Arieh Nachum

Circuitos de CC Leyes Ohm Y Kirchoff BRD-3121

Scientific Educational Systems

Arieh Nachum

Circuitos de CC Leyes Ohm Y Kirchoff BRD-3121 1_14 © Derechos reservados SES Scientific Educational Systems Ltd. Se prohíbe la reproducción, duplicación, impresión, traducción, re-edición o transmisión del material de este libro sin previo consentimiento por escrito de SES.

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I

Contenido Prefacio ............................................................................................................ II Capítulo 1 – El Circuito Eléctrico.................................................................. 1 Experimento 1.1 – Resistores y la ley de ohm............................................... 1 1.1.1 El circuito eléctrico, voltaje y corriente................................................. 1 1.1.2 La ley de ohm ........................................................................................ 3 1.1.3 Resistores ............................................................................................... 5 1.1.4 El multímetro ......................................................................................... 6 Experimento 1.2 – Fuentes de Voltage ........................................................ 13 Experimento 1.3 – Resistores en Serie y Primera Ley de Kirchoff .......... 21 3.1 La ley de Kirchoff’s – la ley del Voltaje ............................................... 21 Experimento 1.4 – Resistores en Paralelo y Segunda Ley de Kirchoff .... 28 4.1 Segunda Ley de Kirchoff’s – la ley de las corrientes ............................. 28 4.2 Divisor de Corriente................................................................................ 29 Experimento 1.5 – Resistores Variables ...................................................... 38 5.1 Potenciómetro y reóstato ........................................................................ 38 5.2 Termistores ............................................................................................. 40 5.3 Resistor Dependiente de la Luz – LDR .................................................. 41 Experimento 6 – Solución de Problemas..................................................... 51

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II

Prefacio Los Experimentos en este laboratorio deben ser implementados usando el entrenador Universal TPS-3100 y la tarjeta BRD-3121. El módulo incluye los siguientes Instrumentos y componentes:  5 Fuentes de Alimentación: +12VDC, +5VDC, -5VDC, 12VDC y -12VDC a +12VDC.  2 Voltímetros.  Amperímetro.  Contador de Frecuencia a I MHZ.  Probador Lógico (Alto, Bajo, Abierto, Pulso, Memoria).  Analizador lógico con 8 entradas Digitales y entrada de Disparador.  Osciloscopio de 2 Canales (con Analizador Espectral).  Generador de Funciones (Sinusoidal, Cuadrada, y Triangular).  Pantalla Táctil LCD de 3.2 pulgadas de colores.  Teclado de 21 teclas para expansión de teclado.  10 Relees internos para inserción de fallas.  Conexión USB para PC.  Módem Inalámbrico para comunicación con estación de Control.

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III

Las Tarjetas Del TPS-3100: Electricity and Electronics BRD-3121

Ohm and Kirchoff Laws and DC circuits

BRD-3122

Norton, thevenin and superposition

BRD-3123

AC circuits, signals and filters

BRD-3124

Magnetism, electromagnetism, induction and transformers Semiconductor Devices

BRD-3125

Diodes, Zener, bipolar and FET transistors characteristics and DC circuits

BRD-3126

Bipolar and FET transistor amplifiers

BRD-3127

Industrial semiconductors – SCR, Triac, Diac and PUT

BRD-3128

Optoelectronic semiconductors – LED, phototransistor, LDR, 7-SEG. Linear Electronics

BRD-3131

Inverter, non-inverter, summing, difference operational amplifiers

BRD-3132

Comparators, integrator, differentiator, filter operational amplifiers

BRD-3135

Power amplifiers

BRD-3136

Power supplies and regulators

BRD-3137

Oscillators, filters and tuned amplifiers Motors, Generators and Inverters

BRD-3141

Analog, PWM DC motor speed control, Paso motor control, generators

BRD-3142

Motor control – optical, Hall effect, motor closed control

BRD-3143

AC-DC and DC-AC conversion circuits

BRD-3144

3 Phase motor control Digital Logic and Programmable Device

BRD-3151

AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR logic components & Boolean algebra

BRD-3152

Decoders, multiplexers and adders

BRD-3153

Flip-flops, registers, and counters sequential logic circuits

BRD-3154

555, ADC, DAC circuits

BRD-3155

Logic families Microprocessor/Microcontroller Technology

BRD-3191

Introduction to microprocessors and microcontrollers

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IV

La tarjeta BRD-3121 está conectada al TPS-3100 a través de un conector de 48 pines industrial. El TPS-3100 tiene un microcontrolador incorporado que identifica (para el sistema TPS-3100) la tarjeta experimental que se inserto y comienza un chequeo automático. La siguiente figura describe la tarjeta experimental BRD-3121.

B1

B2

B4

B6

B7 R13 100

R1 R2

R10 1K

R8 1K

+12V

R11 100

R15 5.1K

R14 1K

R3 R4

R9 100

R5

B8

R6 +5V B5

R16 100K

P1 10K

B3 R17 100 Vvar

+5V

R7 1K

R12 12K

NTC

BRD-3121 Diagrama del panel

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PTC

LDR

V

El método de Experimento: El sistema utiliza por razones de seguridad una fuente de alimentación conmutada externa. La salida de la fuente de alimentación de baja tensión se convierte a los 5 voltajes de los reguladores lineales para reducción de ruido. Dos potenciómetros en el panel se utilizan para fijar el voltaje y la amplitud del generador de funciones. El sistema desconecta las tensiones en la sobrecarga y la muestra de un masaje sobre eso. Las tarjetas insertables están conectadas directamente al sistema sin ningún tipo de cable plano para eliminar ruido y la reducción de la resistencia. Los 10 relés que son de tipo “change over” pueden cambiar los componentes activos y pasivos. Cada una de la selección de configuración de relés se guarda en una memoria no volátil que se encuentra en la tarjeta insertada. Los componentes se encuentran en la tarjeta con la impresión de serigrafía del circuito de análisis y símbolos de los componentes. La parte central de la tarjeta experimental incluye todos los diagramas de bloques de circuitos y todos los puntos de prueba y zócalos tipo banana. Los componentes protegidos están situados en el lado superior de la placa del circuito, claramente visible para el estudiante y protegido por una cubierta transparente resistente. El conectar la placa del Experimento, se envía un mensaje al TPS-3100, que incluye el número de la tarjeta y cual de sus bloques son defectuosos. Si hay un módulo defectuoso (Bx), se visualiza en la pantalla. La tarjeta experimental se comprueba mientras se está conectado. Por esta razón, durante la inserción, ningún cable de conexión se debe conectar en la tarjeta de Experimento. 5 LED se deben encenderse en la parte superior derecha. BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

VI

El sistema incluye 5 salidas de la fuente de alimentación. El sistema comprueba las tensiones y activa los LEDs en secuencia. 12 V - LED rojo +5 V - LED naranja -5V - LED amarillo -12V - LED verde La tensión de un quinto de voltaje variable (Vvar)es controlada por un potenciómetro deslizante. El LED de la Vvar es a la vez verde y rojo: cuando la tensión es positiva Vvar - el color es rojo y cuando es negativo - el color es verde. No hay salidas para las tensiones de alimentación en el panel de TSP-3100. Las tensiones se suministran sólo en el conector de clavija de 48 pines. Las placas de Experimentación toman estas tensiones desde el conector de 48 pines. Pantallas del TPS-3100 El sistema cuenta con 3 pantallas de funcionamiento: DVM, osciloscopio y fallas. Pasar de una pantalla a otra se realiza mediante las opciones de clave o de gráficos. El teclado es siempre en la posición de bloqueo numérico. Las teclas también se pueden utilizar como teclas de función. Para hacerlo, tendremos que pulsar una vez la tecla Num Lock y luego en la tecla deseada. El teclado retorna automáticamente al modo Num Lock. En la pantalla del osciloscopio, pulsando la tecla Num Lock y luego la tecla digital cambiará la pantalla a la pantalla de señal digital. Al pulsar la tecla Num Lock y luego la tecla analógica va a cambiar la pantalla a la pantalla de señal analógica.

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VII

Pantalla del DVM DVM V1 [V] 0.00 V2–V1 [V] 0.00 Fout [KHz] 5.00

V2 [V] 0.00 I [mA] 0.0 Cin [Hz] 5.00

I (+5V) [mA]

I (+12V) [mA]

0

0

I (–5V) [mA]

I (–12V) [mA]

0

0

Num Lock

V1 es la tensión medida entre V1 de entrada y GND. V2 es la tensión medida entre V2 entrada y GND. V2-V1 es la tensión medida entre V1 y V2. Nos permite medir la tensión de flotación. I es la corriente medida entre A + y entradas A. Cin muestra la frecuencia se mide en la entrada de Cin. El TPS-3100 incluye un generador de funciones. La frecuencia del generador de funciones se muestra en el campo Fout y se puede configurar con las teclas de flecha o escribiendo los valores requeridos. La salida de onda cuadrada está marcada con el signo

.

Cerca de la salida de señal analógica hay un interruptor de sine / triángle marcado con las señales / .

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VIII

Pantalla del Osciloscopio

CH1 3.0VCH2

3.0V t 50s

CH1

1.0V

Num Lock Analog Run

El osciloscopio y los parámetros de visualización (CH1 Volt/div, CH2 Volt/div, time base Sec/div, Trigger Channel, Trigger rise/fall, Trigger Level) aparecerán en la parte inferior de la pantalla. Las teclas de flecha arriba y abajo muestran uno de los campos de abajo. El campo requerido se puede seleccionar tocándolo y se puede cambiar con las flechas arriba y abajo. La amplitud generador de funciones es cambiada por el potenciómetro de amplitud. La toma de muestras en la pantalla se puede detener pulsando la tecla Num Lock y luego presionando la tecla Stop (Tecla 8). Realización de una sola toma de muestras se realiza pulsando la tecla Num Lock y luego pulsando el Single (Tecla 9). Correr de nuevo la toma de muestras se realiza pulsando la tecla Num Lock y luego presionando el botón Run (Tecla 7).

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IX

Pantalla Digital Al pulsar la tecla Num Lock y luego la tecla digital en la pantalla del osciloscopio muestra la pantalla digital. D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 t 50s

TRIG

Num Lock Digital Run

Compruebe que. El analizador lógico incluye 8 entradas digitales y una entrada de señal de disparo. El controlador espera un pulso de disparo y cuando se encuentra con un pulso de disparo muestrea las 8 entradas digitales. Si un pulso de disparo no se encuentra la toma de muestras será de acuerdo a la base de tiempo. La toma de muestras en la pantalla se puede detener pulsando la tecla Num Lock y luego presionando la tecla Stop (Tecla 8). Realización de una sola toma de muestras se realiza pulsando la tecla Num Lock y luego pulsando Single (Tecla 9). Correr de nuevo la toma de muestras se realiza pulsando la tecla Num Lock y luego presionando el botón Run (Tecla 7).

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X

La sonda Lógica El TPS-3100 incluye una sonda Lógica con 5 LEDs que indican el estado de entrada de la sonda lógica (LP) - Alta, Baja, Open (sin conectar), Pulsos y de memoria (registro de pulso único). La sonda lógica también tiene un interruptor TTL / CMOS que determina qué nivel lógico se selecciona. Cuando el LP se conecta a un punto con un golpe de tensión (0,8 V para TTL) o (1.3V para CMOS), la L LED verde debe encenderse. Cuando el sistema LP está conectado a un punto con un voltaje por encima de 2.0V (para TTL) o de 3,7 V (para CMOS), el H LED rojo debe encenderse. La tensión entre estos niveles se activa el LED OP naranja. Pantalla de fallas El TPS-3100 incluye 10 relés para la inserción de averías o para cambiar los componentes externos. La pantalla de errores es seleccionado por las opciones o clave Gráfico. FAULTS Please choose Fault No.: 0–9 Activated fault Number: 0 Num Lock

Al escribir un número falta y pulsar ENTER opera el relé requerido para el fallo requerido. Fallo N º 0 significa ausencia de falla. ¿Qué relé crea la falla está inscrita en el controlador de la tarjeta del Experimento.

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XI

Al entrar un número de falla, el sistema se refiere a la tarjeta controladora Experimental y pide el número del relé. Después de eso, se ejecuta la falla requerida. El controlador de la tarjeta Experimental guarda el último número de falla registrada en su memoria. Esta memoria es no volátil. Esto es por qué el sistema no nos permite introducir un número de falla cuando no hay una tarjeta insertada. Cuando una tarjeta experimental tiene una falla determinada (distinto de cero) se registra en su memoria, y está conectada al sistema, un mensaje de advertencia aparece en la pantalla del sistema. Esta característica permite al maestro dar a los estudiantes tarjetas ya con las fallas activadas para la solución de problemas. Nota: Se recomienda (a menos que se lo requiera), resetear el numero de falla de falla a cero antes de desconectarla.

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XII

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1

Capítulo 1 – El Circuito Eléctrico Experimento 1.1 – Resistores y la ley de ohm Objetivos:  Identificación del resistor.  Medición de resistencia, voltaje y corriente con multímetro.  Implementación de la ley de Ohm.

Equipo requerido  TPS-3100  BRD-3121  Cable banana

Discusión: 1.1.1

El circuito eléctrico, voltaje y corriente

Cada material en el universo se constituye de átomos. Los átomos contienen protones en su núcleo y el mismo número de electrones alrededor del núcleo. En la mayoría de los materiales, estos electrones no pueden abandonar su lugar. Estos materiales se llaman aisladores. En ciertos materiales, algunos de los electrones pueden fluir dentro del material. Estos materiales se llaman conductores de corriente eléctrica o, más corto, conductores. Algunos se llaman semiconductores. Una corriente eléctrica es una corriente de cargas eléctricas fluyendo dentro de un material. No podemos ver una corriente, aunque en muchas ocasiones podemos determinar sus resultados. La mayoría de los metales son conductores.

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2

Para crear una corriente en un conductor, necesitamos una fuente de cargas que empujará cargas hacia un extremo del conductor, y jalará cargas hacia el otro extremo. Tal fuente de cargas se llama fuente de voltaje eléctrico. Mientras más grande la fuerza de empuje-atracción, más grande es la corriente eléctrica que induce. La fuerza que empuja y atrae las cargas se llama voltaje eléctrico. La unidad que se utiliza para medir el voltaje es Volt (indicado por la letra V). La unidad utilizada para medir la corriente es Ampere (indicado por la letra A) que indica la cantidad de cargas que fluyen por segundo. La corriente que fluye en un conductor produce diferentes fenómenos como calor o movimiento, etc. Por ejemplo, una lámpara eléctrica se simplemente un conductor delgado llamado filamento, rodeado por una ampolla de vidrio transparente sin aire en su interior. La corriente que fluye en el filamento lo hace brillar, y esto, a su vez, crea luz. El vacío en la ampolla ayuda a prevenir que el filamento se funda (la fundición sólo ocurre cuando hay oxígeno). Los dispositivos operados por una corriente eléctrica se llaman consumidores eléctricos o simplemente consumidores. También se refiere a ellos como cargas ya que crean una carga en la fuente de voltaje. Existen diferentes maneras para generar una fuente de voltaje: químicamente (una batería), magnéticamente (un generador), térmicamente, piezoeléctrica mente y por energía solar. Las primeras dos son las más comunes. En un circuito eléctrico, utilizamos una fuente de Corriente Continua (CC). Esta fuente de voltaje eléctrico cuenta con dos terminales. El terminal que suministra los electrones, se llama terminal negativo, y la terminal que los recibe se llama terminal positivo. Para crear corriente es necesario cerrar un circuito eléctrico. Esto significa que hay un conductor o una cadena continua de conductores y consumidores entre el terminal positivo y el terminal negativo. Si la conexión se interrumpe en cualquier punto de la cadena, se cesa la corriente.

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3

Para describir un circuito eléctrico, se utilizan los siguientes símbolos: - +

Electrical Voltage

Source Lamp M

Motor Switch

+ -

Resistor Resistor or load

Figura 1-1

1.1.2

La ley de ohm

Cuando cerramos un circuito con una fuente de voltaje, conductores y dispositivo eléctrico, se produce una corriente eléctrica.

+ -

Electronic Device

Figura 1-2

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4

Los electrones fluyen realmente del terminal negativo a través del circuito hacia el terminal positivo. Debido a razones históricas (los electrones son invisibles) y debido a que en algunos semiconductores las cargas circulantes son positivas, utilizamos el flujo de corriente convencional. El flujo de corriente convencional fluye del terminal positivo al terminal negativo. I

+ V -

R

I

Figura 1-3 El resistor R indica la resistencia del dispositivo al flujo de corriente. La unidad de medición de la fuente de voltaje (V) es Volt (V). La unidad de medición de la corriente (I) es Ampere (A, mA o A). La unidad de medición de la resistencia del circuito es Ohm (, K, M). La relación entre V, I y R se constata mediante la siguiente Ley de Ohm: R

V I

es igual a

V  I  R es igual a

I

V R

Por ejemplo: V = 6V V = 10V V = 9V

R = 3 R = 2K R = 1.5M

I = 2A I = 5mA I = 6A

Verifícalo.

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5

1.1.3

Resistores

Un resistor es un componente que tiene el propósito de determinar la corriente en cierta rama en el circuito eléctrico de acuerdo con la ley de Ohm dependiendo del valor del resistor y el voltaje en él. Cada conductor tiene su propia resistencia. La resistencia depende de la resistividad del material, su longitud y del área de su sección transversal de acuerdo a la siguiente fórmula: R

l A

 - Resistividad. l - Longitud en m. A - Area en mm2. Cuanto más largo es el conductor más alta es su resistencia. Cuanto mayor es su sección transversal su resistencia es menor. Los resistores de uso más común vienen en paquetes cilíndricos amarillos con anillos de 4 colores - tres se encuentran cercanos uno a otro y el cuarto está ligeramente alejado. Los tres anillos cercanos indican el valor del resistor y el cuarto su tolerancia. La siguiente tabla muestra la conexión entre el color específico y un dígito a partir del cual puede determinarse un valor. Negro 0 Marrón 1 Rojo 2 Naranja 3 Amarillo 4 Verde 5 Azul 6 Morado 7 Gris 8 Blanco 9 Dorado 5% Plateado 10%

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6

Para determinar el valor de un resistor, debemos anotar sus colores de tal manera que dorado o plateado sean los últimos. Después, traduciremos los colores a dígitos. Los primeros dos dígitos indican los primeros dos dígitos en el valor del resistor y el tercero nos indica el número de ceros que debemos sumar después de los dos anteriores. En el siguiente ejemplo, los colores del resistor son: marrón, negro y rojo.

Brown = 1 Black = 0 Red = 2

Gold = 5%

Figura 1-4 Esto significa que el valor del resistor es 1 0 y dos ceros; obtenemos 1 0 0 0 Ohm o 1K. La tolerancia indica qué tan preciso es el valor del resistor. Por ejemplo, si se mide un resistor de 1K con una tolerancia del 5%, podemos esperar que su resistencia esté en el rango de 950 a 1050.

1.1.4

El multímetro

El voltaje se mide mediante un voltímetro, la corriente con un medidor de ampere y la resistencia con un ohmiómetro. Todos estos instrumentos son incluidos en el multímetro. El multímetro digital mide principalmente el voltaje. La corriente se calcula al medir el voltaje en un resistor interno pequeño. La resistencia se mide al aplicar la corriente conocida al voltaje de carga y de medición. Para recibir una tolerancia constante de medición, el multímetro trabaja en diferentes rangos. Algunos multímetros cambian los rangos automáticamente y otros dependen de que el usuario lo haga.

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7

La conexión de sondas es muy importante. La sonda negra se conecta siempre al tomacorriente común. Otro tomacorriente es para la medición del voltaje y/ o d la resistencia. Uno o dos zócalos adicionales son para las mediciones de corriente. Uno de ellos es para la corriente baja y el otro para la corriente alta que se encuentra generalmente sin protección. Todas las demás salidas están protegidas por fusibles. Todas las mediciones deben iniciarse desde el rango más grande, para que no haya daños al instrumento. Después, el usuario debe reducir el rango hasta que se alcance la precisión máxima. Para simplificar el trabajo con unidades grandes y pequeñas, se estableció el uso de prefijos. Los prefijos más populares son: Prefijo Pico Nano Micro Mili Kilo Mega Giga

p n ou m k M G

0.000000000001 0.000000001 0.000001 0.001 1000 1000000 1000000000

10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109

Con base en estas unidades, definimos la unidad de potencia Watt. Un Watt es la potencia desarrollada en la carga cuyo voltaje es igual a un voltio y cuya corriente es un Ampere. La potencia se calcula al utilizar las siguientes fórmulas: P VI

Watt puede definirse también como el flujo de energía que suministra un Joule de energía en un segundo. La energía puede calcularse por: W Pt

La relación entre voltaje, corriente y resistencia se proporciona por una ley que se llama la Ley de Ohm: VIR

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8

La mayor parte de la energía se transforma en electricidad y a partir de la electricidad forma energía. Debemos saber cómo realizar las mediciones eléctricas. En esta actividad, utilizaremos un multímetro para las mediciones eléctricas.

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9

Preguntas de preparación 1.

VR = 12V; R = 2K ; IR =? (a) (b) (c) (d)

2.

R = 100 ; IR = 20mA; VR =? (a) (b) (c) (d)

3.

6A 12mA 6mA 24mA

1V 2V 4V 5V

VR = 5V; IR = 20A; R =? (a) (b) (c) (d)

250K 25K 2.5M 500K

4. Los tres primeros colores de una resistencia son marrón, verde y amarillo. ¿Cuál es el valor de la resistencia? (a) 50K (b) 150 (c) 1.5K (d) 150K

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10

Procedimiento: Paso 1:

Conectar el TPS-3100 a la fuente de Alimentación.

Paso 2:

Conectar la fuente de alimentación a la corriente.

Paso 3:

Encender la unidad. El DVM debe aparecer en la pantalla.

Paso 4:

Inserte la tarjeta BRD-3121 al TPS-3100.

Paso 5:

Observe la pantalla y compruebe que el nombre de la tarjeta de Experimento aparecen y no se detecta ninguna falla. . El BRD-3121 incluye las salidas de suministro de corriente + 12V, + 5V y Vvar. El Vvar es una salida de voltaje variable de la gama –12V a + 12V que puede cambiarse mediante el potenciómetro deslizante Vvar en el TPS-3100.

Paso 6: No.

Símbolo del resistor

1. 2. 3. 4. 5. 6.

R1 R2 R3 R4 R5 R6

Identificar seis resistencias en el panel del sistema y rellene la siguiente tabla (excepto en la columna valor medido).

Primer Color

Paso 7:

Segundo Color

Tercer Color

Cuarto Color

Primer Digito

Segundo Digito

Tercer Digito

Porcentaje de Tolerancia

Valor Nominal

Implementar el siguiente circuito. Utilice los cables incorporados para las conexiones. TP3

5V

+

A+

A

A– TP21

V1

100

-

TP4

TP22

Conectar TP3 a A+ (Terminal del amperímetro en el TPS-3100). BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

Valor Medido

11

Conectar A– a TP21. Use otro cable para conectar TP21 a V1. Conectar TP22 a TP4 (fuente de 5V). TP4 esta también conectado a GND por eso no tenemos que conectar GND a V1 por el momento. Paso 8:

Verifique que el TPS-3100 en modo de DVM.

Paso 9:

Anote el voltaje y la corriente medidos: V = ______V I = ______mA

Paso 10: Calcular la resistencia de R1: R

V  ___Ω I

Paso 11: Anote el valor de R6 en la tabla en el Paso 6 y compare este valor con el valor nominal. Paso 12: Repita pasos 7-11 con las otras resistencias (R5-R1).

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12

Preguntas de resumen: 1.

El valor de R2 es: (a) (b) (c) (d)

2.

El valor de R3 es: (a) (b) (c) (d)

3.

10K 91K 5.1K 1K

El valor de R4 es: (a) (b) (c) (d)

4.

10K 91K 5.1K 1K

10K 91K 5.1K 1K

El valor de R5 es: (a) (b) (c) (d)

10K 91K 5.1K 1K

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13

Experimento 1.2 – Fuentes de Voltage Objetivos:  Introducción a las fuentes de poder.  Medición de la resistencia interna de una fuente de poder de laboratorio.

Equipo requerido:  TPS-3100  BRD-3121  Cable banana

Discusión: El instrumento más importante en el laboratorio eléctrico y electrónico es la fuente de poder. Su nombre no significa que produce electricidad - convierte CA (corriente alterna) desde el tomacorriente en el cuarto a voltaje CC (corriente continua) en sus salidas. Cada fuente de poder eléctrica puede representarse ya sea como fuente de voltaje o como una fuente de corriente. La fuente de voltaje produce un voltaje más o menos constante en sus salidas, y la fuente de corriente impulsa corriente más o menos constante a través de su carga. Como aprenderemos más adelante, la diferencia de estas definiciones es sólo simbólica. Una fuente de voltaje ideal produce el mismo voltaje independientemente de su carga. Si cortocircuitarás una fuente de voltaje ideal, la corriente sería infinita: I

V V   R 0

Nada en la naturaleza es infinito, por tanto, la fuente de voltaje ideal no existe.

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14

Una fuente de voltaje práctica puede representarse como una fuente de voltaje ideal con una resistencia interna: r + -

Figura 1-5 A una fuente de voltaje óptima se refiere con frecuencia como a voltaje de circuito abierto. Ahora puedes ver que la corriente máxima no es infinita - es el voltaje de circuito abierto dividido por la resistencia interna. La resistencia interna es generalmente muy pequeña por lo que la corriente del cortocircuito es generalmente grande. Las fuentes de poder modernas cuentan con sistemas especiales que previenen el daño a las fuentes de poder y el circuito conectado a ella al limitar la corriente.

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15

Preguntas de preparación 1.

¿Cuál será la tensión medida en el siguiente circuito cuando EMF = 5V y r = 2? r

I

V

E

(a) (b) (c) (d) 2.

10V 5V 1V 4V

¿Cuál será la tensión medida en el siguiente circuito cuando EMF = 5V, r = 2 y I = 2A? r

E

(a) (b) (c) (d)

I

V

Load

10V 5V 1V 4V

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3.

¿Cuál será la corriente medida en el siguiente circuito cuando EMF = 5V and r = 2? r

E

(a) (b) (c) (d)

I

A

5A 2A 2.5A 1A

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17

Procedimiento: Paso 1:

Conectar el TPS-3100 a la fuente de Alimentación.

Paso 2:

Conectar la fuente de alimentación a la corriente.

Paso 3:

Encender la unidad. El DVM debe aparecer en la pantalla.

Paso 4:

Inserte la tarjeta BRD-3121 al TPS-3100.

Paso 5:

Observe la pantalla y compruebe que el nombre de la tarjeta de Experimento aparecen y no se detecta ninguna falla. . El BRD-3121 incluye las salidas de suministro de corriente + 12V, + 5V y Vvar. El Vvar es una salida de voltaje variable de la gama –12V a + 12V que puede cambiarse mediante el potenciómetro deslizante Vvar en el TPS-3100.

Paso 6:

El BRD-3121 incluye el modulo B3 que simula 5V de voltaje fuente con resistencia interna r. Mida la salida de voltaje de 5V conectando las salidas V1 y GNG. Vopen = _____V El Multímetro en el modo de medición de tensión tiene una resistencia muy grande – casi no fluye corriente. Esto significa que cuando sólo el voltímetro está conectado a la fuente de alimentación, lo podemos ver como un estado de circuito abierto. Así, el voltaje de circuito abierto ahora es 5V.

Paso 7:

Desconectar las salidas de B3 de V1 y GND y conectarlas a A+ y A–. Esto medirá la Ishort-circuit. I shortcircuit  ____ mA

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18

La Resistencia interna: r

Vopen circuit I short circuit

 ____ K

¿Qué hemos medido? Cada fuente de tensión tiene una resistencia interna, que no podemos ver, pero se puede sentir sus resultados. Cuando una fuente de voltaje no es conectada a un consumidor eléctrico, corriente no fluyen a través de la resistencia interna y tensión eléctrica no se está desarrollando sobre ella (conforme a la ley de Ohm). Por lo tanto la tensión de salida es igual a la tensión interna de la fuente. r

E

Vopen-circuit

Vopen-circuit = EMF

Cuando un consumidor eléctrico está conectado a una fuente de voltaje, fluye corriente en el circuito. Esta corriente también fluye a través de la resistencia interna y provoca que una tensión eléctrica caiga sobre ella. La tensión entre sondas de la fuente (la tensión que llegará a los consumidores) será igual a la tensión interna (EMF) menos la caída de tensión en la resistencia interna. Cuanto mayor la resistencia interna es, la tensión que llega al consumidor es menor. Deseamos que la resistencia interna sea tan pequeña como sea posible. Cuando conectamos un medidor de corriente sin un consumidor eléctrico entre sondas del generador eléctrico de viento, nos provoca toda la caída de tensión en la resistencia interna. Lo que nos permite medir la resistencia interna: Vopen circuit r I short circuit

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

19

Paso 8:

Implementa el siguiente circuito usando los componentes de B3: r A

5V

+ -

R7 1K

Anota la corriente medida: I = ___ mA Paso 10: Calcular la resistencia total del circuito usando la siguiente formula: R Total 

V 5V   ____  I I

Paso 11: Calcular la resistencia interna usando la siguiente formula: r  R Total  R7  ____ 

Paso 12: Compare los dos resultados de la resistencia interna. Paso 13: Si nosotros podríamos elegir la resistencia interna de la fuente de alimentación, cual elegiríamos – la más grande o la más pequeña.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

20

Preguntas de resumen: 1.

Cual es el voltaje medido en el circuito abierto? (a) (b) (c) (d)

2.

4V 4.5V 5V 5.5V

Como usted calcula la resistencia interna de celdas solares? Vopencircuit  I short circuit Vopencircuit (b) I short circuit I short circuit (c) Vopencircuit I opencircuit (d) Vshort circuit

(a)

3.

Cual es el valor de la resistencia interna de r? (a) (b) (c) (d)

100 200 1K 2K

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21

Experimento 1.3 – Resistores en Serie y Primera Ley de Kirchoff Objetivos:  Divisor de voltaje.  Primera Ley de Kirchoff.

Equipo requerido:  TPS-3100  BRD-3121  Cable banana

Discusión: 3.1

La ley de Kirchoff’s – la ley del Voltaje

Los cambios de tensión alrededor de cualquier lazo cerrado deben sumar a cero. No importa qué camino toman a través de un circuito eléctrico, si vuelve a su punto de partida que debe medir la misma tensión, restringir el cambio neto alrededor del bucle sea cero. Voltaje es la energía potencial eléctrica por unidad carga, la ley de voltaje puede verse a ser una consecuencia de la conservación de la energía.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

22

3.2

Divisor de voltaje

Cuando conectamos resistores en serie, obtenemos un divisor de voltaje. Esto es muy común en los circuitos electrónicos. I R1 V

+ R2

Figura 1-6 La corriente a través de R1 es igual a la corriente a través de R2. IR1 = IR2 = I El voltaje de fuente V se divide entre VR1 y VR2. V  VR1  VR 2 V  I  R 1  I  R 2  I( R 1  R 2 )

Los resistores en el divisor de voltaje se conectan en serie. Su resistencia total es igual a: V  R1  R 2 I V V I  R1  R 2 R t Rt 

V  R1 R1  R 2 V  R2 V2  I  R2  R1  R 2 V1  I  R1 

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23

De la misma forma, podemos encontrar las reglas para n resistores en serie. I R1 V

+ -

R2

Rn

Figura 1-7 I

V R1  R 2    Rn

R t  R1  R 2    Rn V1 

V  R1 R1  R 2    Rn

V2 

V  R2 V  Rn Vn  R1  R 2    R n R1  R 2    R n

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

24

Preguntas de preparación 1.

Cual es la corriente en el siguiente circuito? I R1 1K 12V R2 100

(a) (b) (c) (d) 2.

En el circuito de la pregunta 1, cual será el voltaje en R1? (a) (b) (c) (d)

3.

10.9mA 109mA 1.09mA 12mA

1.09V 10.9V 1.1V 12V

En el circuito de la pregunta 1, cual será el voltaje en R 2? (a) (b) (c) (d)

1.09V 10.9V 1.1V 12V

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

25

Procedimiento: Paso 1:

Conectar el TPS-3100 a la fuente de Alimentación.

Paso 2:

Conectar la fuente de alimentación a la corriente.

Paso 3:

Encender la unidad. El DVM debe aparecer en la pantalla.

Paso 4:

Inserte la tarjeta BRD-3121 al TPS-3100.

Paso 5:

Observe la pantalla y compruebe que el nombre de la tarjeta de Experimento aparecen y no se detecta ninguna falla. . El BRD-3121 incluye las salidas de suministro de corriente + 12V, + 5V y Vvar. El Vvar es una salida de voltaje variable de la gama –12V a + 12V que puede cambiarse mediante el potenciómetro deslizante Vvar en el TPS-3100.

Paso 6:

Use los componentes B1 y B4 para implementar el siguiente circuito. A+

A

A–

V1 R8

12V

+

V2

R9

Paso 7:

1K

100

Anote el voltaje de VR9 medido: VR9 = V2 = ____V

Paso 8:

Calcule el voltaje en el resistor R8: VR8 = V1 – V2 = ____V

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

26

Paso 9:

Anote el voltaje de la fuente: V = V1 = ____V

Paso 10: Anote la corriente medida: I = ____mA Paso 11: Verifique la relacion: VR 5 VR 6 V   R5 R6 R5  R6

Esta formula calcula la corriente del circuito. Paso 12: Compare la corriente calculada con la medida. Paso 13: Calcule la resistencia total del circuito: R Total 

V1  ____  I

Es igual a 1.1K?

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

27

Preguntas de resumen: 1.

Cual es la corriente del siguiente circuito? I R8 1K 12V R9 100

(a) (b) (c) (d) 2.

En el circuito de la pregunta 1 cual será el voltaje en R8? (a) (b) (c) (d)

3.

10.9mA 109mA 1.09mA 12mA

1.09V 12V 1.1V 10.9V

En el circuito de la pregunta 1 cual será el voltaje en R9? (a) (b) (c) (d)

1.1V 10.9V 1.09V 12V

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

28

Experimento 1.4 – Resistores en Paralelo y Segunda Ley de Kirchoff Objetivos:  Divisor de corriente.  Segunda Ley de Kirchoff.  Redes mixtas.

Equipo requerido:  TPS-3100  BRD-3121  Cable banana

Discusión: 4.1

Segunda Ley de Kirchoff’s – la ley de las corrientes

La corriente eléctrica en amperios que entra en cualquier cruce en un circuito eléctrico es igual a la corriente que sale. Esto puede verse a ser sólo una declaración de conservación de carga. Ya que no se perderá ninguna carga durante el proceso de flujo alrededor del circuito, la corriente total en cualquier sección del circuito es la misma. Junto con la ley de voltaje, esta ley es una poderosa herramienta para el análisis de circuitos eléctricos.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

29

4.2

Divisor de Corriente

Cuando conectamos resistores en paralelo, obtenemos un divisor de corriente. Esto es muy común en los circuitos electrónicos. I

V

+ -

R1

R2

I1

I2

Figura 1-8 El voltaje en R1 es igual al voltaje en R2. VR1 = VR2 = V La corriente I de la fuente se divide en I1 e I2. I = I1 + I2

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

30

Los resistores en el divisor de corriente están conectados en paralelo. Su resistencia total es igual a: I1 

V R1

I2 

V R2

 1 R  R2 1    V 1 I  V  R1  R 2  R1 R 2  R  R2 V I 1 R1  R 2 I1 

I  R1  R 2 I  R2 V   R 1 R 1 (R 1  R 2 ) R 1  R 2

I2 

I  R1  R 2 I  R1 V   R 2 R 2 (R 1  R 2 ) R 1  R 2

1 I 1 1    R t V R1 R 2 Rt 

R1  R 2 R1  R 2

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

31

De la misma forma podemos encontrar las reglas para n resistores en paralelo. I

V

I1

I2

In

R1

R2

Rn

+ -

Figura 1-9  1 1 1   I  V   R R 2 R  1 n  1 1 1 1    R t R1 R 2 Rn

I1 

V R1

I2 

V V  In  R2 Rn

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

32

Preguntas de preparación 1.

Cual es la corriente del siguiente circuito? I

3V

(a) (b) (c) (d) 2.

R2 100

33mA 3.3mA 330mA 30mA

En el circuito de la pregunta 1, cual será la corriente que fluye en R1? (a) (b) (c) (d)

3.

R1 1K

3mA 30mA 0.6mA 6mA

En el circuito de la pregunta 1, cual será la corriente que fluye en R2? (a) (b) (c) (d)

3mA 30mA 0.6mA 6mA

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

33

Procedimiento: Paso 1:

Conectar el TPS-3100 a la fuente de Alimentación.

Paso 2:

Conectar la fuente de alimentación a la corriente.

Paso 3:

Encender la unidad. El DVM debe aparecer en la pantalla.

Paso 4:

Inserte la tarjeta BRD-3121 al TPS-3100.

Paso 5:

Observe la pantalla y compruebe que el nombre de la tarjeta de Experimento aparecen y no se detecta ninguna falla. . El BRD-3121 incluye las salidas de suministro de corriente + 12V, + 5V y Vvar. El Vvar es una salida de voltaje variable de la gama –12V a + 12V que puede cambiarse mediante el potenciómetro deslizante Vvar en el TPS-3100.

Paso 6:

Use los componentes B1 y B6 para implementar el siguiente circuito. V1

A

Vvar 3V

+

1K

R10

100

R11

-

Paso 7:

Ajuste el voltaje variable a +3V.

Paso 8:

Anote el voltaje medido: V1 = ____V

Paso 9:

Calcule IR10: I R10 

V1  _____ mA 1K

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

34

Paso 10: Calcule IR11: I R11 

V1  _____ mA 100

Paso 11: Mida la corriente total: A

3V

+

1K

R10 5.1K

R11

-

IT = ____mA Paso 12: Verifica si: IT = IR10 + IR11 Paso 13: La Segunda Ley de Kirchoff expresa que la suma de las corrientes que llegan a un nudo de un circuito eléctrico y las que salen de él, es nula. Si una corriente sale de un nudo se incluye en la suma con el signo negativo. En el caso de las salidas, tomaremos el nudo en donde R10 y R11 están conectados al signo más de la fuente de poder. La corriente de la fuente de poder llega a este nudo, por tanto, I T debe tomarse con el signo positivo. Las corrientes del resistor están saliendo del nudo, por ende, deben ser tomadas con los signos negativos. Verifica si: IT – IR10 – IR11 = 0

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

35

Paso 14: Ahora ya tenemos un aparato para calcular cualquier red de resistores sea serial o paralela. Calcula la resistencia del circuito B7. R13 100 1K

R14 5.1K

R15

Cuando encuentro redes de resistencia mixta complicadas es fácil calcular la resistencia total en pasos: en primer lugar encontrar parte de la red que se puede reconocer como una simple conexión – ya sea en serie o en paralela. Sustituir esa parte como una resistencia con valor igual a la resistencia total de esa parte. Usted obtendrá un nuevo circuito, que es exactamente igual a la anterior, pero tiene menos componentes y por lo tanto, es más sencillo. Encontrar otra parte esa conexión es familiar y proceder de esta forma. En nuestro caso, es obvio que los resistores R14 y R15 se conectan en paralelo. La resistencia resultante está conectada en serie con R13. La resistencia total de la red es:: RT = ____

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

36

Paso 15: Conecta el circuito B7 a +5V y mide la corriente y voltaje total. R13 V1

A

100 R14 1K

R15 5.1K

V = _____V I = _____mA Paso 16: Calcula la resistencia del circuito: R

V I

Paso 17: Compara la resistencia medida con la calculada.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

37

Preguntas de resumen: 1.

Cual es la corriente del siguiente circuito? I

9V

(a) (b) (c) (d) 2.

R11 100

33mA 3.3mA 330mA 30mA

En el circuito de la pregunta 1 cual seria la corriente que fluye en R10? (a) (b) (c) (d)

3.

R10 1K

3mA 30mA 0.6mA 6mA

En el circuito de la pregunta 1 cual seria la corriente que fluye en R11? (a) (b) (c) (d)

3mA 30mA 0.6mA 6mA

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

38

Experimento 1.5 – Resistores Variables Objetivos:  Introducción a los resistores variables.  Resistencia dependiente de la temperatura.  Resistencia dependiente de la luz.

Equipo requerido:  TPS-3100  BRD-3121  Cable banana

Discusión: 5.1

Potenciómetro y reóstato

Algunas veces, necesitamos un resistor cuyo valor no está disponible entre los componentes estándar. En este caso, utilizamos un resistor variable, o potenciómetro. Por lo general, el potenciómetro consta de tres conductores y una perilla para ajustar su resistencia. La siguiente figura muestra la conexión interna del potenciómetro:

R

Common

Figura 1-10 El conductor central se llama común, porque su resistencia se mide generalmente entre ese conductor y uno de los otros conductores. Es evidente que la resistencia entre los conductores exteriores es constante e independiente en la posición del conductor común. Por otro lado, la resistencia entre el conductor común y uno de los conductores exteriores puede ajustarse al girar la perilla (o mover el manubrio en algunos potenciómetros):

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

39

0

R R

½R

R 0

R R

½R

Figura 1-11 Es fácil ver que los dos resistores medidos entre el conductor común y los dos conductores exteriores se complementan. Esto significa que su suma siempre da R. Cuando los conductores exteriores se conectan a una fuente de voltaje, el voltaje en el conductor común es proporcional a la posición de su contacto dentro del potenciómetro, utilizando así un divisor de voltaje variable. Un resistor variable puede obtenerse al utilizar un potenciómetro con uno de los conductores exteriores desconectado. El valor del potenciómetro no debe ser inferior a la resistencia máxima requerida. Algunos potenciómetros sirven para transferir energía variable a la carga. Por lo general, presentan baja resistencia y se llaman reóstatos. El BRD-3121 cuenta con dos resistores variables, uno es un reóstato y el otro es un potenciómetro común. Los potenciómetros tienen normalmente una resistencia más grande y son hechos de cobre; los reóstatos tienen poca resistencia y son hechos de acero. El siguiente circuito proporciona un ejemplo para el uso de un resistor variable en la aplicación de voltaje variable a la carga:

Load

+ -

R

Figura 1-12

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

40

5.2

Termistores

El termistor es un resistor, que cambia su resistencia según la temperatura. Cada materia en la naturaleza tiene electrones, que se mueven alrededor del núcleo del átomo. En un material conductor, algunos de los electrones son los electrones libres, que pueden moverse de átomo a átomo y cambiar lugares con otros electrones libres. Más electrones libres en el material lo harán más conductor y menos resistente eléctricamente. La calefacción de un resistor es prácticamente la transferencia de energía al conductor. El electrón es el elemento, que recibe esta energía y amplifica su velocidad. En algunos resistores, más electrones son liberados de los átomos cuando éstos se calientan y su resistencia disminuye. Estos resistores se llaman resistores de Coeficiente Negativo de Temperatura o NTC. Hay algunos resistores en los que la temperatura influye en ellos en forma inversa. Cuando se calientan, los electrones constantes (no los libres) vibran más. Estas vibraciones influyen y perturban el movimiento libre de los electrones y de esta manera la conducción cae y la resistencia aumenta. Este tipo de resistores se llama PTC (Coeficiente Positivo de Temperatura). Ambos nombres provienen de una fórmula que describe el valor del resistor que depende de la temperatura: R = Ro + C(T – To) En esta fórmula, R es la resistencia a una temperatura determinada T, R0 es la resistencia a una temperatura específica T0, generalmente temperatura ambiente: +20°C. C es el coeficiente de temperatura y es positivo en PTC y negativo en NTC.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

41

Para conseguir un interruptor, que se está alternando según la temperatura, conectamos el termistor en serie a otro resistor en uno de los métodos siguientes:

R

NTC V

A R

V

R

PTC B

V

NTC

C

V

R

D PTC

Figura 1-13 El resistor R se adapta al valor del termistor, dependiendo del voltaje que deseamos conseguir en la temperatura ambiente. Cuando la temperatura está aumentando, los voltajes VA y VD aumentarán también y cuando la temperatura está disminuyendo, los voltajes VB y VC también disminuirá. Compruebe esto. En vez de usar el resistor constante R, podemos utilizar un potenciómetro para determinar el voltaje deseado en la temperatura ambiente.

5.3

Resistor Dependiente de la Luz – LDR

La luz que incide sobre un resistor puede también transferir energía al resistor. Algunos resistores son muy sensibles a la luz y aumentan su conducción (más electrones libres). Un componente basado en esta clase de resistor se llama LDR (Resistor Dependiente de la Luz).

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

42

Para conseguir un voltaje dependiente de luz, conectamos el LDR con otro resistor en uno de los métodos siguientes:

R

LDR V

A

V

R

B NTC

Figura 1-14 El resistor R se adapta al valor de LDR, dependiendo del voltaje que deseamos conseguir en un cierto estado de luz (obscuridad, luz completa o luz regular). En vez de usar el resistor constante R, podemos utilizar un potenciómetro para determinar el voltaje deseado en la luz del cuarto. Cuando la luz en el LDR está aumentando, el VA de los voltajes aumentará también y cuando la luz en el LDR está disminuyendo, los voltajes V B también disminuirán.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

43

Preguntas de preparación 1.

En el siguiente circuito, el regulador está en la posición central. Cual es el valor de Vo?

10V

(a) (b) (c) (d) 2.

R1 10K

Vo

6V 10V 5V 4V

En el siguiente circuito, el regulador está en la posición central. Cual es el valor de Vo?

10V

R1 10K

Vo 12K

(a) (b) (c) (d)

5.9V 10V 5V 4.1V

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

44

3.

En el siguiente circuito, que pasa con el valor de Vo cuando la temperatura sube? R V

Vo NTC

(a) (b) (c) (d) 4.

No hay cambio baja sube Sube y después baja

En el siguiente circuito, que pasa con el valor de V o cuando la temperatura sube?

R V

Vo PTC

(a) (b) (c) (d)

No hay cambio baja sube Sube y después baja

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

45

Procedimiento: Paso 1:

Conectar el TPS-3100 a la fuente de Alimentación.

Paso 2:

Conectar la fuente de alimentación a la corriente.

Paso 3:

Encender la unidad. El DVM debe aparecer en la pantalla.

Paso 4:

Inserte la tarjeta BRD-3121 al TPS-3100.

Paso 5:

Observe la pantalla y compruebe que el nombre de la tarjeta de Experimento aparecen y no se detecta ninguna falla. . El BRD-3121 incluye las salidas de suministro de corriente + 12V, + 5V y Vvar. El Vvar es una salida de voltaje variable de la gama –12V a + 12V que puede cambiarse mediante el potenciómetro deslizante Vvar en el TPS-3100.

Paso 6:

Use los componentes B1 y B5 para implementar el siguiente circuito. V1

Vvar 10V

P 10K

V2

Paso 7:

Ajuste Vvar a voltaje de salida de 10V (medido por V1).

Paso 8:

Rote la perrilla del potenciómetro y observe los voltajes en V1. Verifique que puede obtener todos los voltajes en el rango de 0 a 10 voltios (medido por V2).

Paso 9:

Rote la perrilla del potenciómetro en sentido anti reloj (CCW) al máximo. El voltaje medido debe ser 0V.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

46

Paso 10: Rote la perrilla del potenciómetro en sentido reloj (CW) al maximo. El voltaje medido debe ser 10V. Paso 11: Divida la rotación del potenciómetro en 5 rangos, varié la posición del potenciómetro entre estos rangos y anote el voltaje medido: Posición del Potenciómetro

Posición Max. CCW

Entre Max. CCW y Centro

Posición Centro

Entre Centro y Max. CW

Posición Max. CW

V2 V2/V1

Paso 12: Verifique que los cambios en los voltajes medidos son lineares con los rangos de las mediciones. Paso 13: Conecte una resistencia de 12K al potenciómetro de acuerdo al siguiente circuito: V1

Load

Vvar 10V

V2

R12 12K

Paso 14: Divida la rotación del potenciómetro en 5 rangos, varié la posición del potenciómetro entre estos rangos y anote el voltaje medido: Posición del Potenciómetro

Posición Max. CCW

Entre Max. CCW y Centro

Posición Centro

Entre Centro y Max. CW

Posición Max. CW

V2 V2/V1

Paso 15: Verifique que los cambios en los voltajes medidos son lineares con los rangos de las mediciones.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

47

Paso 16: Implemente el siguiente circuito usando los componentes B8. V1 R16 100K Vvar 10V

V2 NTC

Paso 17: Cambie Vvar hasta que V1 es igual a 10V. Paso 18: Mida el voltaje V2 el voltaje sobre el NTCNTC. Paso 19: Calcule la resistencia del NTC de acuerdo a la siguiente formula: R NTC 

V 2  R 16 V1  V 2

Explique como se llego a esta formula. Paso 20: Suponiendo que el NTC no ha sido tocado, su temperatura es igual a la temperatura de ambiente, aproximadamente 20 C. Si tienes un termómetro en la habitación, puedes determinar más precisamente la temperatura. Anota: Ro = _____  To = _____ C Paso 21: Toque el resistor NTC y observa que el voltaje baja. Espere hasta que los números dejan de cambiar. Esto significa que la resistencia se ha calentado a la temperatura de tu cuerpo. Calcule y anote las lecturas R = _____  T = 34 C

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

48

Paso 22: Ahora puedes calcular el coeficiente de temperatura del resistor: C

R  Ro T  To

C = ____ K/C El resultado va a ser negativo ya que R es mas grande que Ro. Paso 23: Repita los pasos 16-22 con un resistor PTC: Ro = ___  To = ___ C R = ___  T = 34 C C = ___ /C Paso 24: Usa el mismo método para calcular la resistencia del LDR. Rlight = ___  Paso 25: Cierra la ventana del LDR's con tu dedo. Mida y calcula la resistencia una vez más: Rdark = ___  Paso 26: Pon tu dedo a cierta altura del LDR. La resistencia debe ser entre los valores obtenidos en los pasos anteriores.

BRD-3121 – Circuitos de CC, Leyes de Ohm y Kirchoff

49

Preguntas de resumen: En el siguiente circuito la perrilla esta en el centro cual es el valor de Vo?

10V

(a) (b) (c) (d)

R1 10K

Vo

6V 10V 5V 4V

En el siguiente circuito la perrilla esta en el centro cual es el valor de Vo?

10V

R1 10K

Vo 12K

(e) (f) (g) (h)

5.9V 10V 5V 4.1V

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50

2.

Que pasa con el valor de Vo cuando la temperatura baja? R V

Vo NTC

(a) (b) (c) (d) 3.

No hay cambio baja sube Sube y después baja

Que pasa con el valor de Vo cuando la temperatura baja?

R V

Vo PTC

(a) (b) (c) (d)

No hay cambio baja sube Sube y después baja

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51

Experimento 6 – Solución de Problemas Objetivos:  Solucionar problemas en circuitos eléctricos.

Equipo requerido:  TPS-3100  BRD-3121  Banana wires

Discusión: El TPS-3100 incluye 10 relés para inserción de fallas o para activar componentes externos. La pantalla de fallas es seleccionada por medio de la tecla Options/Graph. FAULTS Please choose Fault No.: 0–9 Activated fault Number: 0 Num Lock

Tipiando un número de falla y presionando ENTER activa el relé de la falla seleccionada. Fault No. 0 significa no falla. El relé que active la falla seleccionada se registra en el controlador de la tarjeta de experimentación. Cuando el número de falla es ingresado, el sistema accede el procesador de la tarjeta de experimentación para recibir el numero del relé, y activa la falla seleccionada.

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El controlador de la tarjeta de experimentación guarda la ultima falla registrada en su memoria, esta memora es no volátil. De esta forma el sistema no nos permite insertar una falla si no hay una tarjeta de experimentación insertada en la base. Cuando una tarjeta de experimentación tiene una falla (fuera de o) grabada en su memoria es insertada en una base, un mensaje aparece en la pantalla de la base. Esta opción permite al instructor dar tarjetas de experimentación a los alumnos con diferentes fallas insertadas. Nota: Se recomienda (a menos que se lo requiera), resetear el numero de falla de falla a cero antes de desenchufarla.

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Procedimiento: Paso 1:

Conectar el TPS-3100 a la fuente de Alimentación.

Paso 2:

Conectar la fuente de alimentación a la corriente.

Paso 3:

Encender la unidad. El DVM debe aparecer en la pantalla.

Paso 4:

Inserte la tarjeta BRD-3121 al TPS-3100.

Falla No. 1: Paso 5:

Use los componentes B1 y B4 para implementar el siguiente circuito. A+

A

A–

V1 R8

12V

V2

R9

Paso 6:

1K

+ 100

Entre falla no. 1. Cual es la falla? (a) (b) (c) (d)

R8 esta desconectado. R9 esta en cortocircuito a GND. R9 esta desconectado. No hay voltaje de la fuente.

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Falla No. 2: Paso 7:

Use los componentes B1 y B6 para implementar el siguiente circuito. V1

A

Vvar 3V

Paso 8:

1K

+

R10

100

R11

-

Entre falla no. 2. Cual es la falla? (a) R10 esta desconectado. (b) R11 esta en cortocircuito a GND. (c) R11 esta desconectado. (d) No hay voltaje de la fuente.

Falla No. 3: Paso 9:

Conectar el circuito B7 a +5V y mida la corriente y voltaje total. R13 A

V1

100

5V

R14 1K

R15 5.1K

Paso 10: Entre falla no. 3. Cual es la falla? (a) (b) (c) (d)

R13 esta desconectado. R14 esta desconectado. R15 esta desconectado. No hay voltaje de la fuente.

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Falla No. 4: Paso 11: Conectar el circuito B7 a +5V y mida la corriente y voltaje total. R13 A

V1

100 R14 1K

5V

R15 5.1K

Paso 12: Entre falla no. 4. Cual es la falla? (a) (b) (c) (d)

R13 esta desconectado. R14 esta desconectado. R15 esta desconectado. No hay voltaje de la fuente.

Falla No. 5: Paso 13: Implemente el siguiente circuito usando componentes B8. V1 R16 100K Vvar 10V

V2 PTC

Paso 14: Entre falla no. 5. Cual es la falla? (a) R16 esta desconectado. (b) PTC esta en cortocircuito a GND. (c) PTC esta desconectado. (d) No hay voltaje de la fuente.

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Falla No. 6: Paso 15: Implemente el siguiente circuito usando componentes B8. V1 R16 100K Vvar 10V

V2 PTC

Paso 16: Entre falla no. 6. Cual es la falla? (a) R16 esta desconectado. (b) PTC esta en cortocircuito a GND. (c) PTC esta desconectado. (d) No hay voltaje de la fuente.

Falla No. 7: Paso 17: Use los componentes B1 y B5 para implementar el siguiente circuito. V1

Vvar

+ -

P 10K

V2

Paso 18: Entre falla no. 7. Cual es la falla? (a) La perilla esta desconectado. (b) El centro esta en cortocircuito a GND. (c) El terminal bajo del potenciómetro esta desconectado. (d) No hay voltaje de la fuente.

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Falla No. 8: Paso 19: Use los componentes B1 y B5 para implementar el siguiente circuito. V1

Vvar

+ -

P 10K

V2

Paso 20: Entre falla no. 8. Cual es la falla? (a) La perilla esta desconectado. (b) El centro esta en cortocircuito a GND. (c) El terminal bajo del potenciómetro esta desconectado. (d) No hay voltaje de la fuente.

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