UNIVERSIDAD DON BOSCO Σv = 0 Σi = 0

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