Download práctica 2º: análisis de circuitos rc.

Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
PRÁCTICA 2º: ANÁLISIS DE CIRCUITOS RC.
1. Objetivos:

Estudiar la respuesta temporal del proceso de carga y descarga de un condensador.

Analizar el comportamiento de un circuito RC con la frecuencia verificando las
características de un filtro paso bajo y de un filtro paso alto.
2. Material:
Instrumental:
Generador de señal
Osciloscopio
Entrenador
Componentes:
Resistencia de 10K.
Resistencia con código de colores identificable.
Condensador de 22 nF.
Condensador de capacidad desconocida.
Práctica 2ª, página 1/7
Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
3. Desarrollo de la Práctica:
1. Ecuaciones.
1a- Plantear las ecuaciones de los circuitos de las figuras 1 y 2, y resolver la ecuación
diferencial resultante.
Figura 1. Carga de un condensador.
Figura 2. Descarga de un condensador
Para ello considerar que en el primer caso la tensión inicial del condensador es 0 V (VBC =
0 V para el instante inicial) y en el segundo caso es E V (VBC = E V en el instante inicial).
2. Tensión en el condensador.
Para comprobar tanto la carga como la descarga, se realizará el montaje que aparece en la
figura 3, siendo R = 10 K y C = 22 nF.
Práctica 2ª, página 2/7
Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
Figura 3. Montaje para estudio temporal
El generador de señal se ajustará con una señal cuadrada de frecuencia 200 Hz, amplitud 5
Vpp y con un offset (o nivel DC) de 2,5 V, de modo que la señal resultante se encuentre siempre
entre 0 y 5 V.
Para ajustar el generador de señal y observar el proceso de carga y descarga se conectará el
canal 1 del osciloscopio entre los puntos A y C, siendo C el contacto de masa y el canal 2 del
osciloscopio entre los puntos B y C.
2a-Dibujar de forma aproximada la forma de onda resultante de los dos canales. 2b- ¿Qué
es lo que ocurre?, 2c- ¿Por qué?.
3. Corriente en el condensador.
Ya que con las sondas del osciloscopio no podemos medir intensidades, sino tensiones,
para medir corrientes se medirá la tensión entre extremos de una resistencia y se dividirá por el
valor de dicha resistencia.
Para comparar la tensión en el condensador con la intensidad debemos tener en cuenta que
la masa del osciloscopio es única. Luego de cara a ver la forma de onda de la corriente se
conectará la sonda del canal 1 entre A y B y la sonda del canal 2 entre C y B. Durante la
visualización será necesario invertir el canal 2.
Dibujar las formas de onda resultantes. 3a-¿Es en algún momento la tensión del
condensador negativa?, 3b-¿Por qué?, 3c-¿Es en algún momento la corriente negativa?, 3d-¿Por
qué?.
Práctica 2ª, página 3/7
Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
4. Comportamiento con la frecuencia.
Observar y dibujar la forma de la onda observada en el osciloscopio a 3000Hz y a 25Hz.
4a-¿Qué ocurre con la forma de onda?, 4b-¿Por qué?.
5. Comprobación del valor de .
5a- Observar en el osciloscopio cuánto tiempo tarda en cargarse el condensador hasta el
50%. Con ese valor y la ecuación deducida en el apartado 1, calcular el valor real de  y
comprobar si coincide con el esperado.
6. Cálculo de una capacidad desconocida.
6a- Realizar el montaje anterior pero esta vez con la resistencia de valor desconocido, pero
con código de colores identificable y con el condensador de valor desconocido. Aplicando el
mismo método que en el apartado 5 calcular la capacidad del condensador.
7. Comportamiento de la tensión de salida en función de la frecuencia de entrada.
Realizar el montaje de la figura 3. En este caso cambiar la forma de onda de cuadrada a
sinusoidal, con una amplitud de 10Vpp y un offset (o nivel DC) igual a 0V.
Variando la frecuencia de la señal de entrada entre 1Hz y 1MHz tomando como puntos de
medida las potencias de 10 (1, 10, 100,….), medir el valor de tensión pico-pico entre extremos del
condensador.
7a- Representar en escala logarítmica el valor de la tensión de salida frente a la frecuencia.
Tomando como eje de abscisas (log f) y como eje de ordenadas (log V). 7b-¿Qué ocurre con el
valor de la tensión de salida?, 7c-¿Por qué?, 7d-¿Qué frecuencias deja pasar el circuito?.
7e- Calcular analíticamente la respuesta frecuencial del circuito mostrado en la figura 3 y
4, es decir, hallar la relación entre VB y VA que depende de la capacidad, la resistencia y la
frecuencia, y representarlo en un diagrama que tenga como eje de abscisas la frecuencia.
Práctica 2ª, página 4/7
Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
8. Medida de la frecuencia de corte.
La frecuencia de corte se define como aquella frecuencia para la cual la tensión de salida
es:
Vo 
Vi
2
Se puede demostrar que cuando eso ocurre, en este montaje la frecuencia corresponde con
el siguiente valor:
fc 
1
2· ·R·C
Buscar la frecuencia de corte variando la frecuencia de entrada y localizando el punto
donde se cumple:
Vo 
Vi
2
8a-¿Coincide dicha frecuencia con el valor teórico?, 8b-¿Por qué?.
9. Calcular la capacidad de un condensador.
Sustituir la resistencia de 10K por la de código de colores identificable y el condensador
de 22nF por el de valor desconocido. Utilizando el método anterior de la frecuencia de corte,
indicar el valor de dicho condensador. Comprobar si coincide con el resultado obtenido en el
apartado 6.
10. Comportamiento de la tensión de salida en función de la frecuencia de entrada.
Realizar el montaje de la figura 4, con R = 10K y con C = 22 nF. Representar en escala
logarítmica el valor de la tensión de salida frente a la frecuencia de la misma forma que se realizó
en el apartado 7.
Práctica 2ª, página 5/7
Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
Figura 4. Filtro paso-alto
10a-¿Qué ocurre con el valor de la tensión de salida?, 10b-¿Por qué?, 10c-¿Qué
frecuencias deja pasar el circuito?.
11. Medida de la frecuencia de corte.
Al igual que el circuito anterior, la frecuencia de corte se define como aquella frecuencia
para la cual la tensión de salida es:
Vo 
Vi
2
Se puede demostrar que cuando eso ocurre, en este montaje la frecuencia corresponde con
el siguiente valor:
fc 
1
2· ·R·C
Buscar la frecuencia de corte variando la frecuencia de entrada y localizando el punto
donde se cumple:
Vo 
Vi
2
11a-¿Coincide dicha frecuencia con el valor teórico?, 11b-¿Por qué?.
Práctica 2ª, página 6/7
Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 2º “ Análisis de Circuitos RC ”
12. Calcular la capacidad de un condensador.
12a- Sustituir la resistencia de 10K por la de código de colores identificable y el
condensador de 22nF por el de valor desconocido. Utilizando el método anterior de la frecuencia
de corte, indicar el valor de dicho condensador. Comprobar si coincide con los resultados
obtenidos en los apartados 6 y 9.
Práctica 2ª, página 7/7