lab rc
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Universidad tecnológica de Panamá
Centro regional de Chiriquí
Facultad de Ing. Eléctrica
Carrera:
Ing. Electrónica y telecomunicaciones
Asignación:
Circuitos I
Tema:
“Laboratorio # 7- Respuesta Transitoria de los Circuitos RC”
Profesor:
Roger Cerrud
Estudiante:
María Alejandra Cuestas 4-781-1061
II Semestre del 2015
Objetivos
Estudiar la respuesta transitoria en circuitos serie RC.
Familiarizar a alumno con los parámetros de la respuesta transitoria de elementos
eléctricos tales como el capacitor.
Determinar experimentalmente la constante del tiempo del circuito.
Descripción Teórica
Un circuito RC es un circuito compuesto de resistencias y condensadores alimentados por
una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor y un
condensador y es la forma más simple de un circuito RC. Los circuitos RC pueden usarse
para filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los filtros RC
más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso banda, y el filtro elimina
banda. Entre las características de los circuitos RC está la propiedad de ser sistemas
lineales e invariantes en el tiempo; reciben el nombre de filtros debido a que son capaces
de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su frecuencia.
Un capacitor o condensador es un componente eléctrico compuesto con dos conductores
separados por un aislante o material dieléctrico. El capacitor es el único dispositivo aparte
de la batería que puede almacenar carga eléctrica. El comportamiento de los capacitores
se basa en fenómenos asociados con campos eléctricos. La fuente del campo eléctrico es
la separación de carga o voltaje. Si el voltaje está variando con el tiempo, el campo
eléctrico hace lo propio del mismo modo. Un campo eléctrico variable en el tiempo
produce una corriente de desplazamiento en el espacio que ocupa el campo. La
capacitancia, C, es el parámetro de circuito que describe un capacitor y se mide en
faradios (F).
Resumen
En el presente se encuentra el informe de la experiencia N° 7, de circuitos
eléctricos I. En este se incluyen imágenes de las experiencias y ciertos calculos.
Este informe tiene como objetivo enseñar al estudiante las respuesta transitoria
de los circuitos RC. Para cumplir con los objetivos de esta experiencia, se procedió
a armar todos los circuitos como así indicaba la guía general de laboratorio y el
facilitador. Repasando los conceptos que se están estudiando se aplican las
normas y parámetros, en los circuitos mostrados.
Metodologia
Materiales y Equipo:
Osciloscopio dual
Generador de Funciones
Capacitor de 0.1 uF
Resistor de 1 kΩ
Plantilla y cable de conexión
Papel milimetrado
Descripcion Experimental
1. Calculo de la frecuencia de operación del generador. Para observar el fenómeno de
carga del capacitor, se utilizará una onda cuadrada de voltaje cuyo semi-periodo
sea lo suficientemente largo que permita la carga completa de este. Llamado τ al
periodo de la señal cuadrada, y a la constante de tiempo del circuito RC resulta:
T2=5 τ coT=10 τ c
1.1Según los valores utilizados, calcule la constante de tiempo teórica del circuito:
R=1kΩC=0.1 uF
τ=RC=(1 x103Ω)(0.1x 10−6F )
τ=1x 10−4 seg.
1.2Calcule el periodo y la frecuencia de la onda cuadrada necesaria:
T=10 τ c=1 x10−4 (10 )=1msegundo
f= 1T
= 11ms
=1kHz
2- Obtencion de la curva de carga y descarga del capacitor, en el circuito RC serie.
2.1 Arme el circuito mostrado.
Figura #1. En esta imagen se presenta la simulación del circuito.
2.2 Ajuste el generador de funciones con la ayuda del osciloscopio, para una señal de
onda cuadrada con un máximo de 1 voltio, y a la frecuencia de operación calculada en el
punto 1.2.
Resultados Experimental:
Figura #2. En esta imagen se presenta las gráficas obtenidas.
2.3 Grafique en papel milimetrado la Señal excitatriz y la respuesta de voltaje obtenida en
el capacitor.
2.4 De la curva de voltaje obtenida para el capacitor, determine la constante de tiempo
experimental del circuito RC.
τ experimental=1.1 x10-4 s
2.5 Coincide este valor con el calculado en el punto 1.1? Calcule el % de error.
El valor experimental de la constante de tiempo se aproxima al calculado teoricamente.
% de Error=Valor Teorico−Valor experimentalValor teorico
∗100
% de Error=1x 10−4−1.1x 10−4
1x 10−4∗100
% de Error=10%
2.6 Explique las causas posibles de discrepancias entre los valores teoricos y
experimentales de la constante de tiempo.
R. pueden haber una amplia gama de posibles errores entre estos estanlos mas frecuente
en todas las prácticas; se debe a factores que influyen directamente en nuestros datos,
como por ejemplo la falta de precisión al momento de tomar los datos, armar el circuito de
manera errónea, debemos tomar muy en cuenta que los instrumentos de medición deben
estar debidamente calibrados para que así nuestros datos sean más precisos, también
podemos mencionar que las lecturas que arrojan el voltímetro y el amperímetro no son los
reales ya sea por el margen de error o por cualquier otro inconveniente.
3- Obtencion de la curva de corriente en el circuito RC serie.
3.1 Intercambie de posicion la resistencia y el capacitor en el circuito de la figura #1.
3.2 Con el generador de funciones operando bajo las mismas condiciones de la seccion,
obtenga la curva de voltaje en la resistencia Vr. Grafiquela en papel milimetrado.
Resultado experimental:
Figura #3. En esta imagen se presenta la graficas obtenidas con ayuda de un osciloscopio. .
3.3 Que caracteristicas presenta la curva de voltaje a traves de la resistencia.
R. La constante de tiempo es la misma.En la resistencia el flujo de la corriente es
importante al principio, pero a medida que en el capacitor se van acumulando más cargas
esta corriente disminuye, teniendo VR una asíntota en cero para el tiempo en el cual el
capacitor logró acumular el total de carga, es decir cuando Vc tiende a V. De acuerdo al
modelo teórico la representación gráfica de VR(t) corresponde a la de la expresión:
V R=V∗e−tτ
3.4 Como podria obtenerse la curva de corriente en el circuito Rc serie?
R// La carga en el capacitor es:
Qc=C∗V
El voltaje en el capacitor es :
V c=V (1−e−Tτ )
Reemplazando:
Q ( t )=C∗V (1−e−Tτ )
I=dQdt
I=(VR )e−Tτ (corriente enuncircuito RC)
3.5 Suponiendo que la discrepancia entre la constante de tiempo teorica y la experimental
del circuito RC se deba solamente a la resistencia interna del generador de funciones,
calcule el valor de esta.
Rg=¿0.1m−9.785 x10−5=2.15 x10−6Ω
Investigación
Diferentes tipos de capacitores de acuerdo a su fabricación y campo de
aplicación.
Existen muchos tipos de capacitores y cada uno tiene una función específica. Las señales
pulsantes que se generan ya no son corrientes continuas propiamente dichas y nos
ayudaran a explicar para que sirven cada uno de los capacitores que se utilizan en la
electrónica y que podemos adelantar que son de cinco tipos diferentes a saber:
o Capacitores electrolíticos (polarizados, no polarizados y de Tantalio)o Capacitores de polyester (metalizado y no metalizados)o Capacitores cerámicos (disco y Plate)o Capacitores de mica platao Capacitores SMD
Figura #4. En esta imagen se presentan de cada tipo de capacitor.
Capacitores cerámicos
Los capacitores cerámicos sueles ser de dos tipos diferentes. Los cerámicos discos son los
más comunes y tienen una forma muy simple: se trata de un disco de material aislante
cerámico de elevada constante dieléctrica metalizado en sus dos caras. Sobre el
metalizado se sueldan los dos chicotes de conexión resultando un dispositivo como el
mostrado en la figura 3 en donde se observa el capacitor si su baño final de pintura epoxi
que tapa el disco y parte de los terminales.
Figura #5. En esta imagen se presenta un capacitor cerámico.
Capacitores con dieléctrico de plástico
Por lo general se fabrican partiendo de dos finos folios de polyester que se enrollan
junto con dos láminas también muy finas de aluminio, para formar las placas del
capacitor. Una variante para lograr tamaños más pequeños consiste en metalizar el
plástico usado como dieléctrico. La primer versión suele utilizarse para capacitores que
requieran una elevada corriente circulando por ellos, debido a que la presencia de las
láminas metálicas ayudan a extraer el calor interno y el mayor tamaño ayuda a disipar el
calor que llega al exterior. La segunda versión se utiliza donde solo existen bajas
corrientes.
El tipo de dieléctrico utilizado se presta para construir capacitores de elevada tensión de
aislación que está estandarizada en 250V, 400V y 630V. En cuanto a la banda de
capacidades que se pueden construir; esta suele comenzar en 1.000 pF y llegar hasta 0,47
uF (habitualmente se dice .47 uF) o 1 uF.
Capacitores electrolíticos
Donde se requiera un pequeño tamaño son indispensables los capacitores
electrolíticos cuya faja de capacidades suele empezar en .47 uF y llegar hasta 10 mF. Un
capacitor electrolítico está construido enrollando dos láminas de aluminio y dos láminas
de papel mojado en agua acidulada llamada electrolito. El electrolito es un camino de
relativamente baja resistencia es decir que inmediatamente después de fabricado, no
tenemos un capacitor sino un dispositivo sin terminar que se llama protocapacitor. El
protocacitor se conecta a una fuente de corriente de modo que el ácido oxide a una de las
placas de aluminio. Como el óxido es un aislador, un tiempo después se forma un
capacitor electrolitico polarizado en donde la placa positiva esta oxidada.
El valor de capacidad y de tensión no solo depende de las características
geométricas de las placas sino que depende fuertemente de este interesante proceso de
formación que no es permanente. En efecto el único componente electrónico con fecha de
vencimiento es el electrolítico ya que si se lo deja mucho tiempo sin aplicarle tensión se
deforma variando su capacidad y su tensión de aislación.
Podríamos decir que un electrolítico (normalmente se obvia la palabra capacitor) es
un componente vivo que se alimenta del equipo. Y si el equipo no se usa por mucho
tiempo los electrolíticos fallan y hasta inclusive explotan si son circulados por una
corriente excesiva. Por lo común el buen diseñador tiene en cuenta el problema y suele
(cuando el circuito lo permite) agregar algún pequeño resistor en serie para evitar la
explosión. De este modo por lo general el electrolítico se hincha en su cara superior y en
su tapón de goma inferior por la presión de los gases generados en su interior, pero no
llega a explotar.
Cuando se reemplaza un electrolítico, se debe prestar la mayor atención al
valor de tensión del mismo. Existe una falsa información muy difundida en nuestro gremio
que indica: un electrolítico de mayor tensión puede reemplazar siempre a otro de menor
tensión. Esto es cierto con el fin de realizar una prueba; pero luego es conveniente realizar
un reemplazo definitivo sin exceder el rango de tensión. La razón de esto obedece al
fenómeno de la deformación de un electrolítico que tiene aplicada una tensión muy
pequeña para su valor de trabajo.
Capacitores variables
Los capacitores variables se utilizan para lograr la sintonía de un dispositivo. En
este sector solo los nombramos porque su tratamiento completo será analizado cuando
realicemos nuestro trabajo práctico sobre la fabricación de una radio elemental.
Capacitores SMD
En los equipos actuales, en la secciones de señal, se utiliza el armado por
componentes SMD (surface mounting device o componentes de montaje superficial). De
todos los capacitores nombrados hasta aquí los que mas se prestan para el montaje
superficial son los capacitores cerámicos. Los capacitores electrolíticos tienen una versión
enteramente SMD pero su costo es casi prohibitivo. Por esa razón simplemente se coloca
un electrolítico común (con sus terminales cortados) en una base cerámica y se los utiliza
como SMD.
Figura #6. En esta imagen se presentan algunos capacitores cerámicos SMD.
Conclusiones
Como conclusión en la experiencia adquirida podemos decir que el circuito RC más simple
que existe consiste en un condensador y una resistencia en serie luego cuando un circuito
consiste solo de un condensador cargado y una resistencia, el condensador descargará su
energía almacenada a través de la resistencia. La tensión o diferencia de potencial
eléctrico a través del condensador, que depende del tiempo se encuentra utilizando la ley
de Kirchhoff de la corriente, donde la corriente a través del condensador debe ser igual a
la corriente a través de la resistencia. Es importante que el condensador se cargue y
descargue completamente en cada semiperiodo.
Como parte esencial del laboratorio el conocimiento y las propiedades de los circuitos RC
es muy importante para la aplicación de circuitos en sistemas reales, hemos visto el
circuito RC como una parte esencial de la electronica moderna y tambien como sus
propiedades son tan particulares este es muy util en distintos dispositivos electronicos hoy
en dia, nos dimos cuenta que no todos los circuitos RC son iguales y que cada circuito
posee una propiedad especifica de este como lo es el tau o la constante de tiempo de
dicho circuito y que gracias a la determinacion de dicha constante contamos hoy en dia
con dispositivos que reaccionan mas rapido (Bombillas, abanicos etc) hablando claro esta
en terminos de reaccion de este con un interruptor que completa el circuito que hace que
los elementos funcionen.
Bibliografia
“Análisis de circuito en ingeniería”, Editorial Mc Graw Hill 2007, William Hayt http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cursos/
Instrumentacion%20I/Documentos/Circuitos%20RC.pdf http://www.uib.cat/depart/dfs/GTE/education/industrial/teo_circuits/
Tema3a.pdf
Simulación del laboratorio
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