. Utilizar la gráfica universal del tiempo de carga y descarga de lo condensadores.

123.