Analisis de circuitos

Objetivo
Analizar el funcionamiento de circuitos RC simples, y verificar el valor de la capacitancia por medio de la medición de la constante de tiempo para una entrada constante, y con base en el ángulo de desfasamiento para una entrada sinusoidal.
Introducción
Uno de los dispositivos eléctricos que tienen la propiedad de almacenar energía es el condensador, el cual forma parte esencial en eldesarrollo de circuitos flexibles y útiles.
Un condensador eléctrico es un elemento de dos terminales formado por dos placas conductoras separadas por un material no conductor, entre las que se almacena la carga eléctrica. Se denomina capacitancia a la medida de un dispositivo eléctrico de almacenar energía en forma de cargas separadas o de un campo eléctrico. Su valor es proporcional a laconstante dieléctrica del material aislante y al área superficial del material dieléctrico, e inversamente proporcional a su espesor.
Entre los circuitos importantes que pueden construirse con resistores y condensadores están los filtros y los circuitos integradores, entre otros. Estos últimos son capaces de producir una salida eléctrica que matemáticamente corresponde a la integral de la señal deentrada, y que en su momento fueron la base de las llamadas computadoras analógicas, que eran capaces de resolver eléctricamente ecuaciones diferenciales lineales con condiciones iniciales.
Material
Un osciloscopio.
Un generador de funciones.
Una fuente de poder.
Un amplificador operacional TL081.
Condensadores de 0.1 y de 0.22 [μF].
Resistores de 1, 1.5 y 10 [kΩ].
Tres cables BNC –caimán.
Cuatro cables banana – caimán.
Juego de cables caimán – caimán.
Una tableta de experimentación (protoboard).
Opcional: un trimpot de 20 a 50 [kΩ].
Desarrollo
i) Circuito integrador
Alambre el circuito integrador mostrado en la Figura 1. Los números mostrados corresponden al identificador de la terminal correspondiente del amplificador operacional. Dicho amplificador operacional se debepolarizar (energizar) por medio de cables banana–caimán con dos fuentes de voltaje de corriente directa de 12 [V], los cuales se conectan en serie, oprimiendo los botones adecuados. El borne positivo de la fuente de la derecha se conecta a la terminal 7 V+CC, el borne negativo de la misma o el borne positivo de la segunda a la tierra del circuito y el borne negativo de la fuente izquierda se conectaa la terminal V-EE.

Como entrada al circuito conecte por medio de un cable BNC–caimán, la salida de un generador de funciones con una señal cuadrada de ±2 [V] y una frecuencia de 200 [Hz].
Conecte a las entradas de un osciloscopio tanto la señal de entrada como la de salida, con el empleo de otros dos cables BNC–caimán. Podrá observar que cuando la señal de entrada es de +2 [V], la salida esuna rampa con pendiente negativa, y para el caso de que la entrada sea de –2 [V], la salida será una rampa con pendiente positiva.
Dado que los amplificadores operacionales tienen a la salida un voltaje denominado de offset (o de derivación), la señal de salida será una rampa que empieza en –12 [V] ó en +12 [V], aproximadamente, y por tanto, para poder observar con comodidad a dicha señal, seránecesario ajustar al osciloscopio para una salida de corriente alterna (AC) de manera que no afecte el nivel de voltaje de offset en que se encuentre.
Finalmente, cambie la señal de entrada por una sinusoidal con una amplitud de 2 [V] y la misma frecuencia de 200 [Hz], y observe en el osciloscopio la señal de salida producida por el circuito.
ii) Circuito RC de una malla
Alambre el circuitomostrado en la Figura 3, al cual se le conectará nuevamente la salida de un generador de funciones con una señal cuadrada de ±2 [V] y una frecuencia de 200 [Hz], y conecte a las entradas de un osciloscopio las señales de entrada y de salida del circuito.
Verifique que la señal de salida, tomada entre los bornes a y b, es una señal periódica con la misma frecuencia que la señal de entrada, y...