UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS COORDINACIÓN DE ELECTRÓNICA Y BIOMÉDICA GUÍA DE LABORATORIO Nº 03 CICLO 01-2015 I. II. NOMBRE DE LA PRACTICA: Leyes de Kirchhof LUGAR DE EJECUCIÓN: Laboratorio de Fundamentos Generales (edificio 3, aula 3.21) TIEMPO ESTIMADO: 3 horas ASIGNATURA: Electrónica Básica INSTRUCTOR(ES): Tania Martínez/ Francisco Hernández/ Xochilt Urrutia OBJETIVOS Demostrar la ley de voltaje de Kirchhof. Demostrar la ley de corriente de Kirchhof. Calcular valores de tensión, aplicando el principio del divisor de tensión. Calcular valores de corriente, aplicando el principio del divisor de corriente. INTRODUCCIÓN TEÓRICA La Ley de Kirchhoff de las Tensiones (L.V.K.) La ley de Kirchhof de las tensiones afirma que la suma algebraica de las tensiones en cualquier lazo cerrado de un circuito es nula. Σv = 0 Para aplicar esta ley, se elige cualquier lazo de un circuito con el fin de analizarlo. Considere un punto cualquiera, siga por todo el lazo y termine en el mismo punto donde había empezado. A medida avance en el lazo, sume las tensiones de cada componente del lazo. Si la tensión del componente es positiva, lleva el signo [+]; si es negativa, un signo [-]. Cuando se complete el lazo y se regrese al punto de partida, la suma de las tensiones será cero. La Ley de Kirchhoff de las Corrientes (L.C.K.) La ley de Kirchhof de las corrientes afirma que la suma algebraica de las corrientes que circulan hacia cualquier nodo de un circuito es igual a cero. Se adopta la convención de que las corrientes que entran al nodo se consideran positivas, y las que salen, se consideran negativas. Σi = 0 Para comprobar la ley de Kirchhof de las corrientes, se mide el valor algebraico de cada una de las corrientes que fluyen a un nodo del circuito. Para medir las corrientes que entran al nodo, conecte la punta de prueba [-] del instrumento al mismo nodo y la punta [+] al otro terminal del componente por el cual circula la corriente a medir. Los Divisores de Tensión El divisor de tensión es una red de resistores destinada a reducir una tensión de entrada a un valor menor. La ecuación para calcular la tensión de salida es: VSAL = Resistencia sobre la cual se toma la salida de tensión Resistencia total del circuito x VEN Los Divisores de Corriente El divisor de corriente es una red que reduce una corriente de entrada a un valor menor. La ecuación para calcualr la salida es: Ix= Resistencia donde no circula IX Resistencia donde circula IX + Resistencia donde no circula IX x IT En términos de conductancia, la ecuación se expresa: ISAL = III. N º 1 2 3 IV. Conductancia en la cual se mide la salida Conductancia paralelo total x IEN MATERIALES Y EQUIPO Requerimientos Unidad PU-2000 Tarjeta EB-101 Par de puntas para multimetro Cantidad 1 1 1 PROCEDIMIENTO PARTE I. LEY DE KIRCHHOFF DE LAS TENSIONES 1. Introduzca la tarjeta EB-101 en el módulo PU-2000. Teclee “*” para llevar el índice a 18. 2. Asegúrese que la fuente de poder PS-1 este en 0V, y conecte R5, R6 R7 y R8 en el circuito serie indicado en la fig. 4.1.1. Conecte la fuente como se muestra. Figura 4.1.1. Circuito serie con R5, R6, R7 y R8. 3. Ajuste la fuente PS-1 a 8V. Para que se cumpla la ley de kirchof, debemos medir siempre en la misma dirección. Trabaje en el sentido horario y siempre mida con la punta de prueba (+) del multimetro conectada al primer borne del componente que se encuentre al avanzar en sentido horario. Comience a seguir el lazo en el lado izquierdo de R5 y termine en ese mismo punto. 4. Comience las mediciones poniendo el multimetro para medir tensión continua. Conecte la punta de prueba (+) del multimetro al terminal izquierdo de R5 y la punta (-) al derecho. Mida la tensión Electrónica Básica 2 cuidando de anotar la polaridad como (+) o (-). Continúe con todos los resistores del lazo, siempre conectando primero la punta de prueba (+) del instrumento. Para completar el lazo, mida la tensión de la fuente de poder (que dará una lectura con signo negativo). Anote todas las mediciones. TENSIÓN EN : R5 = R6 = (V) (V) R7 = (V) R8 = (V) ALIMENTACIÓN DE CD (V) = Tabla 4.1.1. Mediciones para comprobación de la ley de Kirchhof para las tensiones. 5. Sume algebraicamente las 5 tensiones (teniendo en cuenta los signos + y -). SUMA DE LAS TENSIONES DEL LAZO = (V) 6. Ponga el índice en 19. 7. Regrese ambas fuentes de poder a 0 voltios. Conecte el circuito indicado en la figura 4.1.2, respetando las polaridades de las fuentes. Ajuste la fuente de poder PS-1 a 6V y la PS-2 a -3V. Figura 4.1.2. Circuito serie con R5, R6, R9 y R10 con dos fuentes de poder. 8. Comenzando por en terminal izquierdo de R5 y avanzando en sentido horario, mida y anote las tensiones a lo largo del lazo formado por R5, R6, R9, R10, PS-2 y PS-1. TENSIÓN EN R5 = R6 = Electrónica Básica 3 (V) (V) R9 = (V) R10 = (V) PS-2 = (V) PS-1 = (V) Tabla 4.1.2. Mediciones para comprobación de la ley de Kirchhof para las tensiones. 9. Sume algebraicamente las 6 tensiones y anote el resultado: SUMA DE LAS TENSIONES DEL LAZO = (V) PARTE II. LOS DIVISORES DE TENSIÓN 1. Teclee “*” para poner el índice en 21. 2. Regrese ambas fuentes de alimentación a 0V. Conecte a R1 y R8 formando un divisor de tensión como se indica en la figura 4.2.1. Figura 4.2.1. Circuito serie con R7 y R8. 3. Ajuste la fuente de poder PS-1 a 7,5 voltios. Mida las tensiones de la fuente y entre los bornes de R8 con el multimetro. Anote ambas lecturas. TENSIÓN DE LA FUENTE = TENSIÓN EN BORNES DE R8 = (V) (V) 4. Calcule la tensión teórica de salida usando la ecuación del divisor de tensión, considerando a R8 como la resistencia de salida y [R7 + R8] como resistencia total. SUMA DE LAS TENSIONES DEL LAZO = (V) 5. Ponga el índice en 22. 6. Regrese la fuente PS-1 a 0V y desconecte el circuito. Ahora conecte el circuito indicado en la figura 4.2.2 que consiste en un divisor de tensión de 4 resistores. Electrónica Básica 4 Figura 4.2.2. Divisor de tensión con cuatro resistores. 7. Ajuste la fuente de poder PS-1 a 8V. Mida y anote la tensión de salida del divisor, entre los bornes de R8. TENSIÓN DE SALIDA MEDIDA (EN R8) = (V) 8. Calcule la tensión de salida, usando la ecuación del divisor. TENSIÓN DE SALIDA CALCULADA = (V) 9. Regrese la fuente a 0V y desconecte el circuito. PARTE III. LA LEY DE KIRCHHOFF DE LAS CORRIENTES 1. Teclee “*” para poner el índice en 26. 2. Regrese ambas fuentes de poder a 0V. Conecte el circuito indicado en la figura 4.3.1. Figura 4.3.1. Circuito en paralelo con R1, R2 y R3 para comprobación de la ley de Kirchhof para las corrientes. 3. Ajuste la fuente de poder PS-1 a 6V. 4. Mida y anote el valor de las corrientes del nodo, que circulan por R1, R2 y R3. Note que estas corrientes son negativas. A continuación mida y anote la corriente que llega al nodo por la fuente. Esta será positiva. Electrónica Básica 5 CORRIENTE POR: R1= R2= (mA) (mA) R3= (mA) FUENTE PS-1 (mA) = Tabla 4.3.1. Medición de corriente para comprobación de la ley de Kirchhof para las corrientes. 5. Regrese la fuente de poder PS-1 a 0V. Conecte el circuito mostrado en la figura 4.3.2. Ponga a la fuente PS-1 en 6V y a PS-2 en -3V. Figura 4.3.2. Comprobación de la ley de Kirchhof para las corrientes. 6. Mida y anote las corrientes que llegan al nodo por R1, R2, R3 y R4, así como por la fuente PS-1. CORRIENTE POR: R1= R2= (mA) (mA) R3= (mA) R4= (mA) FUENTE PS-1= (mA) Tabla 4.3.2. Mediciones de corriente para la comprobación de la ley de Kirchhof para las corrientes. PARTE IV. LOS DIVISORES DE CORRIENTE 1. Teclee “*” para poner el índice en 28. 2. Regrese las fuentes de alimentación a 0V y conecte la red divisora de corriente de 3 resistores mostrada en la figura 4.4.1. Ponga la fuente de poder PS-1 en 10V. Electrónica Básica 6 Figura 4.4.1. Red divisora de corriente con tres resistencias. 3. Calcule las conductancias de R1, R2 y R3. Súmelas para encontrar la conductancia total del circuito. G1 = (mS) G2 = (mS) G3 = (mS) GT= G1+G2+G3 = (mS) Tabla 4.4.1. Medición de conductancias de la red divisor de corriente. 4. Mida la corriente de entrada el divisor y anótela: IEN = (mA) 5. Utilizando la ecuación conveniente, calcule las corrientes de salida por R1, R2 y R3. ISAL CALCULADA EN R1= (mA ) (mA R2= ) (mA R3= ) Tabla 4.4.2. Mediciones de corriente en R1, R2 y R3. 6. Verifique los cálculos anteriores midiendo las corrientes que circulan en esos tres resistores: (mA ) (mA R2= ) (mA R3= ) Tabla 4.4.2. Mediciones de corriente en R1, R2 y R3. ISAL MEDIDA EN R1= 7. Regrese la fuente PS-1 a 0V. Apague y desconecte el equipo. Electrónica Básica 7 V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS PARTE I. LEY DE KIRCHHOFF DE LAS TENSIONES 1. Realice el análisis teórico, aplicando la ley de Ohm, de los circuitos mostrados en el literal 2 y el literal 7. Compare los resultados obtenidos con los de la tabla 4.1.1. y 4.1.2. Deje constancia de los procedimientos y cálculos realizados. PARTE II. LOS DIVISORES DE TENSIÓN 1. Diseñar un divisor de tensión que presente un voltaje de salida de 3.5V, alimentado con 10V. Realice los procedimientos teóricos necesarios y presente en la próxima sesión de laboratorio el circuito diseñado armado en breadboard. PARTE III. LA LEY DE KIRCHHOFF DE LAS CORRIENTES 1. Realice el análisis teórico, aplicando la ley de Ohm, del circuito mostrado en el literal 2. Compare los resultados obtenidos con los datos de la tabla 4.3.1. Deje constancia de los procedimientos y cálculos realizados. VI. BIBLIOGRAFÍA [1] FLOYD, T.L. Principios de circuitos eléctricos, Pearson, México 2007. [2] BOYLESTAD, R. Análisis introductorio de circuitos. Prentice Hall, México 1998. Electrónica Básica 8 HOJA DE COTEJO GUÍA 03. LEYES DE KIRCHHOFF ESTUDIANTE: MESA: DOCENTE: GL: FECHA: EVALUACIÓN % CONOCIMIENT O 40 % APLICACIÓN DEL CONOCIMIENT O 50 % ACTITUD 10 TOTAL 10 0 Electrónica Básica 9 1 2 3 4 Conocimiento deficiente de los siguientes fundamentos teóricos: Enuncia la ley de Kirchhof para las tensiones. Enuncia la ley de Kirchhof para las corrientes. 1 2 3 4 Cumple con uno o ninguno de los siguientes criterios: Comprueba a través de mediciones la ley de voltaje de Kirchhof. Comprueba a través de mediciones la ley de corriente de Kirchhof. Mide correctamente la tensión a la salida del divisor de tensión. Mide correctamente la corriente en cada rama de un divisor de corriente. 1 2 3 4 Es un observador pasivo, es ordenado pero no hace uso adecuado de los recursos. 5 6 7 Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos. 5 6 7 Cumple solamente dos de los criterios. 5 6 7 Participa ocasionalmente pero sin coordinarse con su compañero, no es ordenado pero hace uso adecuado de los recursos. 8 9 10 NOTA Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos. 8 9 Cumple con criterios. 8 9 10 los NOTA cuatro 10 Participa de forma activa e integral durante el desarrollo de la práctica, haciendo un uso responsable de los recursos en un entorno de trabajo ordenado. NOTA