Laboratorio 4
- 1. Laboratorio 4. Circuitos 1.<br />Universidad Distrital Francisco José de Caldas<br />Velosa A. Silvia P. - León R. Cesar A.- Bello G. Iván D. <br />Morticia-30@hotmail.com - cesar-leon14@hotmail.com - idbellog@hotmail.com <br />Porras B. Jorge E.<br />Abril de 2010<br />Objetivos<br />Comprobar los conocimientos adquiridos en clase sobre el análisis de nodos en una red, midiendo corrientes y voltajes en cada uno de los circuitos<br />Elementos<br />-Amperimetro<br />-Fuente de voltaje<br />-Multimetro<br />-Resistencias 1kΩ, 10kΩ, 4.7KΩ, 6.8KΩ, 150Ω, 270kΩ. <br />Resumen <br />En este cuarto laboratorio se empezó midiendo el valor real de cada una de las resistencias luego de realizar este paso se procedió a montar el circuito y medir los voltajes de cada una de las resistencias enseguida se tomó las corrientes que fluye por cada uno de los elementos que compone el circuito al terminar el paso anterior se prosiguió a montar el segundo circuito electrónico en el cual solo se necesitaba medir la corriente total que fluía en el circuito electrónico y por ultimo con los valores tomados se realizaron los cálculos necesarios para hallar voltaje. <br />Palabras Clave<br />Multimetro, resistencias, Metrología, código de Colores, Simbología Electrónica, esquemas electrónicos, Protoboard, ley de Ohm, leyes de corrientes de kirchhoff, leyes de voltaje de kirchhoff, mallas, nodos.<br />1. Introducción <br />El objetivo fundamental de este cuarto laboratorio fue verificar correctamente las leyes de corriente y análisis de nodos aprendidos en el aula y llevarlas a priori en el momento de realizar los cálculos de cada uno de los circuitos. También identificar fácilmente los nodos que componen las mallas y a su vez el flujo que pasa por los dispositivos electrónicos en este caso resistencias, es muy importante conocer tanto el flujo de corriente como la cantidad que le llega a un dispositivo electrónico puesto que mas adelante cuando utilicemos compuertas se necesita ser lo suficiente preciso en la parte de los voltajes cuando se necesite un uno lógico o un cero lógico. En los cálculos con los valores ideales y los medidos siempre se nota un desfasamiento aunque puede ser pequeño en algunos puede causar graves consecuencias a un circuito electrónico. <br />2. Contenido <br />Resistencia:<br />-198755182245Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente para circular a través de él. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro.<br />Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.<br />Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo. Imagen que muestra el código de colores de la resistenciasttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/56/Res_000.svg/150px-Res_000.svg.png<br />Análisis de nodos circuitos resistivos<br />El método de análisis de nodos es muy utilizado para resolver circuitos resistivos (sólo resistencias) lineales (este método, un poco más ampliado, se aplica a también a circuitos resistivos – reactivos) Resolver en este caso significa obtener los valores que tienen las tensiones en todas las resistencias que haya en el circuito.Conociendo estos valores se pueden obtener otros datos como: corrientes, potencias, etc., en todos los elementos del circuito<br />El análisis de nodos se basa en la ley de corrientes de Kirchhoff:<br />La suma algebraica de las corrientes quesalen y entran de un nodo es igual a cero.<br />Donde un nodo se define como el lugar en el circuito donde se unen de dos o más ramas.<br />Pasos a seguir son:1- Convertir todas las fuentes de tensión en fuentes de corriente (ver Teorema de Norton)2- Escoger un nodo para que sea el nodo de referencia (usualmente se escoge tierra).3- Etiquetar todos los otros nodos con V1, V2, V3, V4, etc.4- Armar una tabla para formar las ecuaciones de nodos. Hay 3 columnas y el número de filas depende del número de nodos (no se cuenta el nodo de referencia)5- El término de la columna A es la suma de las conductancias que se conectan con en nodo N multiplicado por VN6- los términos de la columna son las conductancias que se conectan al nodo N y a otro nodo X por VX (El nodo de referencia no se incluye como nodo X). Pueden haber varios términos en la columna B. Cada uno de ellos se resta del término de la columna A.7- El término de la columna C, al lado derecho del signo de igual, es la suma algebraica de todas las fuentes de corriente conectadas al nodo N. La fuente es considerada positiva si suministra corriente hacia el nodo (al nodo) y negativa si la corriente sale del nodo8- Una vez elaborada la tabla, se resuelve el sistema de ecuaciones para cada VN. Se puede hacer por el método de sustitución o por el método de determinante. Al final si un valor de V tiene un valor negativo significa que la tensión original supuesto para el era el opuesto. Ejemplo: Obtener los valores de las tensiones V1 y V2 en al gráfico siguiente<br /> Figura # 1 tomada de http://www.unicrom.com/Tut_AnalisisNodos.asp<br />Primero se transforman todas las fuentes de tensión en fuentes de corriente (Teorema de Norton) y se obtiene el primer circuito (Figura # 2). Después se calculan las resistencias equivalentes de las resistencias en paralelo (2 y 4 ohmios en V1) y (2 y 4 ohmios en V2). (Figura # 3).<br /> Figura # 2 tomada de http://www.unicrom.com/Tut_AnalisisNodos.asp Figura # 3 tomada de http://www.unicrom.com/Tut_AnalisisNodos.asp<br />En el análisis de nodos, es más cómodo utilizar conductancias en vez de resistencias. Se transforma cada una de ellas en su valor de conductancia correspondiente y se obtiene el circuito que sigue:<br /> <br />Tomada de http://www.unicrom.com/Tut_AnalisisNodos.asp<br />Se escoge el nodo inferior (unión de todas las resistencias menos la de 5 ohmios) como nodo de referencia y se etiquetan los otros nodos V1 y V2, como se ve en al figura.<br />Se implementa la tabla de dos filas (2 ecuaciones) pues hay dos nodos sin tomar en cuenta el nodo de referencia.<br />Tomada de http://www.unicrom.com/Tut_AnalisisNodos.asp<br /> <br />Con la tabla generada se procede a la solución de las variables V1 y V2, ya sea por el método de sustitución o con ayuda de determinantes. Los resultados son:V1 = 9.15 voltiosV2 = - 6.5 voltios<br />Potencia que disipa una resistencia<br />Una resistencia disipa en calor una cantidad de potencia cuadráticamente proporcional a la intensidad que la atraviesa y a la caída de tensión que aparece en sus bornes. Esto es , aunque suele ser más cómodo usar la ley de Joule . Observando las dimensiones del cuerpo de la resistencia, las características de conductividad de calor del material que la forma y que la recubre, y el ambiente en el cual está pensado que opere, el fabricante calcula la potencia que es capaz de disipar cada resistencia como componente discreto, sin que el aumento de temperatura provoque su destrucción. Esta temperatura de fallo puede ser muy distinta según los materiales que se estén usando. Esto es, una resistencia de 2 W formada por un material que no soporte mucha temperatura, estará casi fría (y será grande); pero formada por un material metálico, con recubrimiento cerámico, podría alcanzar altas temperaturas (y podrá ser mucho más pequeña).<br />El fabricante dará como dato el valor en vatios que puede disipar cada resistencia en cuestión. Este valor puede estar escrito en el cuerpo del componente o se tiene que deducir de comparar su tamaño con los tamaños estándar y su respectiva potencia. El tamaño de las resistencias comunes, cuerpo cilíndrico con 2 terminales, que aparecen en los aparatos eléctricos domésticos suelen ser de 1/4 W, existiendo otros valores de potencias de comerciales de ½ W, 1 W, 2 W, etc.<br />Leyes de Kirchhoff de circuitos eléctricos<br />Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Robert Kirchhoff en 1845, cuando aún era estudiante. Estas son:<br />La Ley de los nodos o ley de corrientes.<br />La Ley de las \" mallas\" o ley de tensiones.<br />Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de intensidad de corriente y potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.<br />En circuitos complejos, así como en aproximaciones de circuitos dinámicos, se pueden aplicar utilizando un algoritmo sistemático, sencillamente programable en sistemas de cálculo informatizado mediante matrices de un solo núcleo.<br /> El Multimetro:<br />Es el instrumento que utiliza en su funcionamiento los parámetros del amperímetro, el voltímetro y el Ohmimetro. Las funciones son seleccionadas por medio de un conmutador. Por consiguiente todas las medidas de Uso y precaución son iguales y es multifuncional dependiendo el tipo de corriente (C.C o C.A.)<br />El Multimetro Digital (DMM):<br />Es el instrumento que puede medir el amperaje, el voltaje y el Ohmiaje obteniendo resultados numéricos - digitales. Trabaja también con los tipos de corriente<br />El Amperímetro: Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.<br />El Voltímetro: Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) con sus múltiplos: el Megavoltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como el milivoltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones continuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos.<br />Sus características son también parecidas a las del galvanómetro, pero con una resistencia en serie.<br />El Ohmímetro:<br />Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales. En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero en la escala. Generalmente, estos instrumentos se venden en forma de Multimetro el cual es la combinación del amperímetro, el voltímetro y el Ohmimetro juntos. Los que se venden solos son llamados medidores de aislamiento de resistencia y poseen una escala bastante amplia.<br />Imagen de http://html.rincondelvago.com/000417330.jpg muestra la forma fisica de un multimetro digital<br />Protoboard<br />ProtoBoard o Breadboard: Es en la actualidad las placas de prueba más usadas están compuestas por bloques de plástico perforados y numerosas láminas delgadas -de una aleación de cobre, estaño y fósforo; que unen dichas perforaciones, creando una serie de líneas de conducción paralelas. Las líneas se cortan en la parte central del bloque de plástico para garantizar que dispositivos en circuitos integrados tipo DIP (Dual Inline Packages), puedan ser insertados perpendicularmente a las líneas de conductores. En la cara opuesta se coloca un forro con pegamento, que sirve para sellar y mantener en su lugar a las tiras metálicas. Un computador basado en el Motorola 68000-con varios circuitos TTL montados sobre una arreglo de protoboard. Debido a las características de capacitancia (de 2 a 30 pF por punto de contacto) y resistencia que suelen tener los protoboard están confinados a trabajar a relativamente baja frecuencias - inferiores a los 10 ó 20 MHz dependiendo del tipo y calidad de los componentes electrónicos utilizados.<br />3. Resultados y medidas<br />1) Elaborar el siguiente circuito<br />Grupo 1 de resistencias<br />-243205127635Imagen hecha con electronics workbench<br />Medir cada una de las resistencias para obtener el valor real<br />Grupo 1Val. IdealVal. RealVol.MediR11KΩ981Ω7.64VR210KΩ9,85KΩ4.51VR34.7KΩ4,59KΩ2.64VR46.8KΩ6,65KΩ3.56VR5270KΩ262KΩ2.36VR610KΩ8,7KΩ5.46V<br />2900045166370<br />Grupo 2Val. IdealVal. RealVol.MediR110KΩ9,85KΩ8.61VR2270KΩ262KΩ8.15VR36.8KΩ6,65KΩ7.56VR44.7KΩ4,59KΩ4.59mVR510KΩ6,7KΩ593.2mVR61KΩ981Ω1.04V<br />Medir la corriente AF para los dos grupos de resistencias<br />Grupo 1Grupo 1I AF8.60mAI AF2.04mA<br />Grupo 1A10.4mAA27.60mAA30.45mAA40.45mAA55.8µAA6467µAA75.8µAA80.4mAA9840µA<br />Grupo 2A11.13mAA2874µAA331.14µAA431.14µAA568.18mA A699.92µAA768.18mAA81.13mAA91.06mA<br />Grupo 2 de resistencias<br />4. Conclusiones <br />Ser ordenado es de gran prioridad en análisis de nodos y de mallas puesto que si no se tiene una buena organización algunos valores saldrían mal.<br />Es muy importante conocer el flujo de corriente en un circuito electrónico puesto que mas adelante cuando estemos trabajando compuertas lógicas necesitamos exactitud en los voltajes en cuando a los unos y ceros lógicos, también en el voltaje exacto que una compuerta lógica puede recibir que es de 5 voltios.<br />Aprendimos también que las leyes de Kirchhoff facilitan bastante el cálculo de mallas y nodos en un circuito electrónico y que su desfasamiento simplemente se debe al margen de error de las resistencias que componen el circuito.<br />5. Referencias<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Kirchhoff_de_circuitos_eléctricos<br />http://html.rincondelvago.com/000417330.jpg<br />http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Leyes-Kirchoff.php<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_eléctrica<br />http://www.slideshare.net/Estefa_Arias/mallas-y-nodos-presentation<br />http://www.unicrom.com/Tut_AnalisisNodos.asp<br />Autores: Velosa A. Silvia P. - León R. Cesar A.-Bello G. Iván D. <br />