1 PRACTICA 1. CODIGO DE COLORES DE RESSITORES Y MEDICION DE RESISTENCIA. Zapata Domínguez Fernando, Jiménez Beltrán Iván, Moran Domínguez Edgar, Oropeza Castro Vidal, Ramírez Garista Luis Fernando, Rodríguez Sánchez Rodrigo, Olvera Martínez Jared. una carga con un voltaje específico, en la medición de voltajes en un circuito o en la producción de señales de referencia. I. INTRODUCCIÓN ¿Qué es el divisor de voltaje? El divisor de voltaje o divisor de tensión consiste en una asociación de resistencias o impedancias en serie conectadas a una fuente. De esta manera el voltaje V suministrado por la fuente –voltaje de entrada- se reparte proporcionalmente en cada elemento, según la ley de Ohm: Vi = I.Zi. Donde Vi es el voltaje en el elemento de circuito, I es la corriente que circula por él y Zi la impedancia correspondiente. En aplicaciones de Voltaje Alterno, el circuito divisor de voltaje es una herramienta fundamental para controlar la cantidad de voltaje que fluye a través de un circuito. Este circuito utiliza resistencias en serie para dividir el voltaje de entrada en dos o más partes, lo que permite ajustar la cantidad de voltaje que se envía a cada componente del circuito. ¿Cómo funciona el circuito divisor de voltaje? El circuito divisor de voltaje funciona mediante la conexión de dos o más resistencias en serie en un circuito. El voltaje de entrada se divide proporcionalmente entre las resistencias, según su valor de resistencia. Esto significa que la cantidad de voltaje que fluye a través de cada resistencia es proporcional a su valor de resistencia en relación con el valor total de resistencia del circuito. Por ejemplo, si tenemos un circuito con dos resistencias en serie, R1 y R2, y un voltaje de entrada de 10V, la cantidad de voltaje que fluye a través de cada resistencia dependerá de su valor de resistencia. Si R1 tiene un valor de resistencia de 100 ohmios y R2 tiene un valor de resistencia de 200 ohmios, la cantidad de voltaje que fluye a través de R1 será de 3.33V (33.3% del voltaje total de entrada) y la cantidad de voltaje que fluye a través de R2 será de 6.67V (66.7% del voltaje total de entrada). Usos del circuito divisor de voltaje en aplicaciones de Voltaje Alterno El circuito divisor de voltaje se utiliza comúnmente en aplicaciones de Voltaje Alterno para controlar la cantidad de voltaje que fluye a través de diferentes componentes del circuito. Por ejemplo, puede utilizarse en la alimentación de II. OBJETIVOS Objetivos generales ● Comprender el funcionamiento de los circuitos divisores de voltaje sin carga y su aplicación en la distribución de voltaje en un circuito eléctrico. B. Objetivos específicos ● Reconocer los componentes básicos de un circuito divisor de voltaje, como resistencias y fuente de alimentación. ● Calcular los voltajes en diferentes puntos del circuito divisor de voltaje utilizando la Ley de Ohm y las fórmulas específicas para la división de voltaje. ● Diseñar circuitos divisores de voltaje para obtener voltajes específicos en diferentes partes del circuito. ● Utilizar multímetros y otros instrumentos de medición para medir los voltajes en el circuito y compararlos con los cálculos teóricos. III. MARCO TEÓRICO El voltaje (V), es una medida de la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos en un circuito. Se mide en voltios (V) y representa la fuerza que impulsa a los electrones a moverse a través de un conductor. En un circuito divisor de voltaje, el objetivo es dividir una fuente de voltaje en fracciones más pequeñas para alimentar diferentes componentes o secciones del circuito. La Ley de Ohm establece la relación entre el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito. Se expresa mediante la ecuación: V = I * R. Esta ley es fundamental para comprender cómo las resistencias afectan la distribución de voltaje en un circuito divisor. Un circuito divisor de voltaje es un arreglo de resistencias conectadas en serie entre una fuente de voltaje y la tierra (o un punto de referencia). Este tipo de circuito se utiliza para 2 dividir el voltaje de entrada en proporciones específicas en función de las resistencias utilizadas. Además de los voltajes, es importante comprender cómo calcular la potencia en un circuito. La potencia se calcula mediante la fórmula: PAG = V * I, donde "P" es la potencia en vatios (W), "V" es el voltaje y "I" es la corriente. Esta fórmula es útil para determinar la disipación de potencia en las resistencias del divisor de voltaje. Los circuitos divisores de voltaje se utilizan en una variedad de aplicaciones, como la alimentación de circuitos integrados, sensores y otros dispositivos electrónicos que requieren voltajes específicos. IV. DESARROLLO A. Mediciones en un divisor de voltaje fijo A1. Con la alimentación apagada y el interruptor S1 abierto, arme el circuito de la figura 10-5. Los valores de R1 a R4 son los nominales de los resistores. A5. Use en la figura 10-5 los valores nominales de los resistores y un voltaje de la fuente de 15 V para calcular la corriente I suministrada por la fuente de alimentación y V1 V2 V3 V4 VBE VCE Y VDE. Utilice las fórmulas obtenidas en la sección Información Básica. Registre sus respuestas en la tabla 10-1. A6. Con el circuito aún conectado como en la figura 10-5, cierre S₁. Ajuste la fuente de alimentación de modo que el miliamperímetro indique 1.5 mA. Mida V1 V2 V3 V4 VBE VCE Y VDE. en la tabla 10-1. A7. Con el valor nominal de los resistores y una corriente de fuente de 1.5 mA en la figura 10-5, calcule el volta- je de la fuente de alimentación VEA y V1 V2 V3 V4 VBE VCE Y VDE. Use las fórmulas obtenidas en la sección In- formación Básica y registre sus respuestas en la tabla 10-1. B. Mediciones en un divisor de voltaje variable B1. Con la alimentación apagada y el interruptor S₁ abierto arme el circuito de la figura 10-6. Ajuste el voltaje de la fuente de alimentación en 15 V y mantenga este valor durante el experimento. B2. Cierre S. Gire el eje del potenciómetro al máximo en el sentido de las manecillas del reloj de modo que la terminal móvil esté en A. Mida VAB. VBC él y registre los valores en la tabla 10-2. B3. Gire el eje del potenciómetro hasta que la terminal móvil esté en el punto medio entre A y C. Mida V AB. VBC e I y registre los valores en la tabla 10-2. Figura 10-5. Circuito divisor de voltaje fijo para el paso A1 del procedimiento. A2. Conecte el voltímetro a la fuente de alimentación y ajústela hasta que el voltímetro indique 15 V. Mantenga es- te voltaje en los pasos A3 y A4. B4. Gire el eje en el sentido contrario de las manecillas del reloj hasta el máximo, de modo que la terminal móvil esté en C. Mida y registre VAB. VBC e I en la tabla 10-2. A3. Cierre S₁. Mida el voltaje de la fuente y registre su valor en la tabla 10-1. El voltímetro debe indicar 15 V; de no ser así, ajuste la fuente. Conecte el voltímetro entre A y B para leer el voltaje en R₁; éste es el voltaje V₁. De igual manera, conecte el voltímetro entre B y С pаra leer V₂, el voltaje en R₂; entre C y D para leer V3, el voltaje en R, y entre Dy E para leer V₁. el voltaje en R4. Registre todos los valores medidos en la tabla 10-1. A4. Conecte el voltímetro entre B y E para medir el volta- je VBE. el voltaje en la combinación en serie de R2, R3 y R₁. En forma similar conecte el voltímetro entre C y E para medir VCE y entre Dy E para medir VDE. Registre todos los valores medidos en la tabla 10-1. Abra S₁. B5. Manteniendo el voltaje de la fuente en 15 V, ajuste el potenciómetro hasta que el voltaje entre B y C (Vac) sea de 9 V. Mida y registre V, VAB. Vac en la tabla 10-3. No cambie la posición de la terminal móvil del potenció- metro. B6. Abra S₁. Con un óhmetro mida la resistencia entre AB (RAB), BC (RBC) y AC (RAC) y registre estos valores en la tabla 10-3. 3 B7. Con V = 15 V y la resistencia total del potenciómetro de 10 k Ω calcule los valores de RAB Y RBC necesarios para que VBC = 9 V. C. Diseño de circuitos divisores de voltaje. C1. Diseñe un circuito divisor de voltaje que suministre un voltaje variable de 0 a 11.5 V a partir de una fuente de alimentación de 15 V constantes. Seleccione sólo los resistores y el potenciómetro de la lista de materiales de este experimento. Dibuje un diagrama del circuito que muestre los valores de todos los componentes. Tras la aprobación del instructor, arme el circuito y mida los voltajes y la corriente. Tabule los resultados. V. SIMULACIÓN Una vez analizados los circuitos de manera teórica, procedemos a hacer un armado de manera ya física, haciendo sustitución de la resistencia 4 por una de 3.8k. Circuito 1: Se hace primeramente una medición de corriente total, ajustando la fuente de alimentación a 15V, se continúa haciendo mediciones de voltaje en cada una de las resistencias, donde se observa que el voltaje en un circuito en serie va cambiando conforme al número de resistencias donde se hace la medición. Circuito 2: Observamos que es un circuito donde solo vemos que es el uso del potenciómetro, donde se realizarán los mismos puntos de medición de voltaje, pero ahora con este que tiene la opción de hacer variar corriente y voltaje. Se le da una alimentación de 15V y se gira el potenciómetro en sentido contrario del reloj donde vemos un aumento total en corriente llegando a los 29 mA, se regresa en sentido a las manecillas del reloj y la corriente baja totalmente hasta un nivel de 2.31mA. Con los voltajes ocurre algo similar, conforme a la terminal donde se mida y el sentido al que se rote el potenciómetro. Circuito 3: En este circuito es donde se va a hacer la unión de ambos circuitos con el fin de hacer un divisor de voltaje. VI. RESULTADOS Al inicio de este documento referente a la práctica número 4(Divisor de voltaje) se presentaron varios objetivos a cumplir durante y al finalizar dicha práctica. En este punto de este mismo documento se presentan los resultados de la práctica, y además se visualizará como y si es que los objetivos propuestos se cumplen. Como primer objetivo específico tenemos el siguiente: Reconocer los componentes básicos de un circuito divisor de voltaje, como resistencias y fuente de voltaje. Y como veremos a continuación este objetivo se concluyó como objetivo cumplido, 4 Como podemos observar en la imagen, gracias a todo el conocimiento e información que se obtuvo dentro del documento de la práctica, se consiguió la habilidad de reconocer los componentes básicos de un circuito, utilizando en el caso de la imagen 4 resistencias, y un potenciómetro para poder realizar un divisor de voltaje como se necesitaba en el ejercicio sugerido dentro del documento, al mismo tiempo se aprendió a usar la fuente de voltaje al usar esta misma administrando cierto voltaje dentro de nuestro circuito divisor de voltaje. Nuestro siguiente objetivo fue: Calcular los voltajes en diferentes puntos del circuito divisor de voltaje utilizando la Ley de Ohm y las fórmulas específicas para la división de voltaje. En la imagen de a continuación se mostrará cómo se realizó este punto y como se llevó a cabo este objetivo desde el punto de vista de una problemática En la imagen anterior se muestra el diseño en protoboard de un problema de el mismo ámbito (Divisores de voltaje), aquí se encuentra el equipo realizando varias mediciones de voltaje a través de las resistencias del divisor de voltaje, para conocer el voltaje que transcurre por cada resistencia y punto medido dentro del circuito de divisor de voltaje. Para esto se usó la ley de ohm, y la fórmula del divisor de voltaje. V = I*R Vi = I.Zi. Ley de ohm formula de impedancia (ley de ohm) El siguiente objetivo que se tuvo fue: Diseñar circuitos divisores de voltaje para obtener voltajes específicos en diferentes partes del circuito. En este punto la problemática a resolver fue distinta, en este caso se tendrá que realizar un cálculo, en el cual se tendrán que encontrar resistencias para crear un circuito divisor de voltaje, el cual nos proporcione cantidades de voltaje predefinidas en la problemática. Imagen de la problemática a realizar y llevar a cabo Imagen de la problemática a realizar y llevar a cabo 5 El último objetivo propuesto en este mismo documento fue el objetivo general de la práctica, el cual es: Comprender el funcionamiento de los circuitos divisores de voltaje sin carga y su aplicación en la distribución de voltaje en un circuito eléctrico. Este último objetivo al ser general principalmente reúne lo fundamental de todos los demás objetivos anteriormente vistos por lo cual este mismo punto contendrá la mayoría de contenido ya antes visto en este documento. En la imagen anterior podemos notar que en si no hay como tal un uso de un conjunto de resistencias, sino que para este punto como la problemática lo indica se usara un potenciómetro para realizar cambios en el voltaje medido en este mismo, esto lo haremos cambiando la resistividad del potenciómetro, esto moviendo el “engranaje” que controla la resistencia de este. En esta tabla se muestran los resultados que obtuvimos en base al problema, con esto podemos dar como concluido satisfactoriamente el objetivo de este punto. Como penúltimo objetivo tenemos el siguiente: Utilizar multímetros y otros instrumentos de medición para medir los voltajes en el circuito y compararlos con los cálculos teóricos. Como veremos a continuación en este punto conseguimos medir los voltajes en el circuito y además de esto los comparamos con los cálculos realizados antes de la medición En esta imagen se pueden observar múltiples mediciones realizadas por el equipo, estas mediciones también fueron calculadas con anterioridad, sin embargo, no se muestran en la imagen. Estas mediciones de voltaje fueron realizadas con un multímetro dentro de todo el circuito. Así como se muestra anteriormente podemos decir que este objetivo también fue totalmente cubierto, pudiendo decir que el conocimiento fue íntegramente adquirido por el equipo. Como muestra de lo anterior mencionado y del propósito de este último objetivo, observaremos la siguiente imagen en la cual se muestra el dominio del equipo en los conocimientos de esta práctica, esto al realizar un circuito divisor de voltaje haciendo una combinación entre resistencias y un potenciómetro, todos estos conectados en serie. Al mismo tiempo en esta imagen se pueden observar todos los demás conocimientos que se mencionan en el objetivo, esto al estar comprendiendo eficazmente el funcionamiento de un circuito divisor de voltaje, esto teniendo como referencia el diseño de circuito divisor de voltaje que se muestra en la imagen ya a que en este se buscaba obtener cantidades de voltaje predeterminados en cada resistencia, haciendo a este diseño un gran ejemplo de la comprensión de circuitos divisores de voltaje. Aquí también se muestra la aplicación de estos conocimientos, siendo capaz el equipo de diseñar este circuito divisor de voltaje, y finalizando este con los resultados que se buscaban desde el inicio. Con esto podemos dar como conseguidos todos estos objetivos y concluidos gratamente en todo su esplendor. Cuestionario 1.Con base en la tabla 10-1 compare los valores medidos de V1 V2 V3 V4 (paso A3) con sus respectivos valores 6 calculados (paso A5). Si algunos de los valores correspondientes no son iguales, explique las diferencias. R= Como tal no existe la diferencia entre ambos valores de V1 V2 V3 V4. 2. A partir de la tabla 10-1 compare los valores medidos de V1 V2 V3 V4 VBE VCE VDE (paso A6) con sus respectivos valores calculados (paso A7). Si algunos de los valores no son iguales, explique las diferencias. R= al igual que en la primera pregunta, nuestros valores no presentan diferencias con lo medido. 3. Con los datos de la tabla 10-3 a) Calcule las razones VBC/ VAB Y RBC/RAB. b) ¿Las razones de a) son iguales?, ¿Deberían serlo?,¿Por qué? c) ¿Cómo se relacionan los valores medidos de RAB, RBC Y RAC? d) Explique el efecto cobre la corriente I (medida) conforme se mueva la terminal móvil del potenciómetro. R= Vbc/Vab= 9/6.013 = 1.49 V KILO OHMS Y Rbc/Rab=1.399/0= 0 Rab ESTA EN 0, PERO Rbc Y Rac SON SEMEJANTES La corriente disminuye en el potenciómetro a medida que vamos girándolo hacia uno de sus extremos, y disminuye el flujo de energía eléctrica sobre el circuito. 4. Explique la formula (10.9) se confirma o no con este experimento. Remítase a los datos específicos de las tablas 101, 10-2 y 10-3. La fórmula la podemos confirmar con la tabla 10-1, ya que los valores para Vbe, Vbce y Vde están correctamente aproximados a los valores calculados. 5. A partir de los datos de la tabla 10-2, ¿Qué se puede asegurar sobre los valores medidos de VAB y VBC al margen de la posición de la terminal móvil del potenciómetro? Como sabemos, un potenciómetro tiene su resistencia ajustada por el usuario, esto permite cambiar de un extremo a otro el valor de resistencia, podemos repartirla de punta a punta, y cómo podemos notar en la tabla 10-2, el valor de la resistencia aumenta en un extremo, pero se ve drásticamente reducido en el otro, así mismo sucede con la corriente, pero en forma inversa. VII. CONCLUSIONES En conclusión, este proyecto de divisor de voltaje ha demostrado ser una herramienta esencial para reducir eficazmente la tensión eléctrica en un circuito, permitiendo adaptar y controlar la energía eléctrica de manera precisa. Al comprender los principios detrás del divisor de voltaje y diseñarlo adecuadamente, hemos logrado una solución versátil y confiable para diversas aplicaciones electrónicas. Este proyecto ha proporcionado una sólida comprensión de conceptos fundamentales en electrónica y ha servido como un punto de partida valioso para futuras exploraciones en el mundo de la ingeniería eléctrica.
