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Lab. De Circuitos Y Medición Ing. Daniel R. Ramírez Rebollo Reglas importantes No comida No bebida Mochilas y ropa en el estante No groserías Respeto Puntualidad Material Necesario Multímetro Digital Fuente de alimentación Tabla de prototipaje o Protoboard Varios ( resistencias, capacitors, etc ) Pinzas de punta Pinzas de corte Cable AWG 22 o 24 y/o cables dupont Cuaderno de notas Computadora, tablet o similar. Practica 1 Objetivos Familiarización con el equipo: Protoboard Fuente de Alimentación Multimetro Osciloscopio Generador de señales Repaso notación científica e in genieríl Distinción entre Exactitud, Precisión y Resolución de un instrument de medición. Desarrollo Teórico y práctico Ejercicios Teórico y práctico Placa de prototipaje o protoboard Generalmente consta de tres secciones, una central y dos externas paralelas. Las secciones paralelas externas sirven como punto común para el voltaje y la tierra. En general todos estos puntos están conectados entre sí, de modo que es posible accede a voltaje o tierra en cualquiera de los puntos. La sección central esta separada físicamente por un pequeño valle, el cual delimita dos subsecciones cada una independiente. Al contrario que en las secciones anteriores estas subsecciones funcionan muy diferente. A 1 2 3 4 B C D Protoboard http://godoyjuan.blogspot.mx/p/uso-del-protoboard.html Fuente de Alimentación Necesitaras pedir: Cable de alimentación Cables banana-caiman ( según necesites ) Consta de dos fuentes variables y una fija Generador de funciones Todas las funciones tienen una representación matemática Necesitaras pedir : Cable para generador de funciones o BNC-caiman Cable de alimentación Nos permíte generar funciones de diversa naturaleza con parámetrods variables a nuestras necesidades Osciloscópio Herramienta muy importante pues nos permíte observer las señales en un Sistema, no solo medirlas como un multímetro (DMM) lo haría. Consta de uno o más canals de adquisición una pantalla de visualización de señales, puertos de comunicación, Puerto USB para guarder capturas de pantalla o datos. Una de las herramientas más versátiles en los laboratorios. Necesitaras: Cable de alimentación Cables BNC ( según los que ocupes ) Cantidades y sus notaciones Notación Científica El exponent no debe ser múltiplo de algún número Notacíón ingenieríl El exponent siempre es múltiplo de tres 45,000,000,000 23,000 4.5E10 23E3 .45E11 45,000,000,000 45E9 Ejercicios 1,500 1.23E3 .0234 2E-3 170 4.39E7 63,200,000 54.7E6 .000059 27E-9 Ejercicios 5.2E6 + 1.7E6 X o / --> +,- 1.7E3 X 2E6 +o- + , - y E=E 20 / 4E3 12E3 – 900 48E3 / 4E6 --> Familiarización con el équipo Exactitud: Se refiere a que tan lejos reside cada una de las mediciones hechas en comparación con el valor original. Precisión: Es la repetibilidad de las mediciones, tiene que ver con la varianza de la medición. Resolución: Es el cámbio mas pequeño que el aparato de medición puede detectar. Para que una medición pueda ser tomada como fiable, esta debe ser exacta y repetible. Ejercicio Investigar estos tres datos en el equipo de laboratorio. Y calcular las posibles diferencias en los valores que puede haber al medir 200mV y 20V con el osciloscopio y el multímetro Medir: Voltaje 2.2 5.0 9.65 15.0 Fuente DMM escala 20v DMM escala 200V Resistencias Ejercicios Valor 27@10% 56@10% 180@5% 390@10% 680@5% 1.5k@20% 3.6k@10% 7.5k@5% 10k@5% 47k@10% 820k@10% 2.2M@20% B1 B2 B3 B4 Ejercicios Valor 22@10% 58@5% 150@5% 330@10% 560@5% 1.2k@5% 2.7k@10% 8.2k@5% 10k@5% 33k@10% 680k@10% 5M@20% Minimo Máximo Medido Desviación Practica 2 Objetivos Comprobar ley de ohm Comprobar Ley de voltaje de Kirchhof Comprobar Ley de corriente de Kirchhof Desarrollo Mediante un circuito compuesto de una Fuente de voltaje y una Resistencia Mediante un circuito con diversas resistencias en serie, midiendo los diversos voltajes Mediante un circuito con una configuración en paralelo midiendo sus corrientes Circuito DC básico Necesitaremos: I. Construir circuito 1k II. E= 2v I=? Teórica y práctica 6.8k III. 33k Repetir para todas los voltajes de la table IV. Hacer lo mismo con las tres resistencias V. Crear gráficas con los datos obtenidos Tabla Volts 0 2 4 6 8 10 12 I Teórica I Medida Desviación Circuito en série Necesitaras 1k 2.2k 3.3k 6.8k I. Usando todas las resistencias y E=10v, calcular la I teórica y medirla. II. Usando la ley de Ohm usar la I teórica y calcular los voltajes en las resistencias llenando la tabla correspondiente. III. Ahora medir con el multímetro el voltaje en cada resistencia. IV. Usando las mismas resistencias pero E=20v, calcular los voltajes en las resistencias con la formula del divisor de voltaje. V. Ademas calcular el voltaje en los puntos Vac y Vb Tablas I Teórica Voltaje I en punto A I en punto B I en punto C Teórico Medido Desviación Teórico Medido Desviación R1 R2 R3 Voltaje R1 R2 R3 R4 Vac Vb Circuito DC en paralelo Será necesario: 1k 2.2k 3.3k 6.8k Usando las resistencias de 1k, 2,2k y E=8v, determiner los voltajes en A,B y C teóricos, Medir los vfoltajes en los mismo puntos en los que se calculo y llenar la table correspondiente. Aplicar la ley de Ohm para calcular las Corrientes en R1 y R2 así como la corriente total. Medir las Corrientes entre el punto AB ademas de las Corrientes en cada una de las resistencias presents en el circuito. Calcular de forma teórica y comparer con los valores medidos. Ahora con el circuito no. 2 , 1k, 2.2k, 3.3k, 6.8k y E=10v determiner de forma teórica las Corrientes a travez de cada una de las resistencis ademas dela corriente total y la que pasa por el punto X, confirmer que esta sea la suma de las Corrientes que pasen por R3 y R4 Tablas Corriente Teórico Medido Desviación Voltaje Teórico Medido Va R1 Vb R2 Vc Total Corriente Corriente R1 R2 Total Teórica R1 R2 R3 R4 Total Ix Teórica Medida Desviación Práctica 3 Reducción de circuitos Ley de V y C de Kirchhoff Teórico y práctico 1k 2.2k 4.7k 6.8k Desarrollo Determina el voltaje A, B y C con respecto a tierra. Llena la tabla y posteriormente mide esos voltajes para compararlos con los calculados. E= 10 Determina los voltajes en A, B y C después , E=20 y mide los voltajes en los mismo puntos para poder determinar si hay similitud entre los calculados y los medidos. Aplica el teorema de corriente de Kirchhoff en el nodo B y calcula las corrientes de todo el circuito. Llena la tabla. Aplica el teorema de corriente de Kirchhoff en los nodos B, C, y E, Llena la tabla. Voltaje Teórico Medido Desviación Teórica Medida Desviación Va Vb Vc Corriente R1 R2 R3 Voltaje Teórico Medido Desviación Vb Vc Se cumplen las leyes de Kirchhoff ? Que puedes concluir de los voltajes entre las diversas resistencias ? Si se agregara una Resistencia de 10k en paralelo en ambos circuitos que sucedería ? Vd Ve Corriente Fuente R1 R2 Teórica Medida Desviación 1k 2.2k 3.3k 6.8k 10k 22k Construir los circuitos y llenar las tablas correspondientes Voltaje Teórico Medido Desviación Teórica Medida Desviación Va Vb Vc Vd Corriente R1 R2 R3 R4 Voltaje Va Vb Vab Teórico Medido Desviación Práctica 4 Necesitaras 10k pot 100k pot 1k 4.7k 47k DESARROLLO I. Para el primer circuito primero rota el potenciómetro al máximo en el sentido contrario de las manecillas del reloj, mide la resistencia de A a W, después de W a B, registra los datos en la tabla asignada. II. Ahora rota el potenciómetro a las diferentes posiciones que están en dicha tabla y registra los resultados. III. Ahora construye el circuito dos, con E= 10v y el pot de 10k dejando Rl sin conectar registra las mediciones que da el punto W a tierra en lo que respecta al voltaje, varía en todas las posiciones que se te indica. Posteriormente usa Rl = 47k, 4.7k y 1k IV. Grafica los voltajes de los experimentos del punto tres para todas las resistencias [Voltaje vs Posición] V. Repetir los pasos anteriores con el pot de 100k Circuitos Posicion RAW RWB RAW + RWB CCW ¼ 1/2 3/4 CW Posicion CCW ¼ ½ ¾ CW VWB Open VWB 47k VWB 4.7k VWB 1k Posicion CCW 1/4 1/2 3/4 CW IL 1k IL 4.7k Practica 5 Necesitaras 4.7k 10k .1μF 1μF .22μF 1mH 10mH Objetivos: Uso de capacitores e inductores, además de que se comprobara la forma de sumarlos en serie y paralelo. Uso de capacitor y su modelo matemático, para comprobar lo que se ha presentado en teoría en la clase de circuitos. Capacitores e Inductores Medir con el multímetro los valores de los capacitores y de los inductores para anotarlos en las tablas correspondientes. Conecte los capacitores en serie y mídalos como lo dice la tabla número dos. (haga todas las combinaciones) Considerando el primer circuito , con E=5v mida los voltajes en cada uno de los capacitores y regístrelos, serían los mismo de manera teórica? Usando el segundo circuito con E=10v R1=4.7k R2=10k, C=.1μF, L=1mH, este alcanzara el equilibrio en menos de un segundo,determine el voltaje en cada elemento y registre. Tablas Circuito 2 Rcoil Comnfiguración .1 µF X .1 µF serie .22 µF .22 µF X .1 µF paralelo .22 µF Componente Experimental 1 mH 1 mH serie 10 mH 10 mH 1 mH paralelo 10 mH Circuito 1 Voltaje VC1 VC2 Teórico Experimental Desviación Circuito RLC Teórico Experimental Desviación Voltage VR1 VR2 VC VL Teórico Experimental Desviación Circuito RC C + R A: v1_1 B: r1_2 20.00 V 17.50 V 15.00 V 12.50 V 10.00 V 7.500 V 5.000 V 2.500 V 0.000 V 0.000ms 2.500ms 5.000ms 7.500ms 10.00ms 12.50ms 15.00ms Práctica 6 Objetivos Se necesitara: Reafirmar uso de osciloscopio Capacitores de 0.1µF, 10 µF Reafirmar uso de generador de funciones Resistencias de 1KΩ, 100Ω, 10kΩ 1 Relevador de 12 VCD o 24 VCD Implementación de circuito de segundo orden Circuitos L R C B + A Analice la curva, determine todos los parámetros Mp, tr, tp, ts, y td , . Determine el valor de la inductancia por medio del análisis de la grafica y verifique la función de transferencia del sistema. Analice la curva y determine todos los parámetros Mp, tr, tp, ts, td y determine el valor de la función de transferencia del sistema. Práctiva 7 Necesitaras Resistencias de 1K. Capacitores de 1uF, 0.33uF Relevador de 12 o 24VCD. Objetivos Comprender el funcionamiento de un filtro Diseñar un filtro Desarrollo Arme el circuito de la Figura 1. Encuentre las características teóricas de este filtro. Varié la frecuencia y haga una gráfica de amplitud de la señal. Utilice los siguientes valores: 30, 60, 120, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500 y 2000Hz. Compare los resultados teóricos con los prácticos y explique. Cambie la señal de entrada por una cuadrada con las mismas características y compare resultados. Cambie el valor de la capacitancia por uno mayor ( mayor a 1 µF ) y repita los incisos anteriores. R1 1k V1 -10/10V C1 0.3uF L1 10 Hz Desarrollo parte 2 Diseñe un circuito descrito por cada inciso y pruébelo usando los valores del inciso 1. Explique sus resultados teóricos y prácticos: Filtro paso bajas con FC = 400Hz. Filtro paso altas con FC = 800Hz. Filtro paso banda de frecuencias 300 a 800Hz. La frecuencia de corte del filtro es aquella donde la amplitud de la señal de entrada cae hasta un 70.7 % de su valor máximo. Esto ocurre cuando XL = R = 2πFC L (reactancia inductiva = resistencia) Si XL = R, la frecuencia de corte será: FC = R / 2πL La banda de frecuencias por debajo de la frecuencia de corte se llama Banda de atenuación, y la banda de frecuencias por encima de FC se llama Banda de paso Práctica 8 Transformador comercial de 120/12 VAC o 120/24 VAC 1A. Resistencia de 5.6KΩ 15W, 2 resistencias de 15Ω a 15W o 20W Capacitor electrolítico de 2200µF, 1000µF 35V ,330nF, 100µF, 100nF, 10nF 4 Diodos rectificadores 1N4007 o 1N4001 CI LM7805, LM7905 y LM317 Potenciómetro de 10K Objetivos El alumno aprenderá cómo se comporta el transformador y una de las aplicaciones más usuales. El alumno aprenderá el funcionamiento de un puede de diodos y su aplicación. El alumno aprenderá el uso de un regulador de voltaje. Desarrollo Lo primero a realizar será identificar el devanado primario y secundario del transformador, para realizar esto se medirá la impedancia de los dos devanados, el que presente mayor impedancia será el primario y el que presente una menor será el secundario. Se conectará el primario del transformador que se tenga en el laboratorio (120/24 o 120/12) al variac y conectarás al secundario una resistencia de carga de 5 K. (Figura 1). Medirás el voltaje en el primario y en el secundario, y con ellos obtendrás la relación de vueltas del transformador. Calcularás la relación de vueltas del transformador de forma teórica y lo compararás con el que se obtuvo en forma práctica. Ejercicio 2 El devanado primario es donde se conectara la alimentación de 110V AC por lo que si se realizara una mala conexión o si se conecta el devanado secundario en vez del primario se producirá un corto circuito. Una vez que se ha identificado el devanado primario y el secundario armar el siguiente circuito (Figura 3). 127VAC V1 T1 60 Hz A D1 1N4001 B R1 5k Continuacion ejercicio 2 Conectar el osciloscopio en los puntos A y B y obtener la grafica Posteriormente conectar un capacitor de 100uF como se muestra en la Figura 4. Nuevamente conectar el osciloscopio en los puntos A y B y obtener la grafica Sustituir el capacitor de 100 µF por uno de 1000µF y de nuevo obtener la grafica. Explique sus resultados. 127VAC V1 T1 60 Hz A D1 1N4001 B + C1 R1 5k Ejercicio 3 Armar el siguiente circuito y comprobar que el voltaje regulado sea el que marca el regulador de voltaje. Utilizar un LM7805 y alimentar el circuito con la salida de voltaje del ejercicio previo. Practica 9 Resistencia de 1Ω, 10Ω, 100 Ω, 330 Ω Capacitores de 1nF, 10nF, 100nF, 1µF, 10µF Relevador de 24V CD El alumno determinara la potencia aparente y reactiva así como interpretará lo que significa el factor de potencia en las aplicaciones reales. Carga Inductiva Determinar el ángulo de desfasamiento entre la Tensión y la Corriente así como el FP del circuito NO DATA AC A R2 1 V1 60 Hz NO DATA AC V L1 Carga capacitiva Determinar el ángulo de desfasamiento entre la Tensión y la Corriente así como el FP NO DATA AC A R2 1 60 Hz + V1 NO DATA AC V C1 1uF Carga LC en serie Determinar el ángulo de desfasamiento entre la Tensión y la corriente así como el FP Calcule el valor del capacitor para corregir el factor de potencia del circuito a 0.95. NO DATA AC A V1 R1 1 C1 1uF 60 Hz L1 Preguntas ¿Qué nos indica la potencia aparente y la potencia reactiva? ¿Qué ventajas presenta corregir el factor de potencia? ¿Cuáles son las aplicaciones prácticas? Si la carga fuera puramente capacitiva, ¿Qué se tiene que hacer para corregir el factor de potencia? Práctica 10 1. Energizar un sensor LM35, verificar su funcionamiento. 2. Utilizar el sensor LM 35 para controlar el encendido de un led a través de un transistor. Experimento 1 Experimento 2 Práctica 11 Material L293D 4 push buttons 4 resistencias de 1k 2 motores de 8v o 5v Objetivos Comprender el funcionamiento del circuito integrado Controlar dos motores por separado con señales digitales Circuito Procedimiento To control M1 To control M2 If S1 and S2 is pressed, M1 will not rotate. If S3 and S4 is pressed, M2 will not rotate. If S1 and S2 is released, M1 will not rotate. If S3 and S4 is released, M2 will not rotate. If S1 is pressed and S2 is released, M1 will rotate in one direction. If S3 is pressed and S4 is released, M2 will rotate in one direction. If S1 is released and S2 is pressed, M1 will rotate in opposite direction. If S3 is released and S4 is pressed, M2 will rotate in opposite direction. Práctica 12 Necesitaras: LM741 LM324 TL084 6 Resistencias de 10k 1 Resistencia de 100k 2 baterías de 9v 3 cables caimán caimán 3 o 4 electrodos para EMG Objetivo: hacer nuestro propio sensor de EMG Procedimiento Conectar de la siguiente maneta las baterías para poder obtener una alimentación de +9v y -9v. Diseño y cableado Conectar el amplificador operacional de tal manera que funcione para amplificar la señal de entrada en un factor de 201. Tome todas las resistencias a un valor de 10k excepto R2, que valor debe tener esta resistencia? Prueba Conecte a Vi2 a tierra y Vi1 a la salida de su generador de3 funciones. Aplique una señal senoidal con amplitud baja con una frecuencia de 1Khz Uso con Electrodos Saque sus electrodos y conéctelos de la siguiente manera. Con ayuda del osciloscopio observe la salida del circuito. GND Vi1 Vi2 Resultados Coloque el osciloscopio en divisiones de 500ms, Que observa? Que tipo del filtro cree que ayudaría a obtener una señal mucho más limpia? Construyalo. Filtro Seleccione R de tal manera que la frecuencia de corte del filtro sea de 10 Hz aproximadamente. Sabiendo que el valor del capacitor es de 1uF. Práctica 12 parte 2 Necesitaras 1N4148 diodes LM324 10 kΩ Resistencias varias para el “envelope detector” ( ver siguiente filmina para calcularlas y poder comprarlas) Envelope detector y rectificador Construir circuito según la figura 13.34 y 13.35 del libro sedra and Smith. Usar las siguientes formulas para calcular el valor de los componentes Ganancia = -R4/R3 esta debe estar entre -10 y -20 fc = 1/(2πR4C) la frecuencia de corte debe estar en el rango de .5Hz y 2 Hz Display de leds Se necesitara : LM339 1 capacitor de .1uF R1=1kΩ R2= pot de 1KΩ R= 1.2 kΩ aproximadamente 1 pot de 100kΩ 4 leds ( pueden ser de un solo color o alguna convinacion de verdes amarillos y rojos. LM339 LM339 Conecta el pin V+ al pin de 9V positivos y el pind GND al pin de 9V negativos. La manera en la que funciona es, Si V+ > V- esta apagado, pero si V+ < V- se prende. Libro Sedra Smith Link para el libro Sedra Smith: https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&s qi=2&ved=0CBwQFjAA&url=https%3A%2F%2Fathena.ecs.csus.edu%2F~bransone %2Fpub%2Febooks%2FMicroelectronic%2520Circuits.pdf&ei=5Bk5VZ6EDcnosAW ExoHoBA&usg=AFQjCNEr91AO7DOa1KnxCvKgTXGZWunlQw&sig2=427bEa7wFs0 wkMeQI_ylVw&bvm=bv.91427555,d.b2w Pag 619 del PDF
