Practica 5 Capacitor

PRÁCTICA 5. CIRCUITOS RECTIFICADORES TURNO VESPERTINO ING. GERMÁN LÓPEZ ABUNDIS

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

CENTRO DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS ING. WALTER CROSS BUCHANAN

CIRCUITOS RECTIFICADORES

PRÁCTICA NO. 5.

FUNCIONAMIENTO DEL CAPACITOR

NOMBRE DEL ALUMNO (A): ______________________________________________ FECHA DE REALIZACIÓN: _________________________No. MESA: ______________ GRUPO: _________________ NO. DE BOLETA: ________________________ FIRMA: __________________

OBJETIVO: Determinar el funcionamiento de un capacitor en un circuito electrónico básico para su correcta aplicación. APARATOS Y ACCESORIOS EMPLEADOS.

1 Fuente de alimentación de C-D. 1 Resistor de carbón de 22 kohms (R1). 1 Resistor de carbón de 10 kohms (R2). 2 Resistores de carbón de 1 kohm (R3). 3 Diodos Emisores de Luz (LED) distintos colores. 1 Capacitor Electrolítico de 1000 microfaradios (µf) a 16

volts ó mayor.

1 Capacitor Electrolítico de 100 microfaradios (µf) a 16 volts ó mayor.

2 Push Button. 1 Protoboard 1 Multímetro digital. 1 Cronometro. Alambre telefónico del #22 o #24

CONSIDERACIONES TEÓRICAS En su forma fundamental el capacitor tiene dos superficies conductoras separadas por un dieléctrico (un tipo de aislador). El nombre de capacitor se deriva de la capacidad del elemento para almacenar una carga en sus placas. Cuanta más alta es su capacitancia (C) más carga (Q) se depositará sobre sus placas para el mismo voltaje aplicado (V) a través de las placas. En forma de ecuación, la capacitancia se define mediante la fórmula.

VQC (farads)

La unidad de capacitancia es el farad. El farad es una capacidad de almacenamiento enorme. Por esta razón, casi siempre se usan medidas fraccionarias del farad. Estas unidades fraccionales son el microfarad (µf) y el picofarad (pf). Para el sistema de la figura siguiente debe suponerse que inicialmente las placas están descargadas y que el interruptor se encuentra abierto, Cuando se cierre esté, las cargas positivas procedentes de la batería se depositarán sobre la placa superior del capacitor y las cargas negativas lo harán sobre la placa inferior. La velocidad de carga de las placas es muy alta al principio y después baja rápidamente a cero. El resultado de la carga depositada es un campo eléctrico, mostrado entre las placas del capacitor, que se extiende de las cargas positivas a las negativas. Como el voltaje se relaciona directamente con la carga de las placas de acuerdo a la ecuación anterior y el efecto de la carga de éstas no puede ocurrir en forma momentánea, el voltaje de un capacitor no puede cambiar instantáneamente. Se necesita cierto periodo de tiempo determinado por los elementos del circuito.

Figura. Carga del capacitor

Para la mayoría de las aplicaciones prácticas el tiempo necesario para bajar hasta cero se denomina constante de tiempo del circuito, se determina por medio de la fórmula

RC (Segundos)


2

Figura. Funciones: a) te ; b) te1 .

Figura. Aumento del voltaje vc.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1ª Parte

1. Observe el circuito de la figura 1 detenidamente.

Figura 1. Circuito para obtener el voltaje en el capacitor.

2. Construya el circuito como se muestra en la figura 1 en su protoboard.

NOTA: La placa positiva del capacitor debe conectarse a la terminal positiva de la fuente y la placa negativa a la terminal negativa de la fuente. Si las terminales del capacitor se invierten este puede dañarse o hasta explotar.

3. Presione el Push button 1 (S1) durante 5 segundos aproximadamente. 4. Transcurrido este tiempo deje de presionar S1 y enseguida mida el voltaje en el capacitor.

Vc = 5. Ahora presione el push button 2 durante 5 segundos (S2), observe lo que sucede con el led. 6. Transcurrido este tiempo deje de presionar S2 y enseguida mida el voltaje en el capacitor.

Vc =

7. Reemplace el capacitor de 1000 µf por el de 100 µf y repita los pasos del 3 al 6.

Carga del capacitor (paso 3) Vc =

Descarga del capacitor (Paso 6) Vc =


3

2ª Parte 1. Observe cuidadosamente el diagrama eléctrico de la figura 2; y enseguida forme el circuito en su protoboard.

Figura 2. Circuito con resistor R1, para medir corriente y voltaje.

2. Antes de energizar determine la constante de tiempo τ = RC en segundos

τ =

3. Determine el tiempo necesario para obtener la carga total del capacitor, recordando que se considera que a 5τ (5 veces el valor de la constante de tiempo τ) el capacitor esta completamente cargado.

5τ =

4. Calcule el valor de la corriente total (Ic) que circulará en un inicio a través del circuito, ya que este resultado será de vital importancia para escoger el rango correcto del ampérmetro.

Ic = mA

5. Con un compañero de práctica tome el tiempo con el cronometro; mientras que el titular de la práctica lea y registre los valores de corriente, como se indica en la figura número 3.

Figura 3. a) Medición de la corriente Ic; b) Medición del voltaje Vc.

6. Encienda la fuente de alimentación, con la ayuda del multímetro estabilice la fuente variable a 15 V de corriente directa;

enseguida presione el push button (S1) y empiece a tomar lecturas. En el instante que se energiza al circuito, circulará una gran corriente. Tome lecturas de la corriente cada 10 segundos y 5 segundos, hasta que sea demasiado pequeña para medirla. Registre las lecturas en la tabla 1. Es Importante dejar presionado el push button hasta terminar con todas las mediciones.

7. Deje de presionar el push button. Empleando una pieza de cable conecte ambos extremos del capacitor para descargarlo. 8. Repita el paso 6, pero ahora mida el voltaje en el capacitor. Tome lectura de voltaje (como se muestra en la figura 3b) cada

10 segundos y 5 segundos y regístrelos en la tabla 1. 9. Deje de presionar el push button y repita el punto 7 para descargar el capacitor. 10. Reemplace la resistencia de 22 kohms por la de 10 kohms (R2), como lo muestra el diagrama eléctrico de la figura 4.

Figura 4. Circuito con resistor R2.


4

11. Repita los pasos del 2 al 8 con el resistor de 10 KΩ y regístrelos en la tabla 1.

Constante de tiempo (paso 2) τ = RC = τ =

Paso 3 5τ =

Paso 4 Ic = mA

TABLA 1. TOMA DE LECTURAS DE CORRIENTE Y VOLTAJE

R1 = 22 k R2 = 10 k Tiempo (s) Corriente

(mA) Voltaje en C

(Volts) Corriente

(mA) Voltaje en C

(Volts) 0 10 20 30 40 50 60 70 75 80 85 90 95 100 105 110

CUESTIONARIO 1. ¿Por qué la corriente inició en un valor máximo y descendió hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando? 2. Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la función de la resistencia en el circuito. 3. ¿Cuál es la carga eléctrica estimada para el capacitor?

VQC CVQ = Coulombs Q = ___________________________

4. ¿Qué es un capacitor y cuáles son sus unidades de medida?


5

5. Empleando los datos de la tabla 1, dibuje dos gráficas para corriente y voltaje (resistor de 22 K) como función del tiempo.

CONCLUSIONES:

MEMORIA DE CÁLCULOS 7. Realice todos los cálculos requeridos en el desarrollo de la práctica:

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