Práctica de aula 1

PRACTICA PASIVOS LCR


Objetivos
 Adquirir destreza en el manejo del osciloscopio. (Se plantea como las
primeras prácticas del curso)
 Verificar experimentalmente el comportamiento transitorio y
permanente de los tres componentes pasivos R, L y C en diferentes
configuraciones.
 Extraer mediante mediciones y cálculos los valores en Henrios y
Faradios de los inductores y condensadores.
Materiales
 Generador de Señal, Osciloscopio digital, fuente de alimentación,
polímetro, miniprotoboard y calculadora de mano.
 Juego de resistencias (1K5, 220R), inductores (4.7mH,)
y
condensadores (1uF).
1. Circuito serie RL.





Vinrms
Montar circuito serie con inductor 4.7mH. y resistencia (220R) de
1%.
Aplicar a la entrada del circuito la señal senoidal del generador de
señal con amplitud pico a pico Vpp=12 V sin tensión de offset.
Conectar dos sondas del osciloscopio. La primera mide la tensión de
la señal de entrada del generador. La segunda mide la tensión en
bornes del resistor. (OJO ambas sondas han de conectar la pinza de
masa en un punto común.)
Colocar la frecuencia del generador en el rango de 30Khz y hacer un
barrido hacia frecuencias comprendidas entre 1000Hz y 50Khz.
Simultáneamente adaptar la escala de tiempos del osciloscopio hasta
que se vean dos ciclos completos de la señal. (Una buena frecuencia
es aquella en la que la tensión de salida es más o menos la mitad de
la de entrada)
 Se pide utilizando el osciloscopio y la calculadora:
 Medir mediante el cursor de tiempos el retardo en
microsegundos y el ángulo de desfase θ en grados entre
ambas señales.
 Medir con la herramienta “measure” la amplitud máxima de
pico de ambas señales. La frecuencia de la señal y su inversa
el periodo.
 Calcular el valor de L de dos modos: L1 a partir del ángulo de
desfase y L2 a partir de las amplitudes. Comparar los valores.
NOTA: (Tener en cuenta la resistencia del inductor RIND)
VRrms
f(KHz)
W(rad/s)
θ
L1
L2
Dibujar el circuito
Dibujar las dos señales

Variar la frecuencia hacia arriba y hacia abajo. ¿Qué sucede en
ambos casos con la amplitud y el desfase de la señal VR?

¿Qué se puede concluir de la relación entre la tensión de
entrada y la corriente de entrada?


Cambiar a continuación el tipo de señal de senoidal a rectangular.
Manteniendo el rango de 10KHz en frecuencias modificar la
frecuencia a valores en torno a los 3KHz hasta que en el osciloscopio
se vea que el pulso de entrada transiciona desde -6V a 6V y que la
tensión VR también comienza a crecer desde -6V a 6V.

Se pide utilizando el osciloscopio y la calculadora:
 Utilizando sucesivamente los cursores de amplitud y de
tiempos medir el tiempo en microsegundos desde que VR
empieza a crecer en -6V hasta que alcanza el 67% de su valor
final que es 6V.
 Calcular el valor de L (L 3) a partir de la constante de tiempo τ
(tau)=L/R.
Dibujar las dos señales

¿Cómo es la corriente? ¿Donde se visualiza la forma de la
corriente ?
2. Circuito serie RC.


Montar circuito serie con resistencia (220R) de 1% y condensador de 1uF.
Aplicar a la entrada del circuito la señal senoidal del generador de señal
con amplitud pico a pico Vpp=12 V sin tensión de offset.
 Conectar dos sondas del osciloscopio. La primera mide la tensión de la
señal de entrada del generador. La segunda mide la tensión en bornes del
Condensador. (OJO ambas sondas han de conectar la pinza de masa en un
punto común.)
 Colocar la frecuencia del generador en el rango de 1000Hz y hacer un
barrido hacia frecuencias comprendidas entre 100 y 10KHz.
 Simultáneamente adaptar la escala de tiempos del osciloscopio hasta que se
vean dos ciclos completos de la señal.
 Se pide utilizando el osciloscopio y la calculadora:
 Medir mediante el cursor de tiempos el retardo en
microsegundos y el ángulo de desfase θ en grados entre
ambas señales. ¡OJO! Porque el ángulo de desfase entre la
tensión de entrada del circuito y la corriente del circuito es el
complementario de θ. ¿Por qué?
 Medir con la herramienta “measure” la amplitud máxima de
pico de ambas señales. La frecuencia de la señal y su inversa
el periodo.
 Calcular el valor de C de dos modos: C1 a partir del ángulo de desfase y C2 a
partir de las amplitudes. Comparar los valores.
Vinrms
VCrms
Dibujar el circuito
f(KHz)
W(rad/s)
θ
C1
C2
Dibujar las dos señales

Variar la frecuencia hacia arriba y hacia abajo. ¿Qué sucede en
ambos casos con la amplitud y el desfase de la señal VC?

¿Qué se puede concluir de la relación entre la tensión de
entrada y la corriente de entrada?

¿Qué se puede concluir de la relación entre la tensión de
salida VC y la frecuencia?


Cambiar a continuación el tipo de señal de senoidal a rectangular.
Modificando el rango de frecuencias a 100Hz modificar la frecuencia
hasta que en el osciloscopio se vea que el pulso de entrada
transiciona desde -6V a 6V y que la tensión VC también comienza a
crecer desde -6V a 6V.

Se pide utilizando el osciloscopio y la calculadora:
 Medir el tiempo en microsegundos desde que VC empieza a
crecer en -6V hasta que alcanza el 67% de su valor final que
es 6V.
 Calcular el valor de C (C 3) a partir de la constante de tiempo τ
(tau).
Dibujar las dos señales

¿Cuál es la diferencia entre la tensión de entrada y la salida? ¿Qué tipo de
filtrado se hace?

Intercambiar de sitio el resistor y el condensador. Es decir, poner el resistor a
masa y medir la tensión del resistor. ¿Qué señal se está midiendo? ¿Cuál es el
efecto en la corriente de una carga capacitiva?
3. Circuito serie RLC






Montar circuito serie con inductor de 4.7mH, condensador de 1uF y
resistencia (220R) de 1%. Orden L, C, R.
Aplicar a la entrada del circuito la señal senoidal del generador de señal
con amplitud pico a pico Vpp=12 V sin tensión de offset.
Conectar dos sondas del osciloscopio. La primera mide la tensión de la señal
de entrada del generador. La segunda mide la tensión en bornes del
resistor. (OJO ambas sondas han de conectar la pinza de masa en un punto
común.)
Colocar la frecuencia del generador en el rango de 100Hz y comenzar a
aumentar lentamente la frecuencia y simultáneamente adaptar la escala de
tiempos del osciloscopio hasta que se vean tres o cuatro ciclos completos de
la señal.
Mantener activa la herramienta “measure” midiendo la amplitud pico a pico
Vpp de la señal de tensión del resistor. Medir la frecuencia a la cual la
amplitud Vpp del resistor es máxima. NOTA: A esa frecuencia ambas señales
han de estar prácticamente en fase y superponerse. ¿por qué?
Aplicar la expresión matemática para calcular la frecuencia de resonancia
1
𝑓𝑟 = 2𝜋√𝐿𝐶 (utilizar los valores nominales de L y C) y compararla con el
valor medido.
fr calculada
fr medida
 ¿Qué se puede concluir de la relación entre las amplitudes de la tensión
de entrada y la tensión de salida VR respecto a la frecuencia?

Intercambiar ahora la posición del resistor y la bobina manteniendo la
frecuencia de resonancia. Medir el voltaje en bornes de la inductancia. ¿Es
mayor o menor que el voltaje de entrada?
 Calcular la Q del circuito. NOTA: Tener en cuenta la resistencia DC del
inductor para calcular la resistencia total.



Intercambiar ahora las posiciones en el orden R, L, C. Cambiar en el
generador el tipo de onda de senoidal a cuadrada. El canal 2 del osciloscopio
ahora mide la tensión del condensador.
Hacer poco a poco un barrido de la frecuencia del generador y observar la
señal de voltaje del condensador.
¿La amplitud del voltaje es siempre la misma? ¿Para qué frecuencia es la
amplitud máxima? ¿Qué tipo de sistema lineal es de primer o segundo orden?
¿Las oscilaciones son permanentes o amortiguadas? ¿Si en vez de la
resistencia de 220R ponemos la resistencia de 1.5K que pasaría con las
oscilaciones?
4. Circuito mixto serie R y paralelo L || C (circuito tanque)






Montar circuito mixto con inductor de 4.7mH en paralelo a condensador de
1uF y ambos en serie con resistencia RS (220R) de 1%.
Aplicar a la entrada del circuito la señal senoidal del generador de señal
con amplitud pico a pico Vpp=12 V sin tensión de offset.
Conectar dos sondas del osciloscopio. La primera mide la tensión de la señal
de entrada del generador. La segunda mide la tensión en bornes del
resistor. (OJO ambas sondas han de conectar la pinza de masa en un punto
común.)
Colocar la frecuencia del generador en el rango de 100Hz y comenzar a
aumentar lentamente la frecuencia y simultáneamente adaptar la escala de
tiempos del osciloscopio hasta que se vean tres ciclos completos de la señal.
Mantener activa la herramienta “measure” midiendo la amplitud pico a pico
Vpp de la señal de tensión del resistor. Medir la frecuencia a la cual la
amplitud Vpp del resistor es mínima.
Aplicar la expresión matemática para calcular la frecuencia de resonancia
1
1
𝑅2
𝑓𝑟 = 2𝜋 √𝐿𝐶 − 𝐿2𝑆 (Frecuencia de resonancia paralelo), (utilizar los valores
nominales de L y C) y compararla con el valor medido.
fr calculada
fr medida
 ¿Qué se puede concluir de la relación entre las amplitudes de la tensión
de entrada y la tensión de salida VR respecto a la frecuencia?
5. Filtros pasivos LC
 Se van a implementar los filtros pasa bajo, pasa alto y pasa banda. El tipo
pasa banda ya se realizó con el circuito del apartado 4 (R y L, C en paralelo)
pero esta vez poniendo primero la resistencia R y luego LC en paralelo
 El canal 2 del osciloscopio mide la tensión de salida en LC en paralelo. El
generador de onda genera ondas senoidales de amplitud 12Vpp.

Seguir haciendo un barrido de frecuencia buscando la frecuencia a la cual
la amplitud del voltaje de salida es 0.707 el de entrada (-3dB). ¿Cuántas
frecuencias hay que cumplen esa condición? ¿Cuál es el ancho de banda del
filtro pasa banda? ¿Si cambiamos a hora la resistencia por una de 1.5K cuál
será el nuevo ancho de banda? ¿qué relación hay entre el valor de la
resistencia, la Q=R/wL=RwC del circuito y el ancho de banda del filtro?





Montar el circuito del filtro pasa bajos con L=4.7mH y C=1uF y la carga
resistiva R=220. (L en serie con C y R en paralelo)
Colocar la sonda del osciloscopio canal 1 para medir el voltaje de entrada
del generador. La del canal 2 en bornes de la resistencia de 220 para medir
la tensión de salida.
Aplicar una tensión senoidal de 12Vpp.
Buscar una frecuencia en la que las dos tensiones sean iguales.
Buscar la frecuencia de corte. (Vout =0.707 Vin)
 Cambiar a continuación el tipo de señal de senoidal a rectangular. Mantener
la frecuencia de corte anterior. Comparar la señal de entrada con la de
salida. ¿en qué se diferencian?




Dibujar el circuito del filtro pasa altos con L=4.7 mH y C=1uF y la carga
resistiva R=220. (C=1uF y L y R en paralelo)
Colocar la sonda del osciloscopio canal 1 para medir el voltaje de entrada
del generador. La del canal 2 en bornes de la resistencia de 220 para medir
la tensión de salida.
Aplicar una tensión senoidal de 12Vpp.
Repetir el proceso anterior. Y comparar los valores obtenidos.