Circuito RC y RLC

En los circuitos RLC se acoplan resistencias, capacitores e inductores. Existe también un ángulo de desfasaje entre las tensiones y corrientes (y entre las potencias), que incluso puede llegar a hacerse cero. En caso de que las reactancias capacitivas e inductivas sean de distinto valor para determinada frecuencia, tendremos desfasajes.

Dependiendo de cual de las reactancias sea mayor podremos afirmar si se trata de un circuito con características capacitivas o inductivas y por lo tanto si la tensión adelanta a la corriente (y con qué ángulo) o si la corriente adelanta a la tensión.

En el siguiente video mostraremos el comportamiento de un circuito RC y RLC observaremos los ciclos de carga y descarga y como se genera un circuito capacitivo o un circuito inductivo.

 

Fuente de voltaje.

En el siguiente vídeo mostraremos la simulación de una fuente de voltaje que genera 12 V positivos y negativos y 5 V positivo y negativos:

Fuente de Voltaje:
Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.). Las fuentes de alimentación, paradispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías.

La fuente se compone de cuatro bloques principalmente: 
Transformador, Rectificador, Filtro y Regulador o Estabilizador.

Funcionamiento:
• El Transformador proporciona una tensión alterna senoidal, aumenta o disminuye la amplitud de una tensión alterna, mantiene la frecuencia y proporciona aislamiento galvánico.

• El Rectificador proporciona una señal pulsante, compuesta de una señal continua y rizada.

• El Filtro proporciona una señal continua, reduce el rizado de la tensión, aísla la componente alterna de la continua y asegura un comportamiento lineal.

• El Regulador tratan de mantener una tensión estable en la carga, con una realimentación negativa, que detecta variaciones de tensión de salida. En algunos casos suelen usarse Estabilizadores pero sus características de salida no suelen ser muy buenas.

Figuras de Lissajous

el científico francés jules antoine lissajous observo como aplicando sonidos con diferentes frecuencias (agudas o graves) que hicieran vibrar un espejo en cual se reflejaba un rayo de luz. este ultimo era capaz de dibujar figuras, cuya forma estaba determina por la frecuencia de estos sonidos. las figuras de Lissajous son producidas al representar de forma simultanea en un osciloscopio dos ondas sinoidales cuyas frecuencias se encuentran en fase dando lugar a imágenes muy atractivas y curiosas. 

Estas figuras son la combinación de dos movimientos armónicos, que dan lugar a interesantes figuras, que por lo general son simétricas.

Podemos reproducir estas curvas en el osciloscopio, poniéndolo en posición X-Y, y aplicando dos señales de distinta o igual frecuencia y desfase.

Aplicando dos sinuosidales se pueden lograr miles de figuras. Entre ellas destacan:

En el siguiente vídeo con ayuda de los software multisim  y proteus realizamos la simulación de los circuitos en los cuales mostramos las figuras de lissajous que se da con dos señales con diferentes frecuencias y desfases para mostrar diferentes figuras de lissajous.

podemos determinar los múltiplos y submúltiplos de una frecuencia con respecto a la otra viendo en la figura de lissajous y la división de los cortes en el eje y entre los cortes en el eje x.  

                                               figuras de Lissajous en Multisim

Figuras de lissajous en proteus

Filtros pasa altos, pasa bajos, pasa bandas.

En el siguiente vídeo realizaremos la simulación de los filtros pasa bajos, pasa altos y pasa bandas:

1. FILTROS PASA BAJOS

El principal propósito de este tipo de filtros, es atenuar La señal a altas frecuencias. Algunas redes además de este efecto, producen retraso de fase y integración de la señal. Considérese la siguiente red RC:

Planteamos ecuaciones que permitan expresar la función de transferencia en el dominio de s:

si , Entonces:

evaluamos algunos valores que permitan ver el cambio de magnitud en función de la frecuencia:

Trazamos el respectivo diagrama de Bode con valores unitarios de las componentes R y C, para observar la atenuación en función de la frecuencia:

Vemos que para valores de frecuencia mayores a 1/T (en este caso w=1), la señal es atenuada proporcionalmente al incremento en la frecuencia.El segundo caso, se muestra en la siguiente figura:

Tomamos algunas consideraciones:

Después de plantear las ecuaciones respectivas, se obtiene la siguiente función de transferencia:

Usando esta ecuación, se extraen valores de relevancia para observar el comportamiento del filtro:

Estos resultados explican que cuando la frecuencia sobrepasa el valor de 1/T (en este caso w=0.1), la atenuación es constante y no varía proporcionalmente como en le caso anterior. Para frecuencias menores a 1/T´ (en este caso w=10) la atenuación es nula.

Si ahora se considera una conexión en cascada de dos filtros como el que se estudió en el primer caso de esta sección, se obtiene un filtro pasa bajos con algunas características adicionales:

Después de plantear ecuaciones de malla y poner a V2 en términos de V1, se puede hallar la función de transferencia:

los valores de esta función en cero y cuando la frecuencia tiende a infinito son:

La gráfica de Bode respectiva es:

Este diagrama nos lleva a concluir que la atenuación para la señal a frecuencias altas es mas notoria con respecto alos casos anteriores, es decir que se comporta mejor en la tarea de atenuar señales con una frecuencia alta.

2. FILTROS PASA BANDAS:

Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.

Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistor, bobina y condensador) en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería la frecuencia central (fc) y las componentes frecuenciales próximas a ésta, en el diagrama hasta f1 y f2. No obstante, bastaría con una simple red resonante LC.

Otra forma de construir un filtro paso banda puede ser usar un filtro paso bajo en serie con un filtro paso alto entre los que hay un rango de frecuencias que ambos dejan pasar. Para ello, es importante tener en cuenta que la frecuencia de corte del paso bajo sea mayor que la del paso alto, a fin de que la respuesta global sea paso banda (esto es, que haya solapamiento entre ambas respuestas en frecuencia).

Un filtro ideal sería el que tiene unas bandas pasante y de corte totalmente planas y unas zonas de transición entre ambas nulas, pero en la práctica esto nunca se consigue, siendo normalmente más parecido al ideal cuando mayor sea el orden del filtro, para medir cuanto de "bueno" es un filtro se puede emplear el denominado factor Q. En filtros de órdenes altos suele aparecer un rizado en las zonas de transición conocido como efecto Gibbs.

Un filtro paso banda más avanzado sería los de frecuencia móvil, en los que se pueden variar algunos parámetros frecuenciales, un ejemplo es el circuito anterior RLC en el que se sustituye el condensador por un diodo varicap o varactor, que actúa como condensador variable y, por lo tanto, puede variar su frecuencia central.

Realmente resulta complicado construir un filtro paso banda ideal (y, en general, filtros de respuesta ideal) en el mundo analógico, esto es, a base de componentes pasivos como inductancias, condensadores o resistores, y activos como operacionales o simples transistores. Sin embargo, si nos trasladamos al procesado digital de señales, resulta sorprendente ver cómo podemos construir respuestas en frecuencia prácticamente ideales, ya que en procesado digital de señal manejamos realmente vectores con valores numéricos (que son señales discretas en el tiempo), en lugar de señales continuas en el tiempo. Todo ello, no obstante, tiene una limitación importante: cuanto mayor precisión se requiera, mayor frecuencia de muestreo necesitaremos, y ello directamente implica un consumo de RAM y CPU superiores. Por ello, al menos con la tecnología de la que hoy día disponemos, resultaría inviable implementar filtros digitales ideales para radiofrecuencia, aunque en procesado de audio digital sí es posible, dado que el rango de frecuencias que ocupa no supera los 20 kHz.

Estos filtros tienen aplicación en ecualizadores de audio, haciendo que unas frecuencias se amplifiquen más que otras.

Otra aplicación es la de eliminar ruidos que aparecen junto a una señal, siempre que la frecuencia de ésta sea fija o conocida.

Fuera de la electrónica y del procesado de señal, un ejemplo puede ser dentro del campo de las ciencias atmosféricas, donde son usados para manejar los datos dentro de un rango de 3 a 10 días.

3. FILTRO PASA ALTAS.- Permite el paso de frecuencias mayores que una frecuencia baja (FL)

Todo filtro pasa altas tiene una frecuencia de corte superior, debido a que ningún dispositivo realizable físicamente puede tener un ancho de banda infinita. Por esto se considera a un filtro pasa altas a un dispositivo que deja pasar un rango de frecuencias para la aplicación específica 

Circuito en Paralelo Con DC

En el siguiente vídeo les presentaremos un circuito en paralelo que funciona a partir de corriente continua, este circuito consta de 3 resistencias, utilizaremos un osciloscopio para realizar las respectivas mediciones, tendremos la observación de la onda, medimos la cantidad de voltaje, ademas utilizaremos un mùltimetro para medir el voltaje aproximado de el circuito.

circuito en paralelo:

El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.

En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones

• Para Resistencias

CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA

La corriente directa (CD) o corriente continua (CC)  es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen  siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico  cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo  positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM),  tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en  cualquier otra fuente generadora de ese tipo de  corriente eléctrica.

Fuentes suministradoras de corriente directa o continua.  A la izquierda, una batería de las comúnmente utilizada  en los coches y todo tipo de vehículo motorizado. A la  derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que  en aparatos y dispositivos eléctricos y electrónicos.

Es importante conocer que ni las baterías, ni los  generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea  cargas eléctricas pues, de hecho, todos los  elementos conocidos en la naturaleza las contienen,  pero para establecer el flujo en forma de corriente  eléctrica es necesario ponerlas en movimiento.

El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja  al de las moléculas de un líquido, cuando al ser   impulsadas por una bomba circulan a través de la  tubería de un circuito hidráulico cerrado.

Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido  contenido en la tubería de una instalación hidráulica.  Si la función de una bomba hidráulica es poner  en movimiento el líquido contenido en una tubería, la  función de la tensión o voltaje que proporciona  la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente,  bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en  el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos  o materiales que mejor permiten el flujo de cargas  eléctricas son los metales y reciben el nombre de  “conductores”.

En el software Multisim

          

En el software proteus

 

Circuito en Paralelo Con AC medidas con Osciloscopio

En el vídeo que presentamos a continuación observaremos un circuito que funciona con corriente alterna, en el siguiente circuito mediremos el voltaje pico a pico, la potencia de cada uno de los canales, ademas podemos observar la onda, de igual manera observaremos en un mùltimetro la medición de el  como el voltaje

CORRIENTE ALTERNA.

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

Medidas AC en circuito en serie con Osciloscopio Tectronik Multisim

Circuito en Paralelo Medidas con Varios osciloscopios

Circuito en serie Con medidas en osciloscopio Proteus

Circuito en Serie

Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los terminales de los dispositivos los cuales estan unidos para un solo circuito (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. La terminal de salida del dispositivo uno se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.

Un circuito en serie tiene dos caracteristicas fundamentales:

1. La corriente que circula por el circuito es la misma para cada uno de los elementos que pertecen a este.
2. La suma de los voltajes de cada uno de los componentes del circuito es igual a cero.

con ayuda de los simuladores Multisim y Proteus realizamos la simulacion de un circuito en serie en el cual medimos corriente la cual es igual para todo el circuito y voltaje en cada una de las resistencias con lo que estariamos demostrando la caracteristica fundamental de un circuito en serie en el cual la suma de los voltajes de cada resistecia es el voltaje total de la fuente

Circuito en serie con Multisim

   

          

Circuito en serie Proteus

Actividad #1

1.Dar los ejemplos de cualquier tipo de variable con sus respectivos errores

Desarrollo:

 Existen varios tipos de errores a los cuales tenemos que enfrentamos cuando realizamos cualquier tipo de experimento los cuales debemos tener en cuenta al realizar nuestros cálculos aquí tenemos unos ejemplos:

·         Al medir la longitud de una barra de aluminio con un metro de apreciación de 0.01 cm.

Debemos tener en cuenta que el metro nos produce un error este error se denomina error del instrumento de medida o error instrumental.

Si tomamos una medida de longitud cuando el metro no este perfectamente en alineado en paralelo con la barra, este es un error sistemático pero este se evitar realizando todas las medidas en paralelo. 

También existen errores de apreciación que se originan al observar la magnitud en el instrumento de medida para este caso  podemos equivocarnos por nuestra agudeza visual.

·         OTRO EJEMPLO:

Al tomar el tiempo en que un cuerpo demora en recorrer  una distancia X  al realizar diferentes medidas tomadas por distintos estudiantes no todas las medidas son iguales, este error es causado por errores en los instrumentos  y de apreciación.

Error instrumental: los cronómetros nos dan un error ligado a la precisión de estos.

Error de interacción: al detener los cronómetros  no todos los estudiantes tendrán el mismo tiempo de reacción.

En los cronómetros digitales se puede evitar errores de apreciación.

Error sistemático: al grabar los datos obtenidos un estudiante digito mal los valores.

En fin los errores están presentes en cualquier experimento que realicemos y no debemos pasarlos por alto ya que son clave en la obtención para buenos resultados.

ACTIVIDAD #3:

Medir 10 resistencias y calcular:
1. Promedio.
2. Varianza.
3. Desviación estándar.


DESARROLLO

1. Medidas:

R1: 99,8± 0,1 Ω.
R2: 322 ± 0,1 Ω.
R3: 32,6 ± 0,1 K Ω.
R4: 19,8 ± 0,1 K Ω.
R5: 29,8 ± 0,1 K Ω.
R6: 9.8 ± 0,1 K Ω.
R7: 100 ± 0,1 Ω.
R8: 217 ± 0,1 Ω.
R9: 30,6 ± 0,1 K Ω.
R10: 679 ± 0,1 Ω.

Promedio:

Varianza y Desviación estándar:

Ingeniería Electrónica Y las Telecomunicaciones 

Estos dos vídeos muestran como aplicamos la ingeniería electrónica en La vida diaria como es con Las telecomunicaciones. 

Las telecomunicaciones es una de las ramas de la Ingeniería electrónica en la que se encarga de el procesamiento y transmisión masiva de la información requiere de la planificación, diseño y administración de los sistemas de radiodifusión, televisión, telefonía, redes de computadores, redes de fibra óptica, las redes satelitales y en forma cada vez más significativa los sistemas de comunicación inalámbricos, como la telefonía móvil y personal.

Existe una amplia relación entre las áreas de la electrónica y las telecomunicaciones, la evolución de una afecta a la otra y la impulsa, por lo tanto estudiarlas en conjunto brinda un panorama completo que permite entender de manera clara el componente electrónico en el que se basan las comunicaciones modernas logrando una sinergia que combina lo mejor de ambas disciplinas en procura de mejoras sustantivas en los modos de comunicación e interacción de los miembros de la sociedad mejorando su calidad de vida.

ACTIVIDAD #2

 Consultar el concepto de:
1. Promedio o media.
2. Varianza.
3. Desviación estándar.
4. El valor real y valor ideal del error de la medida.

 DESARROLLO: 

 1.Promedio o Media Aritmética: Es un valor representativo de un conjunto de datos numéricos que indica un valor central del conjunto de datos. Lo obtenemos al dividir la sumatoria de un conjunto de datos sobre el número total de datos. De esta manera:

2.Varianza: Esta medida nos permite identificar la diferencia promedio que hay entre cada uno de los valores respecto a su punto central (promedio o media ¬ ). la varianza es el cuadrado de la desviación estándar: σ2 es decir Es la media de las diferencias con la media elevadas al cuadrado

3.Desviación Estándar: Esta medida nos permite determinar el promedio aritmético de fluctuación de losdatos respecto a su punto central o media. Dicho de otra manera es el "promedio" o variación esperada con respecto a la media aritmética. Para calcular la desviación estándar basta con hallar la raíz cuadrada de la varianza, por lo tanto su ecuación sería:

4.Valor Ideal: Es aquel que tiene un 100% de exactitud y un 100% de Precisión.

 Valor Real: Es el valor tomado de la medida directa o indirectamente el cual conlleva un error dado por el instrumento, el método, el sistema, la precisión o la exactitud.


Error absoluto:El error absoluto de una medida es la diferencia entre el valor de la medida y el valor real de una magnitud (valor tomado como exacto).



Error relativo:Es la relación que existe entre el error absoluto y la magnitud medida, es adimensional, y suele expresarse en porcentaje.