06 medición de fase y amplitud en circuitos rl
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UNIVERSIDAD MANUELA BELTRN
MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADMICA
FORMATO PARA PRCTICAS DE LABORATORIO
Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0
INFORMACIN BSICA
NOMBRE DE LA PRCTICA:
Medicin de Fase y Amplitud en Circuitos RL
PRCTICA No.: 6
ASIGNATURA: Circuitos Elctricos II
TEMA DE LA PRCTICA: Circuitos RL con fuente sinusoidal
LABORATORIO A UTILIZAR:
Laboratorio de electrnica bsica
CONTENIDO DE LA GUA
OBJETIVOS.
Comprender las relaciones entre las seales de corriente y voltaje en un circuito RL.
Implementar un circuito RL simple para analizarlo mediante una seal sinusoidal.
Visualizar en el equipo de instrumentacin las diferencias de fase y de amplitud entre las
seales de voltaje en el circuito.
INTRODUCCIN.
Las fuentes de seal sinusoidal, sean de corriente o de voltaje, pueden analizarse de diferentes
maneras en las teoras de circuitos. En primer lugar, su representacin puede darse como funcin
de la variable tiempo t. En segundo lugar, puede ser representada en funcin de la variable
frecuencia angular . En tercer lugar, siendo la ms empleada por los mtodos de anlisis de
circuitos, es la representacin fasorial, dada por la amplitud y la fase de la seal, equivalente a la
forma polar de un nmero complejo. Otras representaciones pueden darse con base en los tipos de
modelamiento matemtico o fsico que se requieran, tales como vectores, forma exponencial
compleja, etc.
Dada la importancia de la bobina como componente almacenador de energa, se plantean las
bases tericas y prcticas para el empleo de este elemento. Su aplicacin bsica en los circuitos
analgicos es como filtro de seal y para acoples de impedancias.
Esta actividad de laboratorio se desarrollar de manera experimental para comprobar las relaciones
de fase y amplitud en un circuito RL con fuente sinusoidal.
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MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADMICA
FORMATO PARA PRCTICAS DE LABORATORIO
Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0
Se tendrn disponibles los bancos de trabajo de los laboratorios de electrnica, incluyendo los
equipos facilitados por la Universidad. Las condiciones de uso del laboratorio estn regidas por el
Reglamento vigente.
Esta gua est dirigida a los estudiantes de la asignatura Circuitos Elctricos II, considerando que
poseen pre saberes en anlisis de circuitos en DC, as como en los componentes elctricos
bsicos.
MARCO TERICO
[TEMA PARA LA SESIN DE PREPARACIN DE LA PRCTICA]
Retraso y adelanto
[La seal sinusoidal] adelantada o retrasada, decimos que las senoides estn
fuera de fase [ver figura a]. Si los ngulos de fase son iguales, se seala que las
senoides estn en fase.
En la ingeniera elctrica, se acostumbra indicar el ngulo de fase en grados, en
vez de hacerlo en radianes; para evitar confusiones debemos asegurarnos de
usar siempre el smbolo de grados. Por lo tanto, en lugar de escribir:v
v = 100 sen(2 1000t - /6)
solemos emplear:
v = 100 sen(2 1000t 30)
()
[TEMA PARA LA SESIN DE DESARROLLO DE LA PRCTICA]
Dos ondas senoidales cuyas fases se van a comparar deben:
1. Escribirse como ondas senoidales o como ondas coseno
2. Expresarse con amplitudes positivas.
3. Tener cada una la misma frecuencia.
(Extractado de Hayt, Kemmerly y Durbin, 2002, p. 327)
a.
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Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0
(figura extractada de Hayt, Kemmerly y Durbin, 2002, p.327)
CONSULTA PREVIA
Los estudiantes deben consultar previamente los siguientes temas en las fuentes de informacin
indicadas:
Inductancia: Hayt, Kemmerly y Dublin, 2002 (captulo 7: capacitores e inductores).
Seales sinusoidales: Hayt, Kemmerly y Dublin, 2002 (captulo 10: anlisis de estado
senoidal permanente)
La inductancia en que unidades se mide? ______________________________________
Defina por medio de una ecuacin el voltaje sobre un condensador:
Defina por medio de una ecuacin la corriente sobre un inductor:
Seale la forma en que se debe obtener matemticamente la inductancia total cuando estn en
serie:
Seale la forma en que se debe obtener matemticamente la capacitancia total cuando estn en
paralelo:
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Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0
METODOLOGIA
Las actividades prcticas se componen de dos aspectos fundamentales:
Desarrollo experimental: es el producto prctico verificable de las acciones, actitudes y
habilidades del estudiante en la sala de laboratorio, valorado mediante presentacin del
montaje del circuito (sea cableado o virtual, segn el objetivo de la prctica) y sustentacin
individual y grupal.
Informe de la actividad: es el diligenciamiento al documento anexo Informe de laboratorio,
consistente en la elaboracin de las preguntas terico-prcticas y la solucin del
cuestionario.
Dichas actividades sern desarrolladas en equipos de trabajo conformados de forma libre y
responsable para el desarrollo de cada actividad, mximo de tres estudiantes.
Se dar entendido que la prctica de laboratorio ha finalizado cuando se ha presentado y
sustentado (descripcin del funcionamiento del circuito y de las mediciones), junto con la entrega
del informe.
Cada fecha de retraso de entrega de resultados de desarrollo experimental corresponde a una
amonestacin acumulable de 20% sobre la calificacin.
NOTA: no se recibirn prcticas durante los ltimos 10 minutos de la sesin de laboratorio,
en cumplimiento del Artculo 16 del Reglamento de Laboratorios y Espacios
Especializados.
MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR (Indicar las cantidades)
Materiales y Equipos Reactivos Materiales Estudiante
1 Osciloscopio - 1 bobina, preferiblemente en el orden de mili henrios (p.e: 10mH
3 sondas BNC-caimn - 1 resistencia de 200 Multmetro con puntas de medicin
- 1 Protoboard con espacio suficiente para el montaje
1 Generador de seales variables
- Conectores y alambres para el cableado del montaje
PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES Y EQUIPOS. CONSULTA DE EQUIPO ESPECIALIZADO.
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Para el inicio de las actividades de la prctica de laboratorio, recuerde las siguientes indicaciones:
Revise que los equipos en prstamo funcionen correctamente en el momento de solicitarlos
en el almacn, de lo contrario perder tiempo en la realizacin de la prctica o en caso ms
grave, hacer la reposicin de un equipo que usted no averi.
Mantenga el orden ubicndose exclusivamente en el banco de trabajo asignado por los
laboratoristas. No cambie el banco de trabajo sin la autorizacin de estos.
Revise que los elementos de conexin (sondas, conectores, caimanes, etc.) funcionen
correctamente antes de usarlos en mediciones de los circuitos, de manera que detecte y
corrija las fallas antes de iniciar la prctica.
Por su seguridad y la de sus compaeros, est atento a los equipos tomados en prstamo,
as como sus propios materiales y objetos personales.
Consulte con el docente cualquier duda que tenga respecto al uso correcto de los equipos.
Recuerde que son instrumentos sofisticados que deben ser manipulados adecuadamente
para evitar daos y fallas de funcionamiento.
Concntrese en el trabajo que est realizando en la prctica de laboratorio. Las
distracciones pueden poner en riesgo su integridad fsica y la de sus compaeros.
Otros aspectos que se deben tomar en cuenta estn regidos por el Reglamento Estudiantil y de
Laboratorios Vigentes.
PROCEDIMIENTO A UTILIZAR Diagrama de flujo:
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(Grfica elaborada con MS-Powerpoint 2003 y MS-Paint v6.0)
TTULO DEL PROCEDIMIENTO: Visualizacin de amplitud y fase entre seales sinusoidales:
La informacin requerida para los montajes est basada en el contenido de las clases presenciales
y la bibliografa indicada en la gua. Los pasos son los siguientes:
Figura 1. Circuito resistivo e inductivo
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(Grfica elaborada en MS Paint v6.0)
Nota: haga las mediciones de voltaje con el osciloscopio.
Primera parte de la sesin
[PASOS PARA REALIZAR EN LA PREPARACIN DE LA PRCTICA]
PASO 1. Realice la medicin de inductancia de la bobina que emplear en el montaje,
mediante el equipo de medidas reactivas del laboratorio o con un multmetro que tenga
escala de inductancia.
PASO 2. Realice el montaje de las conexiones tal como se presenta en la figura 1 con una
resistencia de 200 (o valor aproximado) y la bobina. La fuente Vs corresponde al
generador de seal, el cual debe ajustarse para obtener un voltaje de salida de tipo
sinusoidal, con amplitud de 6Vp-p y un valor de frecuencia f calculada en funcin de la
inductancia L de la bobina como:
Nota: esta ecuacin es empleada con fines prcticos para la actividad. NO corresponde a
ninguna ley fsica ni a ningn teorema de anlisis de circuitos.
PASO 3. Realice la medicin con el canal 1 del osciloscopio (OSC-1) tal como lo indica la
figura 1. Ajuste la visualizacin en la pantalla del osciloscopio de manera que pueda verse
un ciclo de la seal en el canal 1, de la siguiente manera:
Figura 2. Pantalla del osciloscopio con seal sinusoidal
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(Grfica elaborada en MS Paint v6.0)
PASO 4. Realice la medicin con el canal 2 del osciloscopio (OSC-2) tal como lo indica la
figura 1. Ajuste la visualizacin en la pantalla del osciloscopio de manera que puedan verse
las seales del canal 1 y 2 simultneamente.
SUBPROCESO DEL PASO 4: Identificacin de desplazamiento en tiempo entre dos seales:
Nota: las dos seales deben visualizarse simultneamente en la pantalla del osciloscopio
(canal 1 y 2) y el nivel de tierra (cero voltios) de ambas seales debe coincidir.
Los pasos son los siguientes:
Seales en fase: se considera que el desfase tiene un valor de cero grados cuando no hay
diferencia en el eje del tiempo cuando ambas seales cruzan por cero. Ver ejemplo en la
grfica 3:
Figura 3. Pantalla del osciloscopio con dos seales en fase
(Grfica elaborada en MS Paint v6.0)
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Seal en retraso: se considera que el desfase es negativo puesto que el valor del ngulo de
fase es menor que cero. Una de las seales se toma como referencia, para determinar que
la otra se encuentra desfasada en retraso. Ver ejemplo en la grfica 4 (suponga que la seal
de referencia tiene mayor amplitud y la de retraso es la de menor amplitud):
Figura 4. Pantalla del osciloscopio con seal en retraso
(Grfica elaborada en MS Paint v6.0)
t representa el desplazamiento en tiempo a partir de la seal de referencia.
Seal en adelanto: se considera que el desfase es positivo puesto que el valor del ngulo de
fase es mayor que cero. Una de las seales se toma como referencia, para determinar que
la otra se encuentra desfasada en adelanto. Ver ejemplo en la grfica 5 (suponga que la
seal de referencia tiene mayor amplitud y la de retraso es la de menor amplitud):
Figura 5. Pantalla del osciloscopio con seal en adelanto
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(Grfica elaborada en MS Paint v6.0)
t representa el desplazamiento en tiempo a partir de la seal de referencia.
PASO 5. Repita el procedimiento de medicin de fase (desde el paso 1 hasta el paso 4)
pero con el valor de frecuencia f calculada en funcin de la inductancia L de la bobina con la
siguiente ecuacin:
Nota: para este ejercicio de carcter didctico, se permitir un valor aproximado
correspondiente a un margen de variacin hasta del 25% inferior (por debajo del valor
propuesto para el componente), o hasta de un 25% superior (por encima del valor propuesto
para el componente).
Segunda parte de la sesin
[PASOS PARA REALIZAR EN EL DESARROLLO DE LA PRCTICA]
LTIMO PASO. Realice la presentacin y sustentacin del circuito funcionando al docente, y
elabore el documento presentable en formato fsico, segn los aspectos mencionados en el formato
anexo Informe de Laboratorio al final de esta gua
BIBLIOGRAFA RECOMENDADA. DORF, Richard. Circuitos elctricos. Introduccin al anlisis y diseo, 3 Ed. Editorial Alfaomega BOYLESTAD, R. Introduccin al anlisis de circuitos, 10 Ed.. Editorial Pearson Educacin. HAYT, William. KEMMERLY, Jack.. Anlisis de circuitos en ingeniera 6 Ed., Editorial McGraw Hill. SCOTT, Donald. Introduccin al anlisis de circuitos, Un enfoque sistmico, Editorial McGraw Hill. Direcciones Electrnicas Disponible en ebrary: http://www.etechwebsite.com/colombia/elibro/umb/ Electromagnetismo, circuitos y semiconductores Autor: Arrays, Manuel Editorial: Dykinson
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Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0
Publicado: 2008 Disponible en ebrary: http://www.etechwebsite.com/colombia/elibro/umb/ Aplicacin de mtodos matemticos de la ingeniera a la teora de circuitos Autor: Escalona, Ivn Editorial: El Cid Editor - Ciencias Exactas y Naturales Publicado: 2007
ELABOR REVIS APROB
Firma Nombre: Ing. Alexander Jimenez Ing. Luis Barrero Fecha: 01 de abril de 2013
Firma Nombre: Ing. Mnica Gmez Fecha: 01 de abril de 2013
Firma Nombre: Ing. Oscar Paredes Fecha: 01 de abril de 2013
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INFORME DE LABORATORIO (Para elaborar por el Estudiante)
ESTUDIANTES:
_________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________
GRUPO:
NOTA:
CARRERA:
Formule tres objetivos que desee cumplir con la Prctica de Laboratorio
El estudiante formular desde su conocimiento los objetivos para la realizacin de la prctica
_____________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Elabore un Mapa conceptual del tema a tratar en la Prctica de Laboratorio.
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Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0
RESULTADOS
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CUESTIONARIO.
1. Dibuje las grficas de las seales sinusoidales (de referencia y de desfase) obtenidas de las
mediciones del osciloscopio para cada uno de los valores de frecuencia, explicadas en el
procedimiento, indicando los valores de amplitud y de desplazamiento en el tiempo. Tome la seal
del generador como seal de referencia.
2. Escriba una tabla donde se comparen los valores prcticos de amplitud y desplazamiento en
tiempo (indicando si est en adelanto o en atraso) dependiendo de cada valor de frecuencia. Los
valores prcticos se obtienen de los datos de la grfica obtenida en el osciloscopio.
3. Agregue una columna en la tabla anterior en donde se indique el valor calculado del ngulo de
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fase equivalente a cada valor de desplazamiento en tiempo.
4. Escriba las conclusiones, observaciones o aportes que le produjo la experiencia de esta prctica.
5. Presente la demostracin de funcionamiento del circuito al profesor. No se aceptan entregas
parciales de la prctica.
CAUSAS DE ERROR Y ACCIONES PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS: _______________________________________________________________________________
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CONCLUSIONES _______________________________________________________________________________
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APLICACIN PROFESIONAL DE LA PRCTICA REALIZADA
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BIBLIOGRAFIA UTILIZADA
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