Examen Electronica general, preguntas PDF

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Examen Final del 11 de Septiembre de 2018...

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Examen Final de Electrónica General

11 de Septiembre de 2018

Problema 1 (1.5 Puntos): Diseñar un alimentador para teléfono móvil que proporcione una tensión nominal estable de 5 Voltios posibilitando una corriente máxima de 2000mA (2 A). Para ello utilizar el diodo zener D1N751 (diode.olb), el transistor de potencia TIP31 (pwrbjt.olb), el amplificador operacional TL082 (text_inst.olb) y las resistencias necesarias. a) Proponer el circuito con los valores de las resistencias incluyendo la resistencia de carga para un consumo máximo de corriente. Se sugiere el uso de dos transistores TIP31 en configuración Darlington. b) Proponer la tensión de alimentación a la entrada y la variabilidad permitida en ella para que la salida sea inferior al 1% de la tensión nominal (entre 4.95Volts y 5.05 Volts). c) Calcular los márgenes térmicos de trabajo del alimentador para que la variabilidad en la tensión nominal sea inferior al 1%. d) Calcular la potencia consumida por el regulador en ausencia de carga. e) Subir al campus los resultados gráficos de las simulaciones.

La curva del diodo zener D1N751 polarizado en inversa es:

Problema 2: (1.5 Puntos). Con el amplificador operacional TL082 (tex_inst.olb) alimentado a ±15𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠, condensadores y resistencias, diseñar un oscilador senoidal en cuadratura con una frecuencia de oscilación de 𝑓 0 = 5𝐾ℎ𝑧.

a) Analizar por separado las dos señales de salida seno y coseno en el dominio de tiempo verificando mediante simulación y el uso de cursores, el periodo y la diferencia de fases entre cada una de ellas. b) Analizar por separado las dos señales de salida seno y coseno en el dominio de la frecuencia calculando la distorsión armónica generada en el armónico de orden superior primero que aparezca. c) Subir al campus el esquemático propuesto, y los resultados gráficos obtenidos en los apartados a) y b).

Problema 3 (4 Puntos): Tal como hemos hecho en prácticas con una señal senoidal, en este problema se pide construir una señal muestreada o PAM pero con una señal triangular para transmitirla por un canal multicanalizado en tiempo. Una vez transmitida queremos recuperarla y devolverla a su forma original. Recordemos que una señal senoidal sólo posee un armónico, pero una señal triangular posee infinitos armónicos impares (véase figura) (espectro en escala logarítmica de amplitudes).

Generador de Señal Triangular C3

Señal de Entrada 560n

R2 2

-

1000

50

OUT 3

TL082/301/TI 1

V+

Vin

U3A

+

8

V1 = 1.2 V2 = -1.2 TD = 0 TR = 10ns TF = 10ns PW = 5ms PER = 10ms

V-

RS

4

VSS

0

VCC

0 VCC

VSS

VCC

VSS 15

15

0

Así, si queremos muestrear una señal que posee infinitos armónicos, al aplicar el teorema del muestreo sobre ella para buscar la frecuencia máxima de muestreo llegaríamos a la conclusión absurda de tener que realizar un muestreo con una frecuencia dos veces infinito. Por otro lado, si muestreamos una señal con infinitos armónicos a una frecuencia finita se produce el fenómeno denominado ‘Aliasing’ o de ‘Solapamiento Espectral’ según el estudio que nos ha llevado en el tema 9 a la expresión (9.55) que debemos saber interpretar. Este problema se manifiesta en una gran parte de señales periódicas con características triangulares, rampas y pulsos, se solventa con lo que se denomina ‘Filtro Antialiasing’. El filtro ‘Antialiasing’ es un filtro Pasa Baja que elimina el contenido armónico de alta frecuencia de una señal que, en efecto, forma parte de la señal pero que influye en menor grado a medida que el armónico de alta frecuencia disminuye en su amplitud. Los armónicos de la señal triangular propuesta se encuentran situados en las frecuencias de 100Hz (fundamental o primer armónico), 300Hz (segundo armónico), 500Hz (tercer armónico), 700Hz (cuarto armónico), 900Hz (quinto armónico) y así sucesivamente con amplitudes monotónicamente decrecientes. Si, por ejemplo, con un filtro pasa baja eliminamos todos los armónicos superiores a 900Hz la señal triangular sólo utilizaría los cinco primeros armónicos para conformarse. La figura muestra una señal triangular con todos sus armónicos (verde) y otra señal triangular sólo con los cinco primeros armónicos (roja) tras un proceso de filtrado con un filtro de Chebyshev de orden 10 centrado en 900Hz:

La señal triangular filtrada (en rojo), con cinco armónicos, tiende a parecerse a una señal triangular, pero ha perdido los perfiles rectos en los cambios de pendiente (Obsérvese que el filtro introduce su propio retardo de fase). a) Diseñar un filtro pasa baja tipo Chebyshev de orden 5, con un factor de rizado de 0.5dB centrado en el séptimo armónico (incluyendo el fundamental) y ganancia unitaria. b) Utilizando amplificadores operacionales del tipo TL082 (tex_ins.olb), construir el filtro según una topología tipo Salem-Key de ganancia unitaria y filtrar la señal triangular. c) Hacer un análisis temporal y espectral de la señal triangular filtrada y proponer la frecuencia de muestreo para que el fenómeno de ‘Aliasing’ genere interferencias menores del 1% en la amplitud señal muestreada. d) Utilizar como circuito de muestreo el propuesto en la figura (Conmutador en ana_swit.olb). Mostrar la señal muestreada en el dominio de tiempo.

Circuito de Muestreo

VSS VSS

+

6

VCGND

Señal triangular Filtrada

OUT 2

5

8

1k

0

V_muestreo VSS

0

0

7

Señal triangular Muestreada VCC

RL

V1 = 0 V2 = 5 TD = 0 TR = 10ns TF = 10ns PW = ? PER = ?

+

7

8 VCC

TL082/301/TI

V+

IN OUT

-

8

14

4

V+

3

1

DG300A

VDD

TL082/301/TI

OUT

VSS

-

U2A

V-

6

4 V-

2

4

U1B VCC

U1A

e) Hacer un análisis en el dominio de la frecuencia de la distribución de componentes armónicas de la señal muestreada indicando la posición en las que se encuentra la señal triangular para una futura recuperación mediante la aplicación del mismo filtro pasa baja diseñado. f)

Filtrar de nuevo la señal muestreada con una copia del filtro propuesto para, de nuevo, recuperar la señal triangular.

g) Subir al campus los resultados gráficos de las simulaciones....