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[PRÁCTICA 3: MEDIDA DE DESFASE E IMPEDANCIA EN C.A.]

Grados en Telecomunicación

Apellidos y nombre

Práctica Virtual 3: Medida de desfase e impedancia en C.A. (Práctica para realizar utilizando Multisim) Equipos a utilizar en Multisim:

   

Osciloscopio. Polímetro (voltímetro y amperímetro). Generador de funciones. Componentes pasivos.

Componente

Valor nominal

R1

100 Ω

R2

560 Ω

R3

220 Ω

R4

150 Ω

R5

1 kΩ

RA

1 kΩ

C1

220 nF

C2

470 nF

L

22 mH

Tabla 1.- Listado de los componentes necesarios para el desarrollo de la práctica.

Apartado 1.-Limitaciones debido a la masa común de las dos sondas del osciloscopio y del generador de funciones. Cálculo de la tensión de forma indirecta. a) Utilizando el generador de funciones generar una señal sinusoidal de 5 V y 400 Hz. b) Una vez que se dispone de la señal sinusoidal montar el circuito que se muestra en la figura 1.

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 R1

 Ge n e r a d o r f u n c id oe n e s

R4

v R4 (t)

e g(t) 

Figura 1: Circuito alimentado con el generador de funciones en alterna.

c) Para medir la tensión en la resistencia R1 del circuito de la figura 1, utilizando las dos sondas del osciloscopio simultáneamente, será necesario realizarlo de forma indirecta. El procedimiento a seguir será el mostrado en la figura 2, y que se explica a continuación: a. Poner la sonda del canal I en bornas de la fuente de alimentación. b. Poner la sonda del canal II en bornas de la resistencia R 4, con esto se tendría calculada la tensión VR4(t). c. Para calcular la tensión en bornas de la resistencia R 1, de forma manual se calcula la diferencia entre el fasor correspondiente a la tensión del canal I y del canal II, tal como se indica en el apartado d). 



vR 1 (t ) R1

d G en d are o r

e(g t)

C-I R4 C-II

u f no ic n se



Figura 2: Medida de tensión de forma indirecta.

d) Rellenar la tabla 1 para obtener el valor indirecto de la tensión y la corriente en la resistencia R1.

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Grados en Telecomunicación Tabla 1 VCH-I = Vgenerador

Forma polar Módulo Fase (rad) 4,963 0

Forma binómica Parte real Parte imaginaria 4,963 0

VCH-II =VR4

2,978

0

2,978

0

VR1 = VCH-I – VCH-II

1,985

0

1,985

0

vR1(t) =

1,985 * sen (800*pi*t)

iR1(t)=vR1(t)/R1

[1,985 * sen(800*pi*t)] /100

Tabla 1: Cálculo del valor de la tensión y corriente en la resistencia R1 del circuito de la figura 2.

En el cuadro 1, insertar una imagen en formato “*.jpg” que muestre el circuito de la figura 2 así como la pantalla del osciloscopio que se ha realizado en Multisim para obtener los valores V CH-I y VCH-II. NOTA IMPORTANTE PARA TODOS LOS GRÁFICOS: Cada vez que insertéis un gráfico procedente de Multisim, aseguraros que el tamaño del mismo es lo suficientemente grande como para que se pueda ver el circuito, sino no tiene ninguna utilidad y en el caso concreto de la pantalla del osciloscopio recordar pulsar sobre el botón “Reverse” para ver el fondo en color blanco.

Cuadro 1.- Circuito y pantalla del osciloscopio del apartado c)

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Apartado 2.- Medida de los desfases de tensión y corriente en un circuito RLC. Al añadir bobinas y condensadores a los circuitos de corriente alterna se produce desfases entre las tensiones y las corrientes del circuito. a) Utilizando el generador de funciones generar una señal sinusoidal eg(t) de 5 V y 2 kHz. b) Mediante el software de simulación Multisim realizar el montaje mostrado en la figura 3, utilizando el valor de los componentes de la tabla 1.

R1



C1

R2

vE ( t ) vL ( t )

u d G f en ad ero ci o n res

C2

e(t g )

vR L (L t)

vC 2 ( t )

Figura 3: Circuito y tensiones a medir

c) Utilizando el osciloscopio rellenar la tabla 2 con las medidas indicadas. Tomar como referencia de fases la tensión del generador, denominada V E(t). Para realizar las medidas indicadas en la tabla 2 se recomienda seguir el procedimiento indicado en el cuadro 2.

Valor Medido con Multisim Fase Amplitud (V) Signo Valor (rad) 4,987 0

VE VC2 VRL VL

3,239

1/2

4,129

0

0,7397

1

Tabla 2: Valores medidos sobre el circuito de la figura 3.

d) En la tabla 3 escribir la ecuación temporal de las señales calculadas en la tabla 2:

Valor Multisim vE(t) Teoría de Circuitos – Curso 2019-2020

4,993 *sen(4000*pi*t) Página 6

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vC2(t)

3,239 *sen (4000*pi*(t – ½))

vRL(t)

4,129*sen(4000*pi*t)

vL(t)

0,7397 * sen(4000*pi*(t+1))

Tabla 3: Valores temporales, medidos sobre el circuito de la figura 3.

Cuadro 2.- Procedimiento a seguir para medir el desfase entre dos señales, utilizando el osciloscopio:

En el cuadro 3, insertar una imagen en formato “*.jpg” que muestre el circuito de la figura 3 así como la pantalla del osciloscopio que se ha realizado en Multisim para obtener los valores de VE y VC2 de la tabla 2. NOTA IMPORTANTE PARA TODOS LOS GRÁFICOS: Cada vez que insertéis un gráfico procedente de Multisim, aseguraros que el tamaño del mismo es lo suficientemente grande como para que se pueda ver el circuito, sino no tiene ninguna utilidad y en el caso concreto de la pantalla del osciloscopio recordar pulsar sobre el botón “Reverse” para ver el fondo en color blanco.

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Cuadro 3.- Circuito y pantalla del osciloscopio para la obtención de los valores VE y VC2 de la tabla 2.

Apartado 3.- Medida de impedancias utilizando el osciloscopio. Es este apartado se pretende obtener el valor de una impedancia Z en un circuito, utilizando las medidas obtenidas con un osciloscopio, para ello será necesario ir calculando una serie de valores del circuito en el que se encuentre la impedancia. En este caso se va a utilizar un circuito como el mostrado en la figura 4. Los pasos a seguir son los siguientes: a) b) c) d)

Montar el circuito mostrado en la figura 4. Como impedancia Z se va a seleccionar la resistencia R1 y el condensador C1 en serie. Con el generador de funciones generar una señal sinusoidal de 5 V y 2 kHz. Una vez conocida la frecuencia y los valores de los elementos que van a formar la impedancia Z se puede calcular su valor teórico que nos va a servir como base para comprobar si el proceso seguido para medir la impedancia con un osciloscopio es fiable o no.

Z  R1  j

1   C1 100 - 361,715j

En un caso real la impedancia Z sería totalmente desconocida. e) Conectar el canal I y II del osciloscopio tal como se indica en la figura 4. f) Tomando como referencia de fases el canal I (fase = 0 radianes), rellenar los valores de módulo y fase de VCH-I y VCH-II de la tabla 4.

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g) Utilizando la tabla del archivo Excel que se puede encontrar en el apartado de la práctica 3 del laboratorio, donde solamente es necesario introducir el valor de tensión y fase de las señales del CH-I y CH-II, la tabla se rellenará de forma automática. El proceso de cálculo seguido por la tabla de Excel es el indicado en el cuadro 5. h) Rellenar la tabla 4 con los valores obtenidos en el archivo Excel y que dará como resultado final los valores obtenidos para la R y C que habréis colocado como impedancia Z. RA

+ e(g t )

VC H -I

I

Z

VC H -I

Figura 4: Montaje a realizar para la medida de la impedancia Z de un circuito.

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VCH-I

Forma polar Módulo Fase (rad) 4,97E+00 0,00E+00

Forma binómica Parte real Parte imaginaria 4,97E+00 0,00E+00

VCH-II

1,58E+00

-1,00E+00

8,53E-01

-1,33E+00

VCH-I – VCH-II

4,32E+00

3,12E-01

4,11E+00

1,33E+00

4,32E-03

3,12E-01

3,65E+02

-1,31E+00

9,33E+01

-3,53E+02

Tabla 4

VCH  I  VCH  II RA V Z  CH II I

I

Valor de R=Re[Z]

9,33E+01

1 C  Im  Z  Valor de

2,25E-07

Tabla 4: Impedancia de un circuito RC de acuerdo al montaje de la figura 4.

i)

Comenta los resultados obtenidos para R y C indicando si realmente se corresponden o no a los valores de R1 y C1 que se han colocado realmente.

Los valores obtenidos para R y C no corresponden a los valores de R1 y C1 que se han colocado realmente.

j)

En el cuadro 4, insertar una imagen en formato “*.jpg” que muestre el circuito de la figura 4 así como la pantalla del osciloscopio que se ha realizado en Multisim para obtener los valores de la tabla 4.

NOTA IMPORTANTE PARA TODOS LOS GRÁFICOS: Cada vez que insertéis un gráfico procedente de Multisim, aseguraros que el tamaño del mismo es lo suficientemente grande como para que se pueda ver el circuito, sino no tiene ninguna utilidad y en el caso concreto de la pantalla del osciloscopio recordar pulsar sobre el botón “Reverse” para ver el fondo en color blanco.

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Cuadro 4.- Circuito y pantalla del osciloscopio para la obtención de los valores de la tabla 4.

Cuadro 5.- Procedimiento para calcular el valor de la impedancia en corriente alterna sinusoidal.

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