LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y MÁQUINAS. PREINFORME No.3 CIRCUITOS DE CD RESISTIVOS

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y MÁQUINAS

PREINFORME No.3

CIRCUITOS DE CD RESISTIVOS

Daniel Ávila Gómez y Daniel Tobón Londoño

Estudiantes, Universidad EIA, Envigado

d4n.4vi13@gmail.com y daniel.tobon70@gmail.com, respectivamente

Palabras clave: Paralelo, Serie, Diodo, Fuente de voltaje Real.

1. ASUNTO

Realizar una práctica teniendo en cuenta el uso de las Leyes de Voltaje de Kirchhoff, las Leyes de Corriente de Kirchhoff, la regla de divisores de voltaje y el concepto de una fuente real para afianzar en el estudiante los temas aprendidos en clase.

1. OBJETIVO

Este laboratorio cuenta con 3 objetivos principales:

1. Aplicar las leyes de Kirchhoff de Voltajes y Corrientes.
2. Utilizar los Divisores de Voltaje con y sin carga.
3. Medir la resistencia interna de las fuentes de Voltaje reales.

1. INTRODUCCION

Este pre-informe presenta varios cálculos realizados a través de los conceptos estipulados en el asunto y en el objetivo de este mismo para resolver circuitos eléctricos, entre los cuales se encuentra el valor del voltaje de una fuente presente en la Figura 1. Teniendo en cuenta la corriente que se quiere lograr en el circuito (10 mA), además de resistencias, voltajes de salida, y demás. No obstante, el pre-informe también abarca la solución a una pregunta en particular como lo es ¿Cuáles son los criterios de diseño de Rs? Referente al estudio de una fuente de CD de voltaje real. Finalmente, este documento también cuenta con el análisis y simulación (Por medio de Proteus©) de los circuitos que serán construidos en el laboratorio, incluyendo elementos esquemáticos generados en la aplicación Fritzing© y una curva de regulación de Fuente Real.

4. SOLUCIÓN PREGUNTAS DEL PRE-INFORME

4.1. Terminales de Conexión y Voltaje típico en un LED rojo a 10 mA.

Las terminales de conexión en un diodo son dos y se identifican como Ánodo y Cátodo. En un Diodo real, el cátodo es la terminal que típicamente tiene la banda gris en su sección más próxima. En un LED, El Ánodo es la terminal de mayor longitud. En un circuito en papel, la corriente siempre entra por el ánodo y sale por el cátodo (Es como si la dirección a la cual el vértice del triángulo determinara la dirección de la corriente convencional). Por lo tanto, normalmente se dice que el Ánodo es la terminal con mayor voltaje absoluto. Puesto que, u diodo no tiene resistencias internas, se hace necesario incluir una resistencia ubicada antes del mismo en serie en el trayecto de la corriente, con el objetivo de evitar que el mismo se funda. Típicamente se incluyen resistencias de 220 Ω o 330 Ω. Con una corriente de 10 mA, sus valores típicos pueden rondar entre los 1.5 V y 2.2 V

Si en algún otro caso se necesitara, la corriente que atraviesa un Diodo se puede calcular mediante la ecuación:

[pic 1]

Donde  es la corriente que pasa a través de este con dependencia del tiempo,  es la temperatura del lugar en el cual se encuentra el circuito,  es la carga de un electrón,  es el voltaje en el Diodo y  es la constante de Boltzmann y  es la corriente inversa de saturación.[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

4.2. Calcular el voltaje de la fuente para una corriente de 10 mA en el circuito presente en la Figura 1.

Este circuito cuenta con una resistencia R1=330Ω, y con una I=10 mA.

Como ambos se encuentran en serie, la corriente es la misma. , también se sabe que debe cumplir que la corriente en el R1 es equivalente a 10 mA. Por lo tanto, se tiene:[pic 8]

[pic 9]

Esto conlleva a obtener la conclusión de que . Este resultado nos permite relacionarlo con la ecuación del Diodo a temperatura ambiente, equivalente a: [pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Obtener estas dos ecuaciones nos permite luego tener como referencia al voltaje de la fuente: , despejando se tiene: .[pic 13][pic 14]

Igualando (1) y (2) y reemplazando los valores de :[pic 15]

[pic 16]

También se conoce :[pic 17]

[pic 18]

Una vez que se ha llegado a esta expresión se puede obtener el valor de E. Asumiendo .[pic 19]

Reemplazando finalmente, se encuentra que:

[pic 20]

El voltaje en la fuente es equivalente a 3.3624 V.

4.3. Calcular la resistencia R2 para que el voltaje de salida del divisor de voltaje sea de 5.0 V en el circuito en la Figura 2.

Para este circuito, se busca que Vo=5 V. Empleando la regla del divisor de voltaje, y empleando la relación de que Vo=VR2:

[pic 21]

Conociendo tanto Vo, como VS y R1, y despejando, se obtiene:

[pic 22]

Finalmente se obtiene el valor de R2: .[pic 23]

4.4. Calcular el valor mínimo de RL para que el voltaje en O caiga máximo un 10% en la Figura 3.

Vo es el voltaje equivalente que se genera tanto en R2 como en RL. Por esta razón, las resistencias se pueden unificar en una sola conocida como R2-L, esta última tendrá el valor de Vo como referencia para realizar los cálculos. Por lo tanto:

[pic 24]

También, se sabe que queremos que la caída en Vo sea máxima de 10%, por lo tanto, el nuevo Vo será:

[pic 25]

Tomando la regla del divisor de voltaje:

[pic 26]

Simplificando:

[pic 27]

Reemplazando valores y despejando, se obtiene el valor de RL:

[pic 28]

4.5. En el circuito de la Figura 5.5. ¿Cuáles son los criterios de RS?

Para este circuito, hay que tener en cuenta el valor máximo de corriente que se le puede suministrar a los objetos que se encuentren conectados a la fuente, sin embargo, en una conexión en serie como estas, se hace importante el hecho de que la corriente sea la misma para todo el circuito. Por lo tanto, el resistor interno debe ser lo suficientemente bueno como para soportar la potencia disipada con la corriente de Short Circuit. En este caso, un resistor interno con capacidad de disipar hasta 5 W de potencia, permitiría el flujo de una corriente equivalente a , que es inclusive mucho mayor que la corriente máxima que podría teóricamente suministrar la fuente. Por esta razón se podría decir que la fuente no tendría problemas a la hora de suministrar estos valores de corriente y voltaje. Sin embargo, según lo analizado en clase, el valor de la corriente para una carga total o Full Load será:[pic 29]

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