Saltar a contenido

Circuito RL en el osciloscopio

Programas: APC, Sek II

Abrir la versión completa ↗

Objetivo

Observar la subida y la caída de la corriente en un circuito RL y medir la constante de tiempo \(L / R\).

El montaje

Fuente de tensión alterna — onda cuadrada de 0 a 5 V (amplitud 2,5 V, desplazamiento CC 2,5 V), 10 Hz. Una bobina de 1 H (devanado de 10 Ω) y una resistencia de 100 Ω en serie. Osciloscopio: CH1 — la fuente, CH2 — la resistencia (la tensión en ella es proporcional a la corriente), modo DUAL, 2 V/div, 5 ms/div, disparo en CH1 a 2,5 V.

Procedimiento

  1. Observe la forma de onda de CH2.
  2. Mida el tiempo que tarda la tensión en la resistencia en alcanzar el 63% de su valor estacionario.
  3. En la tarjeta de parámetros de la resistencia, cambie 100 Ω por 220 Ω y repita.
Resultado esperado

La corriente sube y cae de forma exponencial. La tensión estacionaria en la resistencia es de unos 4,5 V (5 V · 100 / 110); el 63% de ella — unos 2,9 V — se alcanza tras \(\tau = L / R\) ≈ 9 ms, algo menos de dos divisiones. El semiperiodo de 50 ms es más de cinco \(\tau\), así que la corriente tiene tiempo de estabilizarse; a una frecuencia mayor no llegaría a 4,5 V, y el 63% habría que tomarlo de un valor menor. Con 220 Ω, \(\tau\) baja a unos 4,4 ms.

Preguntas

  1. ¿Por qué disminuye la constante de tiempo al aumentar la resistencia?
  2. ¿En qué se parece un circuito RL a un circuito RC y en qué se diferencia?
Respuestas
  1. En el primer instante toda la tensión de la fuente está en la bobina, así que la corriente empieza a subir con la rapidez \(U / L\) sea cual sea la resistencia. Una resistencia mayor reduce la corriente estacionaria \(U / R\), y con la misma rapidez inicial la corriente se acerca a ella antes, de ahí \(\tau = L / R\). Con 220 Ω la resistencia total es de unos 230 Ω en vez de 110 Ω, y \(\tau\) baja a unos 4,4 ms.
  2. En los dos circuitos las tensiones y la corriente cambian exponencialmente con una constante de tiempo: el 63% del cambio tras una \(\tau\), prácticamente completo tras cinco; la forma de onda de la resistencia tiene aquí la misma forma que la del condensador en un circuito RC. Se diferencian en lo que no puede saltar y en el régimen estacionario: en RC la tensión del condensador es continua y la corriente se extingue hasta cero; en RL la corriente de la bobina es continua y se estabiliza en \(U / R\). \(\tau = R \cdot C\) crece con la resistencia, \(\tau = L / R\) baja.