Circuitos RC ante señal senoidal

1.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

¿Cómo es el comportamiento de un circuito RC ante una señal senoidal?

En el presente informe se describe la construcción de un equipo autónomo de uso didáctico para el análisis de circuitos RC, que da respuesta gráfica a señales de entrada y salida con respecto a la amplitud (voltaje) y su respectivo comportamiento en el tiempo. Para lograr los propósitos se hizo necesario implementar una serie de laboratorios de circuitos, simultáneamente realizar una revisión teórica que permitiera introducirse con propiedad dentro del proceso experimental a partir de los pasos que se describen a continuación:

∙Se efectuaron las mediciones utilizando osciloscopios y generadores de frecuencia de los laboratorios

∙Realización de simulaciones de lo hecho experimentalmente en el multisim, obteniendo resultados coherentes con lo esperado.

∙ Resultado de mediciones de circuitos,  RC utilizando el equipo construido y la realización de pruebas y optimización del sistema autónomo para el aprendizaje de los circuitos antes mencionados.

2.-OBJETIVO

 Armar un circuito RC para conocer su repuesta ante una entrada senoidal, para diferentes valores de capacitor.

3.- MARCO TEORICO

En las entidades educativas donde se enseñe física, circuitos, instrumentación y asignaturas afines, se debe disponer de equipos para realizar el análisis de circuitos RC, tema que está incluido en los diversos currículos, particularmente en física y electrónica. Dichos equipos se encuentran ubicados de manera independiente (Osciloscopios, generadores de señal, fuentes, bobinas, entre otros), dando lugar a posibles dificultades en sus conexiones, poca confiabilidad en los resultados obtenidos debido a las capacitancias parásitas e inductancias que aparecen por elementos ajenos al desarrollo de la práctica, de igual manera la dificultad en algunos casos a la hora de realizar la conexión.

3.1.-NOCIONES PRELIMINARES DE CIRCUITOS

Una herramienta importante en el trabajo de cualquier ingeniero en electrónica es la utilización del análisis de circuitos de CC y AC. Este análisis consiste en la distribución de sistemas de energía eléctrica, ¿de qué clase?, ¿cuántos elementos están involucrados?, resistencias, fuentes, condensadores y bobinas o inductancias y de ¿cómo están conectadas en un circuito en particular?, ¿dónde se aplican las leyes de Ohm, conservación de la carga y la energía en los circuitos, divisores de corriente, análisis de mallas, análisis de nodos, equivalente Thevenin, equivalente Norton, superposición para mirar las relaciones entre voltaje, corriente y su variación con el tiempo o la frecuencia de las señales de entrada a los circuitos?.  Se tiene varias formas de asociar los dispositivos que se involucran en el circuito así: circuitos resistivos (fuentes y resistencias), capacitivos (fuentes y condensadores), circuitos RC (fuentes, resistencias y condensadores), circuitos RL (fuentes , resistencias e inductancias) y circuitos RLC (fuentes, resistencias, condensadores e inductancias), que pueden ser asociados en serie, paralelo o circuitos mixtos de corriente continua DC o análisis de circuitos de corriente alterna AC, para los cuales se aplican herramientas matemáticas, a fin de solucionar las ecuaciones y obtener el valor de las variables involucradas como incógnitas.

4.-DISEÑO DEL EXPERIMENTO ( MATERIAL Y EQUIPO )

∙ Generador de funciones

∙ Osciloscopio con dos puntas de prueba

∙ Protoboard

∙ 2 Resistores (100KΩ, 10KΩ ¼ W)

∙ 2 Capacitores (0.1, 0.01μF)

 ∙ Multímetro

 ∙ Computadora (multisim)

5.- DESARROLLO DEL EXPERIMENTO Y RESULTADOS OBTENIDOS

DESARROLLO TEORICO:

[pic 1]

CUANDO F= 100HZ

ZC=               -1                   =    - J15915.49Ω[pic 3][pic 2]

          ( 2(100)(0.1X10˄ -6)[pic 4]

R100//ZC=  (- J15915.49)(100000)[pic 5]

                     100000 – J15915.49

R100//ZC= 2470.45 – 15522.30Ω

VC=  (5)(2470.45 – 15522.30)[pic 6]

       (2470.45 – 15522.30J+ 10,000)[pic 7]

VC=3.94 -2.73 ◦V[pic 8]

CUANDO F= 300HZ

ZC=               -1                =    - J5305.16Ω[pic 10][pic 9]

          ( 2(300)(0.1X10˄ -6)[pic 11]

R100//ZC=  (100,000)(- J5305.16)[pic 12]

                    -J5305.16 + 100,000

R100//ZC= 280.65 – 5290.27i

VC=  (5)(280.65 – 5290.27i)[pic 13]

       (280.65 – 5290.27i+ 10,000)[pic 14]

VC=2.29 -59.7 ◦V[pic 15]

CUANDO F= 500HZ

ZC=               -1                =    - J3183.09Ω[pic 17][pic 16]

          ( 2(500)(0.1X10˄ -6)[pic 18]

R100//ZC=  (100,000)(- J3183.09)[pic 19]

                    100,000 – J3183.09

R100//ZC= 101.21 – 3179.86Ω

VC=  (5)(101.21 – 3179.86i)[pic 20]

       (101.21 – 3179.86i+ 10,000)[pic 21]

VC=1.50 -70.70 ◦V[pic 22]

CUANDO F= 800HZ

ZC=               1                =    - J1989.43[pic 24][pic 23]

          ( 2(800)(0.1X10˄ -6)[pic 25]

R100//ZC=  (100,000)(- J1989.43)[pic 26]

                    100,000 – J1989.43

R100//ZC= 39.56 – 1988.64J

VC=  (5)(39.56 – 1988.64J)[pic 27]

       (39.56 – 1988.64 + 10,000)[pic 28]

VC=0.971 – 77.65 ◦V[pic 29]

CUANDO F=1000HZ

ZC=               1                =    - J1591.54[pic 31][pic 30]

          ( 2(1000)(0.1X10˄ -6)[pic 32]

R100//ZC=  (100,000)(- J1591.54)[pic 33]

                    100,000 – J1591.54

R100//ZC= 25.32 – 1591.13

VC=  (5)(25.32 – 1591.13J)[pic 34]

       (25.31 – 1591.13J + 10,000)[pic 35]

VC=0.78   – 80.06 ◦V[pic 36]

                                VOLTAJE EN EL CAPACITOR 0.1

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