Circuito RL en corriente continua - Escuela de Ingeniería Electrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
I SEMESTRE 2006
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
EL-2107 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN CORRIENTE CONTINUA
Prof: Ing. Marvin Hernández C.
Experimentos 12,13
CIRCUITOS RC Y RL EN CORRIENTE CONTINUA
1. Objetivos
1.1 Objetivo general
Comprobar experimentalmente el comportamiento de los circuitos RC y RL en
corriente continua.
1.2 Objetivos específicos
1.2.1 Obtener experimentalmente la forma de onda del voltaje y la corriente en un
capacitor y un inductor en circuitos RC y RL, respectivamente.
1.2.2 Determinar experimentalmente la constante de tiempo  para tales circuitos.
2. Cuestionario previo
2.1 Favor traer al menos tres hojas de papel milimétrico.
2.2 Investigue la relación Corriente-Voltaje del capacitor y del inductor. Explique el
comportamiento de ambos componentes en términos de esta relación. Utilice algún
software de simulación circuitos para la obtención de todas las curvas teóricas solicitadas.
2.3 Investigue el significado de la constante  para circuitos RC y RL. Explique
claramente.
2.4 Obtenga la respuesta de un circuito RL ante una tensión cuadrada de 1 KHz y 2 Vpp,
y de un circuito RC ante una tensión cuadrada de 10 Khz y 4 Vpp. Determine la forma del
voltaje y la corriente de ambos elementos de cada circuito. Suponga L= 10 H, R = 100
k y C= 1 nF, R= 10 K, en cada circuito correspondiente.
2.5 ¿Cómo es la forma de la tensión y la corriente en el inductor y capacitor si  aumenta
10 veces? ¿Cuál es la forma de la tensión y la corriente en el inductor y capacitor si 
disminuye 10 veces su valor original? Explique.
2.6 Suponga que en el circuito del punto 2.4 se varía la frecuencia de la onda cuadrada a
10 KHz y  se mantiene(circuito RL) y la frecuencia se varía a 1Khz y  se
mantiene(circuito RC). ¿Cuál es la forma de la tensión y la corriente en los elementos
(capacitor e inductor)?
3. Equipo
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Placa de conexiones universal
Cables de conexión y puentes
Generador de funciones
Osciloscopio
Cables BNC con lagartos
1 Resistencia de 10 K y una de100 K
1 Inductor de 10 H y un capacitor de 1 nF
2
4 Procedimiento circuito RC
4.1 Monte el circuito mostrado en la figura 1.
4.1 En el generador de funciones, elija la onda cuadrada.
4.2 Ajuste la frecuencia de operación a 10 kHz, el ciclo de trabajo al 50% (onda simétrica)
y la amplitud de la onda a 4 V pico-pico.
4.3 Observe simultáneamente las señales del generador (VT) y del condensador (VC).
Ajuste la base de tiempo para que se observe claramente al menos un período de las
ondas. Dibuje las ondas en fase correcta. Utilice papel milimétrico y gradúe los ejes.
4.4 Intercambie la posición de los componentes R y C, como se muestra en la Figura 2.
Mida VT y VR.
4.5 Para todos los casos, anote los valores pico, la frecuencia de operación, las escalas
de voltaje y tiempo y el valor máximo de la señal en consideración.
Figura 1. Circuito de medición para el
voltaje en el capacitor
Figura 2. Circuito de medición para la
corriente en el capacitor
4.6 Cambie la frecuencia del generador a 1 kHz. Repita los puntos 4.3 y 4.4.
4,7 Cambie la frecuencia del generador a 100 kHz. Repita los puntos 4.3 y 4.4.
5. Evaluación circuito RC
5.1 A partir de las curvas dibujadas, obtenga gráficamente el valor de la constante de
tiempo , así como los valores de voltaje y corriente obtenidos en t = .
5.2 Calcule la constante de tiempo para los valores de resistencia y capacitancia
utilizados en el experimento. Calcule además la relación  / T, donde T es el período de
la onda cuadrada.
5.3 Compare el valor teórico de  (punto 5.2) con el valor obtenido en el punto 5.1.
3
5.4 Comente el efecto de mantener  constante y variar T, respecto de las formas de
onda de voltaje y corriente en el capacitor, así como los valores alcanzados en una
constante de tiempo.
5.5 Calcule, para cada caso, el valor teórico de voltaje (VC) que debe alcanzar el circuito
al transcurrir una constante de tiempo y compárelo con los valores experimentales.
5.6 ¿Cuál es el valor máximo de corriente en el capacitor obtenido para cada una de las
frecuencias utilizadas? ¿Qué determina este valor? Compare la forma de onda de la
corriente y el voltaje.
5.7 Utilice las curvas obtenidas de VC(t) e iC(t), a la frecuencia de 10 KHz, para
comprobar la relación iC = Cdv/dt. Considere el instante t = 0 el momento en que VT pasa
de -2V a 2V, para ese instante obtenga gráficamente en la curva de VC(t), la pendiente
ΔV/Δt. Multiplique por la capacitancia utilizada y compare con el valor de la curva iC(t), en
el instante t = 0. Indique en el gráfico el trazado de la pendiente.
5.8 Para una tensión cuadrada de 10 kHz, ¿qué sucedería si la capacitancia se mantiene
constante y la resistencia aumenta? ¿Qué sucede si la capacitancia disminuye y la
resistencia se mantiene constante? Haga referencia a las formas de las curvas, cambios
en la constante de tiempo, así como los valores máximos de voltaje en el capacitor. ¿Qué
sucedería con la corriente en cada caso?
5.9 Si quisiera aproximar una onda rectangular utilizando un circuito RC, ¿qué valores de
resistencia y capacitancia escogería para una frecuencia de operación de 100 Hz?
¿Indique donde mediría esa señal cuadrada en Vc o VR?
5.10 Explique por qué la tensión pico-pico en la resistencia es el doble de la tensión picopico del generador para el circuito de la figura 2.
5.11 Investigue al menos dos aplicaciones de los circuitos RC.
4. Procedimiento circuito RL
4.1 En el generador de funciones, elija la onda cuadrada. Monte el circuito de la figura 1.
4.2 Ajuste la frecuencia de operación a 1 KHz y la amplitud de la onda a 4 Vpp.
4.3 Obtenga y dibuje las curvas de voltaje del generador (VG) y de la bobina (VL) en fase
correcta.
4.4 Intercambie la ubicación de la resistencia y la bobina como se muestra en la figura 2.
4
4.5 Obtenga y dibuje en fase correcta respecto al voltaje del generador (VG) la curva de
carga y descarga de la corriente a través de la bobina (iL) y determine la constante de
tiempo .
Figura 1. Circuito de medición para el
voltaje en el inductor
Figura 2. Circuito de medición para la
corriente en el inductor
4.6 Para todos los casos, recuerde anotar valores pico, la frecuencia de operación, las
escalas de voltaje, tiempo y el valor máximo de la señal en consideración. Utilice papel
milimétrico al graficar.
4.7 Cambie la frecuencia del generador a 100 Hz. Repita el punto 4.5.
4.8 Cambie la frecuencia del generador a 10 KHz. Repita el punto 4.5.
5. Evaluación circuito RL.
5.1
Calcule la constante de tiempo para los
utilizados en el experimento.
valores de resistencia e inductancia
5.2
Calcule además la relación  / T, para cada una de las frecuencias utilizadas, donde
T es el período de la onda cuadrada. Compare el valor teórico de  con los valores
leídos directamente de sus curvas.
5.3
Comente el efecto de mantener  constante y variar T, compare las formas de onda
de voltaje y corriente en el inductor para las diferentes frecuencias.
5.4 Calcule, para cada caso, el valor teórico de corriente que debe alcanzar el circuito
luego de una constante de tiempo (considere la constante de tiempo a partir del flanco
positivo de la señal de entrada) y compárelo con los valores leídos de sus curvas.
5.5 ¿Cuál es el valor máximo de voltaje en el inductor obtenido en los puntos 4.5 a 4.8?
¿Qué significado tiene este valor? Compare la forma de onda de la corriente y el voltaje.
5.4 Utilice las curvas obtenidas en el punto 4.5 para comprobar la relación VL = Ldi/dt.
Considere t = 0 en el flanco positivo de la señal de entrada.
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5.5 Para una tensión cuadrada de 1 kHz, ¿qué sucedería si la inductancia se mantiene
constante y la resistencia cambia? ¿Qué sucede si la inductancia cambia y la resistencia
se mantiene constante? Haga referencia a las formas de las curvas, cambios en la
constante de tiempo, así como los valores máximos de voltaje en el inductor. ¿Qué
sucedería con la corriente en cada caso?
5.6 Se quiere obtener una onda triangular utilizando un circuito RL, ¿qué valores de
resistencia e inductancia escogería para una frecuencia de operación de 10 kHz? ¿Dónde
se vería la onda triangular, en R o en L?
5.7
Investigue al menos dos aplicaciones de los circuitos RL.
MHC/1-2006