laboratorio_de_circuitos_nº5

7/28/2019 LABORATORIO_DE_CIRCUITOS_N5

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LABORATORIO N5

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS

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ANALISIS DE ONDAS PERIODICAS

SINUSOIDALES Y NO SINUSOIDALES,

VALORES CARACTERISTICOS: VALOR PICO,

VALOR EFICAZ, VALOR MEDIO.

INDICE

I. INTRODUCCION 3

1.1. OBJETIVOS 4

1.2. FUNDAMENTOS TEORICOS 5

1.3. MATERIALES UTILIZADOS 6

II. PROCEDIMIENTO 7

2.1. MATERIALES 10

2.1. DE ENSAYO 11

2.3. SIMULACION COMPUTACIONAL 13

III. RESULTADOS Y DISCUSION 19

3.1. TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS 19

3.2. SOLUCION DEL CUESTIONARIO 20

VI. CONCLUSION Y OBSERVACION 22

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y DE INTERNET 23

VI. ANEXOS 24


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I. INTRODUCCION

Al trabajar con corriente alterna nos vemos obligados a tener que repasar algunosconceptos que son claves para el entendimiento de ellos, para ello debemos saber

cuestiones bsicas como funciones peridicas, ya que su uso va hacer importante alhablar de ondas sinusoidales.

Algunos valores los cuales vemos experimentalmente son de algn modo magnitudesque traducidos al clculo tienen un significado importante para la parte electricateorica, tales como los valores eficaces, valor pico y valor medio.

En este presente informe veremos el significado de algunos trminos mencionadosanteriormente con los circuitos implementados en el laboratorio con sus respectivosdatos, asi como las conclusiones respectivas dndole un valor agregado adicional.


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1.1. OBJETIVOS

. Analizar y determinar en forma experimental los valores: mximo, medio y

eficaces en diferentes circuitos: utilizar un circuito ac, circuito rectificador demedia honda que alimenta a una carga resistiva y circuito rectificador de mediahonda.

Ver las la entrada y salida de las ondas en los 2 circuitos dados en el

laboratorio y compararlos con la teora dada.


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1.2. FUNDAMENTOS TEORICO

En este tema vamos a iniciar el estudio de las seales (tensin e intensidad de la

corriente elctrica) y los mtodos que se utilizan para describir y cuantificar suscaractersticas.

La seal tensin o intensidad de la corriente es, generalmente, una magnitud que varacon el tiempo, la representacin de esta variacin o la ecuacin que lo describe recibeel nombre de "Forma de ONDA" u ONDA.

UNA ONDA ES UNA GRFICA O ECUACIN QUE DA UNA DESCRIPCINCOMPLETA DE LA SEAL EN FUNCIN DEL TIEMPO

En las figuras siguientes se muestran algunas formas de onda de uso frecuente:

F puede ser la seal tensin, u, o la seal intensidad de la corriente, i.


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CLASIFICACIN DE ONDAS

Segn signo de la magnitud

Bidireccional:Polaridad de la magnitud (+) y (-) y cambia con el tiempo.Ejemplos: onda senoidal, triangular, etc.

Unidireccional:Polaridad nica. Ejemplos: tren de impulsos, ondaExponencial, dientesde sierra, etc.

Especial significacin tienen en electrotecnia la onda bidireccional senoidal, ondaexponencial, escaln unitario y la funcin rampa.


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Segn repeticin del valor de la magnitud con el tiempo

Funciones peridicas:El valor de magnitud se repite con el tiempo a intervalos Iguales.

Su expresin ms general es:

Donde n es un nmero entero y T es una constante llamada PERODO.Es decir, la funcin se repite cada vez que transcurre un tiempo T (PERODO).

Otras caractersticas de la onda peridica son:

Ciclo: Parte de una onda comprendida entre t y t + T, o sea en un intervalo detiempo igual a un perodo.

Frecuencia (f): Nmero de ciclos que se repite la onda en la unidad de tiempo.Segn esto, se podr escribir: f * T = 1 de donde la frecuencia es la inversa delperodo. La unidad de frecuencia es el ciclo por segundo o hercio (Hz).

Fase: Fraccin de perodo transcurrido desde el instante que tomamos comoreferencia.

VALORES ASOCIADOS A LAS ONDAS PERIDICAS

Cualquier funcin peridica se caracteriza por una serie de parmetros, que son los

anteriormente enunciados (ciclo, perodo, fase), adems existen una serie de valoresasociados a estas que nos proporcionan cierta informacin para poder comparardiferentes funciones de las ondas, estos son:

Valores de cresta o de pico: Son los valores mximos y mnimos que toma laFuncin. Si la seal es e(t) se designarn respectivamente porEMAXy EMIN.En caso de una onda peridica y simtrica respecto al eje del tiempo la AMPLITUDcorresponde al valor mximo o mnimo (valor de cresta) en valor absoluto.Si la seal es e(t), la notacin del valor de cresta o amplitud es "E0".

Valor de cresta a cresta: Diferencia algebraica entre el valor mximo y mnimo.Tambin se le llama valor de pico a pico, y es siempre un nmero positivo.


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Si la seal es e(t), la notacin del valor de pico a pico ser:

ECC = EPP = EMAX EMIN

Valor medio: Promedio integral en un perodo, "Em". Geomtricamente el rea quecomprende la funcin durante un perodo debe ser igual al rea de un rectngulo cuyaaltura es el valor medio y la base el perodo:

de donde:

Valor eficaz "E": Se define el valor eficaz como el valor cuadrtico medio o la razcuadrada del valor medio del cuadrado de la funcin en un perodo. Segn estadefinicin podremos escribir:

de donde:


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ONDA ALTERNA SENOIDAL

Al hablar de corriente alterna (C.A.) se sobrentiende que hablamos de C.A. de tipo

senoidal, esto es as, porque la onda seno es la que se obtiene en los generadores deC.A. y constituye la base de produccin, transporte y distribucin de energa elctrica,de ah la importancia de su estudio. La ecuacin matemtica que la define es:

Como es sabido, el ciclo de la funcin trigonomtrica seno es igual por tanto elperodo T debe satisfacer la relacin siguiente: con lo que

y la

frecuencia ser:

Normalmente se da el valor de la frecuencia por lo que la pulsacin en funcin de estaser:

Aparte de ser la onda ms importante en Electrotecnia debido a que se puedegenerar con facilidad, su transformacin en otras ondas de diferente amplitud seconsigue con facilidad mediante la utilizacin de transformadores y las operaciones

para su utilizacin resultan igualmente sencilla por tratarse de la funcin seno, desdeel punto de vista de la teora de circuitos la onda senoidal presenta una serie deventajas que la hacen atractiva que son:

1) La funcin seno est perfectamente definida mediante su expresin analtica ygrfica.

2) Se puede derivar e integrar repetidamente y seguir siendo una senoide de lamisma frecuencia. (cambia la amplitud y el ngulo de fase inicial)


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3) La suma de ondas senoidales de igual frecuencia es otra onda senoidal deigual frecuencia pero de parmetros diferentes.

Esta propiedad, junto a la anterior nos determina que si la excitacin de uncircuito, es de tipo senoidal, la respuesta en cualquier punto del sistema,tambin lo es. Lgico ya que si en un circuito solo existen elementos linealeslas nicas operaciones que podemos realizar al resolverlo sobre las ondassenoidales son la suma o resta y la integracin o derivacin.

4) Admite una representacin exponencial (segn EULER ) lo

que permite operar con vectores giratorios denominados fasores que admitenuna representacin en el plano complejo. Por ello la teora de circuitos en C.A.senoidal utiliza como base los nmeros complejos.

5) Una onda peridica no senoidal, permite mediante el desarrollo en serie deFourier, ser descompuesta en un nmero, tericamente infinito, de funcionessenoidales y cosenoidales de frecuencias mltiplos de la fundamental(Armnicos). La serie de Fourier es rpidamente convergente por lo que no espreciso ms que tomar unos pocos trminos. Esto implica, que si lasvariaciones de tensin o de intensidad presentes en un circuito, no sonsinusoidales, pero si peridicas, el comportamiento del circuito puedeestudiarse por superposicin de ondas senoidales obtenidas mediante eldesarrollo en serie de Fourier de la original .

VALORES ASOCIADOS A LAS ONDAS SENOIDALES

En una onda senoidal del tipo:


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Valor medio

El valor medio de la onda senoidal en un perodo T es nulo por lo que hemos dedefinirlo en un semiperiodo T/2:

Valor eficaz

El valor eficaz (R.M.S.) puede calcularse en un perodo ya que no se anula por ser elvalor cuadrtico medio.

una vez operado y teniendo en cuenta que resulta:

Factor de amplitud o cresta


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Factor de forma

Cuando se dice que en nuestros domicilios tenemos una tensin de 220 V, significaque los 220 V es el valor eficaz de una onda alterna sinusoidal de tensin que tieneuna amplitud de y un valor de pico a pico de 622'4 V.

Si un dispositivo elctrico de nuestro domicilio consume 10 A, esta cantidad es el valoreficaz de la onda alterna senoidal de corriente elctrica que atraviesa el dispositivo.

El identificar a las ondas senoidales por su valor eficaz es debido a que, comoveremos ms adelante, los valores que nos indican los aparatos utilizados para medirseales elctricas alternas, son siempre valores eficaces.


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Osciloscopio digital Multmetro digital


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2.2. DE ENSAYO

1. Primeramente armamos el circuito serie de un diodo y una resistencia en el

cual se efectuara las mediciones de valor eficaz y valor medio

Diagrama para el primer experimento.

2. identificar los instrumentos de medicin analgicos a utilizarse:

3. analizamos el comportamiento de la media onda y su salida y medimos losvalores eficaces y medio de la onda registrando los siguientes datos:

Tensin pico(V)

Tensin rms(V)

Tensin media(V)

Corriente

(A)

Resistencia 15 7.6 4.43 0.16

Diodo 0.44* 0.44* 0.44* 0.16

Fuente 15.4 11.5 0 0.16


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4. armamos un circuito rectificador de onda completa donde registramos los datos delvalor eficaz, pico y medio de la onda de salida.

Y se obtuvieron las siguientes lecturas de valores medidos:

Tensin pico

(V)

Tensin rms(V)

Tensin media(V)

Corriente

(A)

Resistencia 14.6 10.4 9.02 0.31

Fuente 15.4 11.5 0 0.31


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III. RESULTADOS Y DISCUSION

3.1. TABLA DE DATOS Y RESULTADOSCircuito 1

Tensin pico(V)

Tensin rms(V)

Tensin media(V)

Corriente

(A)

Resistencia 15 7.6 4.43 0.16

Diodo 0.44* 0.44* 0.44* 0.16

Fuente 15.4 11.5 0 0.16

Entrada


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Salida


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3.2. SOLUCION AL CUESTIONARIO

1.- Cul es la formulacin matemtica que se aplica en los instrumentos

de medicin analgicos para la medicin de los valores eficaces detensin y corriente en las fuentes de media onda y onda completa?

Formulacin matemtica para media onda:

Formulacin matemtica para onda completa:


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2.- Cmo se define al factor de forma para ondas senoidales?

Factor de forma ( ): Cociente entre el valor eficaz y suvalor medio en un semiperodo. En la siguiente tabla seindican los valores de algunas corrientes peridicas:

FACTOR Senoidal CuadradaMedia onda

senoidal

Doble onda

senoidalTriangular

n/d n/d n/d n/d

n/d n/d

n/d n/d

3.- Cul es el tipo de instrumento de medicin que se debe utilizar paramedir seales de corriente continua?

El instrumento que debemos usar es un ampermetro magnetoelctrico paramedir directamente corriente continua. Se construye conectando unaresistencia en paralelo, denominada shunt, a un galvanmetromagnetoelctrico. De esta forma el galvanmetro se transforma en uninstrumentobdebmedicinbdebcorriente
http://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpghttp://www.esacademic.com/pictures/eswiki/65/Amperimetro.jpghttp://3.bp.blogspot.com/_PRyxxfKmC4k/Rw-zTu-PyvI/AAAAAAAAAeo/3wyRtarniQ4/s1600-h/Ecuacion+14.jpg


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4.-Con los instrumentos de medicin analgicos del laboratorio se puedemedir con precisin el valor medio de una forma de onda cuadrada detensin. Explique las razones.

Como una onda cuadrada es una forma de onda alterna, entonces uninstrumento de medicin como el voltmetro puede medir su valor eficaz sea(rms) y como matemticamente el valor eficaz de una onda cuadrada, es igualal valor medio de la onda cuadrada.

Onda cuadrada :


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IV.CONCLUSION Y OBSERVACIONES

Conclusiones

Los valores de la corriente y el voltaje varan en el tiempo hasta que en undeterminado tiempo (un tiempo muy largo) el circuito se estabiliza conocido comofenmeno transitorio.

Las fuentes utilizadas en el laboratorio tendan a reducir su valor bueno esto esdebido a las resistencias internas de la fuente y las prdidas de potencia en losresistores.

Observaciones

Seleccionar los conectores y cables que se encuentren en el mejor estado deconservacin posible, ya que de esta forma los elementos del circuito harncontacto correctamente obteniendo menor error en las mediciones.

Usar cables conectores de la menor longitud posible, para reducir la resistenciaque se produce y as poder medir con mayor precisin los valores que se desean.

Los instrumentos de medida (multmetro) muestran medidas que varan en unintervalo, entonces, es recomendable tomar como lectura el valor promedio delmismo.

Antes de comenzar a utilizar el osciloscopio como instrumento de monitoreo deformas de ondas peridicas se debe calibrar conectando la alambre positivo de lasonda al borne de salida de calibracin del osciloscopio.


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VI. ANEXOS

Anexo 1: cdigo de colores para resistencia

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