Pre – laboratorio:

U n i v e r s i d a d F e r m í n T o r o

I n g e n i e r í a E l é c t r i c a

S e m e s t r e 2 0 1 4 / 0 4

C i r c u i t o s E l é c t r i c o s 1

P r o f . J o s é M o r i l l o

Thomas

Turkington

C.I. 20488982

Informe de

Pre-laboratorio de

la Practica III

Actividad Nro. 1: Divisores de Tensión

1. Analice el siguiente circuito, donde: R1 = 1,5 KΩ, R2 = 2,5 KΩ,

R3 = 2,2 KΩ, R4 = 6,2K Ω, R5 = 560 Ω

Circuito Nro.1

2. Determine el voltaje VA, y VR1, I. Y R total.

Calculo de RT:

R45= 6200 + 560 = 6760 Ohm.

R23 = 2500 + 2200 = 4700 Ohm

R23,45 = 1

1

4700+(

1

6760)

= 𝟐𝟕𝟕𝟐 𝑶𝒉𝒎

RT = 1500 + 2772 = 4272 Ohm.

RT = 4272 Ohm

Calculo de Itotal:

IT = 15 V / 4272 Ohm = 3.511 mA

IT = 3.511 mA

Calculo de VR1: (Ley de Ohm)

VR1 = 3.511 mA * 1500 = 5.267 V

VR1= 5.27 V

El voltaje total es de 15 V, y en VR1 hay una caída de tensión de 5.267 V. Por

tanto, en VA, el voltaje será igual al voltaje total menos la caída de tensión

en VR1. Entonces:

VA = VT - VR1 = 15V – 5.267 V = 9.733 V

VA = 9.73 V

3. Con el valor de VA, aplique divisor de tensión y calcule VR2 y VR3,

VR4 y VR5.

VR2 = VA * (R2/(R2+R3)) = 9.733(2500/(2500+2200)) = 5.177 V = 5.18 V

VR3 = VA * (R3/(R2+R3)) = 9.733(2200/(2500+2200)) = 4.556 V = 4.56 V

VR4 = VA * (R4/(R4+R5)) = 9.733(6200/(6200 + 560)) = 8.927 V = 8.93 V

VR5= VA * (R5/(R4+R5)) = 9.733(560/(6200 + 560)) = 806.28mV = 806mV

4. Con estos datos, haga una tabla donde se reflejan el consumo de

potencia de cada resistencia (y el total del consumo) y la potencia que

entrega la fuente.

BALANCE DE POTENCIAS

Elementos Activos Elementos Pasivos (P = V2 / R)

P = E * I = 15V * 3.511 mA

= 52.67 mW

P1 = V1 ^ 2 / R1 = (5.267 V )^2 / 1500Ω = 18.49 mW

P2 = V2 ^ 2 / R2 = (5.177 V)^2 / 2500 Ω = 10.72 mW

P3 = V3 ^ 2 / R3 = (4.556 V)^2 / 2200 Ω = 9.44 mW

P4 = V4 ^ 2 / R4 = (8.927 V)^2 / 6200 Ω = 12.85 mW

P5 = V5 ^ 2 / R5 = (0.80628 V)^2 / 560 Ω = 1.16 mW

∑ 𝑷 = 𝟓𝟐. 𝟕 𝒎𝑾 ∑ 𝑷 = 𝟓𝟐. 𝟔𝟔 = 𝟓𝟐. 𝟕 𝒎𝑾

5. Indique varias aplicaciones prácticas del divisor de tensión. De

ejemplos.

En una resistencia en serie, el divisor de voltaje nos permite calcular el voltaje

en cada una de las resistencias sin conocer previamente la intensidad de

corriente. Hay varias aplicaciones practicas en la electrónica que utilizan este

metodo.

Potenciometros

Un potenciómetro es una resistencia variable que se puede utilizar para crear un

divisor de voltaje ajustable.

En el interior del potenciómetro hay una sola resistencia y una aguja, la cual corta

la resistencia en dos y se mueve para ajustar la relación entre las dos mitades. Externamente hay por lo general tres pines: dos pines conectados a cada extremo

de la resistencia, mientras que el tercero se conecta a la aguja del potenciómetro. Si los pines de los extremos se conectan a una fuente de voltaje (uno a tierra y el

otro a la fuente), la salida en el pin central imitará un divisor de voltaje. Girando la aguja del potenciómetro hasta el final en una dirección, el voltaje de salida puede

ser cero; girando hacia el otro lado, el voltaje de salida se aproximará al de entrada; si la aguja está en la posición media significa que el voltaje de salida será la mitad

del de la entrada. Los potenciómetros vienen en una gran variedad de paquetes, y tienen muchas

aplicaciones. Se pueden utilizar para crear un voltaje de referencia, ajustar las estaciones de radio, medir la posición en un joystick, o en muchas otras

aplicaciones que requieren un voltaje de entrada variable

Lectura de Sensores Resistivos

Muchos sensores en el mundo real son dispositivos sensibles de constitución simple. Una fotocelda es una resistencia variable, que produce una resistencia

proporcional a la cantidad de luz que detecta. Otros dispositivos como los sensores de flexión, resistencias sensibles a la fuerza (galgas) y termistores, también son

resistencias variables. Resulta que para los microcontroladores (al menos los que tienen convertidores

de analógico a digital -ADC-) es más sencillo medir el voltaje que la resistencia. Pero, mediante la adición de otra resistencia a los sensores resistivos, podemos crear un divisor de voltaje para poder sensar este. Una vez conocida la salida del

divisor de voltaje, podemos calcular la resistencia del sensor.

Cambios de nivel

Sensores más avanzados pueden transmitir sus lecturas utilizando interfaces

seriales, como UART, SPI, o I2C. Muchos de esos sensores operan a un voltaje relativamente bajo, con el fin de conservar energía. Por desgracia, no es raro que

estos sensores de bajo voltaje se interconecten con un microcontrolador que funciona con un voltaje superior. Esto conduce a un problema de cambio de nivel,

que tiene varias soluciones entre ellas el divisor de voltaje. Por ejemplo, un acelerómetro ADXL345 permite un voltaje máximo de entrada de

3.3 V, por lo que si tratamos de interactuar con un Arduino (generalmente operando a 5 V), será necesario hacer algo para reducir la señal de 5V a 3.3V. ¡Un

divisor de voltaje! Todo lo que se necesita es un par de resistencias cuya relación dividirá una señal de 5V a 3.3V. Las resistencias en el rango de 1 kΩ – 10kΩ son generalmente las mejores para tal aplicación, se debe tener en cuenta que esta

solución sólo funciona en una dirección. Un divisor de voltaje por sí solo nunca será capaz de modificar un voltaje bajo a uno más alto.

6. Estudie el circuito mostrado a continuación con la resistencia de carga

indicada. Deduzca la ecuación para el cálculo de la tensión. y explique

cómo debe ser la relación entre la resistencia de carga y la resistencia

R2 del circuito.

Circuito Nro.2

Entiendo que la “resistencia de carga” es “RL”. Si es asi, entonces:

1. Calculamos la resistencia equivalente de R2 y RL:

R2L = 1 / [(1/1kΩ) + (1/1kΩ)] = 500 Ω

2. La tensión en R2 y RL será igual, ya que están en paralelo. Por tanto

podemos simplificar el circuito de esta manera:

Donde la resistencia de 500 Ω es la resistencia equivalente de R2 y

RL.

3. Si hallamos la tensión en R2L, esta será la tensión en R2 y en la

resistencia de carga RL. Aplicando el divisor de tensión:

𝑉2𝐿 = 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 × (𝑅2𝐿

𝑅1 +𝑅2𝐿).

V2L sera la misma tensión que en R2 y RL, por tanto podemos decir:

𝑽𝑳 = 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 × (𝑅2𝐿

𝑅1 +𝑅2𝐿) = 20 𝑉 × (

500

1000+500) = 𝟔. 𝟔𝟕 𝑽.

Comprobamos lo antes dicho con la medición de los voltajes con el

programa simulador. Se nota que el voltaje en RL es en realidad 6.67

V, y es igual que en R2.

La relación entre R2 y RL debe ser que su voltaje es igual, ya que se

encuentran en paralelo. No importa si hay una diferencia en el valor de

R2 o de RL, el voltaje en amas resistencias, aumentara o disminuirá de

forma correspondiente, pero el uno siempre será igual que el otro.

Actividad Nro. 2: Divisores de Corriente

Analice el siguiente circuito, donde R1=470Ω,

R2=820Ω R3=220Ω R4=620Ω R5=560Ω y R6=1.8kΩ

Circuito Nro.3

1. Simplifique totalmente el circuito y determine R total, I. VR1 y VR2.

Req12= R1 + R2 = 470 + 820 = 1290Ω

Req56 = R5 + R6 = 1800 + 560 = 2360 Ω

Req4,56 = 1

1

620+( 1

2360)

= 491Ω

Req3, 456 = 1

1

220+(

1

491)

= 152Ω

RT = Req12 + Req3456 = 1290 + 152 = 1442Ω

IT = 12V/1442 = 8.32 mA

VR1 = IT * R1 = 8.32 * 470 = 3.91 V

VR2 = IT * R2 = 8.32 * 820 = 6.82 V

VR3 = VR4 = VT - VR1 – VR2 = 12 V – 3.91 V – 6.82 =

2. Con el valor de I., calcule I3 y IX por divisor de corriente.

La regla de divisor de corriente (RDC) se usa para determinar que tanto de la corriente que entra en un nodo se divide entre los diversos resistores en paralelo conectados al nodo. En este caso, la corriente I3 pasa por R3, y la corriente Ix pasa

por la resistencia equivalente R456, que ya hemos calculado. Aplicando la regla:

𝑰𝟑 = 𝐼𝑇 × (𝑅456

𝑅3 +𝑅456) = 8.32 × (

491

220+491) = 𝟓. 𝟕𝟓 𝒎𝑨

𝑰𝒙 = 𝐼𝑇 × (𝑅3

𝑅3 +𝑅456) = 8.32 × (

220

220+491) = 𝟐. 𝟓𝟖 𝒎𝑨

3. Con estos datos, haga una tabla donde indique el consumo y entrega

de potencia.

BALANCE DE POTENCIAS

Elementos Activos Elementos Pasivos (P = I2 * R)

P = E * I = 12V * 8.32 mA

= 99.84 mW

P1 = (I 2) * R1 = (8.32 mA )^2 * 470Ω = 32.54 mW

P2 = (I 2) * R2 = (8.32 mA )^2 * 820 Ω = 56.76 mW

P3 = (I3 2) * R3 = (5.75 mA)^2 * 220 Ω = 7.27 mW

P456 = (Ix 2) * R456 = (2.58 mA)^2 * 491 Ω = 3.27 mW

∑ 𝑷 = 𝟗𝟗. 𝟖 𝒎𝑾 ∑ 𝑷 = 𝟗𝟗. 𝟖𝟒 = 𝟗𝟗. 𝟖 𝒎𝑾

Nota: La potencia P456 se calcula con la corriente Ix y la resistencia

equivalente R456.