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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CURSO: Sistemas Electrónicos Análogos LABORATORIO N°: 1 DOCENTE: Ing. Ronald Coaguila Gomez GRUPO (teoría): Grupo “C” GRUPO (laboratorio): Jueves 15.50-16:40 INTEGRANTES:

1. Cuba Borda Daniela Fernanda 2.

Llutari Tipo Joel Richard

3. Huamani Zegarra José Fabian 4. Dolmos Becerra Uriel Frankdali

FECHA DE ENTREGA: 04/05/2021 AREQUIPA-PERÚ 2021 – A

–

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRONICA CÓDIGO: 1704151 ASIGNATURA: SISTEMAS ELECTRONICOS ANALOGICOS PRIMERA FASE: FUNDAMENTOS DE RADIOFRECUENCIA

CIRCUITOS RESONANTES

GUÍA DE PRACTICA NRO 01 GA Docente(s): Ing: RONALD P. COAGUILA GÓMEZ

Fecha: 2021 04 18

I. OBJETIVOS: Dominio de los parámetros funcionales del principio Resonancia Caracterizar los circuitos resonantes Confirmar los cálculos teóricos referentes en la simulación

II.

III.

MATERIAL Y EQUIPO: a

Computador y/o calculadora, Simulador

b

Osciloscopio, generador de CA, resistencias, condensadores y bobinas según circuitos.

MARCO TEÓRICO

Resonancia: Es un efecto que se produce en un circuito en el que existen elementos reactivos cuando es recorrido por una señal alterna de una frecuencia tal que hace que la reactancia se anule, en caso de estar ambos en serie, o se haga infinita si están en paralelo. Para que exista resonancia eléctrica tiene que cumplirse que XC = XL. Entonces, la impedancia Z del circuito se reduce a una resistencia pura. Circuito con L y C en serie Así en un circuito serie, compuesto únicamente por bobinas y condensadores su impedancia será:

Siendo Xs la reactancia del conjunto

–

La característica más importante de este circuito es que, manteniendo constante la tensión aplicada en la fuente, el valor de la intensidad que lo recorre es máximo para un determinado valor de la frecuencia, llamado frecuencia de resonancia. Este valor de la frecuencia se puede calcular teóricamente como: f r = 1/2π√LC donde L es el valor de la autoinducción de la bobina en henrios (H) y C es la capacidad del condensador en faradios (F). Circuito con L y C en paralelo En un circuito compuesto únicamente por bobina y condensador en paralelo la impedancia del conjunto (Zp) será la combinada en paralelo de ZL y ZC

Siendo Xp la reactancia del conjunto

–

III.INFORME PREVIO 1: (Hasta el 30 de abril) a) b)

Presentar el Nombre de los integrantes del grupo (2 ó 3 alumnos) El análisis y cálculo matemático del CIRCUITO SERIE, indicando frecuencia, ancho de banda e impedancia y factor de calidad.

c)

Proyectar el concepto de esos resultados matemáticos.

d)

El análisis y cálculo matemático del CIRCUITO PARALELO, indicando frecuencia, ancho de banda e impedancia y factor de calidad.

e)

V.

Proyectar el concepto de esos resultados matemáticos.

PROCEDIMIENTO ● Para el circuito serie - Medida de la frecuencia de resonancia:

a) Con los valores de la resistencia R, la capacidad del condensador C y la autoinducción L. Determinar el valor teórico de la frecuencia de resonancia a partir de la ecuación presentada anteriormente. Calcular los valores de tolerancias

b) Fijar la amplitud de la señal del generador 5mVrms. No variar la amplitud de la señal del generador durante la realización de la práctica. c) Ajustar el osciloscopio, según se muestra en la figura siguiente, para visualizar la señal vR(t) en la resistencia.

–

d) Variar la frecuencia en el generador de señales hasta ver que la amplitud de VR llega a un máximo. Ese máximo se encuentra justo a la frecuencia de resonancia.

e) Medir en ese momento el periodo T de la señal VR. Medir también el error de la medida.

T = 628ns f)

Calcular a partir del periodo el valor de la frecuencia de resonancia (fr= 1/T)

𝑓𝑟 =

1 628𝑛𝑠

=

1 −9

628*10

= 1592356 ≈ 1. 59𝑀ℎ𝑧

–

Representación de I, VR y VCL frente a la frecuencia: g) Manteniendo la punta de prueba del osciloscopio en esta posición, ir variando la frecuencia en el generador de señales e ir midiendo la amplitud de VR para cada valor de los señalados en la tabla siguiente (con su error). Calcular también el valor correspondiente de la intensidad: f (Hz)

VR  VR (Vp)

I =VR / R (A)

VCL  VCL (Vp)

500

446.261n

44.6261n

7.030

1000

0.893u

89.3n

7.0325

1400

1.245u

124.5n

7.0335

2000

1.7855u

178.55n

7.0345

2400

2.142u

214.2n

7.043

2800

2.4885u

248.85n

7.045

3200

2.8355u

283.55n

7.053

4000

3.5745u

357.45n

7.0621

5000

4.448u

444.8n

7.0658

7000

6.2545u

625.45n

7.0675

Graficar VR vs frecuencia

h) Cambiar la punta de prueba del osciloscopio para medir la tensión en el conjunto condensador-bobina como se indica a continuación. Repita la operación del paso (g), de forma que obtenga los valores de la amplitud de VCL para cada valor de la frecuencia. Así se completa la tabla anterior.

–

i)

Represente gráficamente los valores de la tabla y discuta el resultado

Graficar VCL vs Frecuencia

● Para el circuito paralelo a) Con los valores de la resistencia R, la capacidad del condensador C y la autoinducción L. Determinar el valor teórico de la frecuencia de resonancia a partir de la ecuación presentada anteriormente. Calcular los valores de tolerancias Vamos a usar los valores dados en el circuito en serie: R=3.5 Ω, C= 2 nF, L= 5 uH. ωo = 1/√(5.10-6.2.10-9)= 107 rad/s -> fo= ωo/(2π)= 1.6 MHz

–

Qt= 1/(107.2.10-9.3.5)= 14.29 > 10 B= 1.6.106/14.29= 1.12.105 Hz b) Fijar la amplitud de la señal del generador 5mVrms. No variar la amplitud de la señal del generador durante la realización de la práctica.

c) Ajustar el osciloscopio, según se muestra en la figura siguiente, para visualizar la señal vR(t) en la resistencia.

d) Variar la frecuencia en el generador de señales hasta ver que la amplitud de VR llega a un máximo. Ese máximo se encuentra justo a la frecuencia de resonancia.

–

e) Medir en ese momento el periodo T de la señal VR. Medir también el error de la medida.

𝐸% =

( 1.59154−1.59235) 1.59154

= 0. 05

Como podemos ver el error es muy pequeño ,la manera de mejorarlo sería colocando los datos con más decimales aunque sabemos que esto siempre se va a dar debido a que como en los osciloscopios reales la amplitud pico pico disminuye a frecuencias altas . f)

Calcular a partir del periodo el valor de la frecuencia de resonancia (fr= 1/T)

fr=10^9/628=1.592 MHz

–

Representación de I, VR y VRL frente a la frecuencia: g) Manteniendo la punta de prueba del osciloscopio en esta posición, ir variando la frecuencia en el generador de señales e ir midiendo la amplitud de VR para cada valor de los señalados en la tabla siguiente (con su error). Calcular también el valor correspondiente de la intensidad: f (KHz)

VR  VR (V)

I =VR / R (A)

VC  VC (V)

500

7.06m

2.017m

7.07m

1000

7.06m

2.017m

7.07m

1400

7.07m

2.02m

7.07m

2000

7.07m

2.02m

7.07m

2400

7.04m

2.011m

7.07m

2800

7.04m

2.011m

7.07m

3200

7.04m

2.011m

7.07m

4000

7.04m

2.011m

7.07m

5000

7.04m

2.011m

7.07m

7000

7.04m

2.011m

7.07m

Graficar VR vs frecuencia

–

h) Cambiar la punta de prueba del osciloscopio para medir la tensión en el conjunto condensador-bobina como se indica a continuación. Repita la operación del paso (g), de forma que obtenga los valores de la amplitud de VCL para cada valor de la frecuencia. Así se completa la tabla anterior. i) Represente gráficamente los valores de la tabla y discuta el resultado Circuito RLC. Resonancia con pérdida en L. Resultados:

f (KHz) 500 1000 1400 2000 2400 2800 3200 4000 5000 7000

Graficar IRL vs Frecuencia

VL  VL (V)

I =VRL / R (A)

0.01m 0.01m

2.017m

0.00015m 0.00015m

2.02m

0.03m 0.03m

2.011m

2.017m 2.02m 2.011m

0.03m 0.03m

2.011m

0,03m 0.03m

2.011m

2.011m 2.011m

IC  IC (A) 78m 158m 221m 315m 378m 441m 504m 630m 788m 1.1

–

V.INFORME FINAL: (Hasta el 26 de mayo) a) El procedimiento de la simulación y mediciones de los circuitos Serie y Paralelo b) Los resultados en tablas y gráficas. Pantallazos del simulador, indicando con señaladores frecuencia, ancho de banda e impedancia y factor de calidad. c)

Proyectar el concepto de los resultados matemáticos comparando con los simulados, si hay diferencias conceptualizar a que se debe y qué acción de haría para mejorar los resultados. ● Circuito en serie: ○ Simulación: fr = 1.592356 MHz Q=5 Bw = 0.3184 MHz ○ Cálculos: fr = 1.59155 MHz Q=5 Bw = 0.3183 MHz ● Circuito en paralelo: ○ Simulación: fr = 1.59 MHz Q = 14.29 Bw = 1.12.105 Hz ○ Cálculos: fr = 1.6 MHz Q = 14.29 Bw = 1.12.105 Hz No encontramos diferencias, ya que se ha simulado con componentes ideales.

d) Conclusiones y observaciones ● Se pudo confirmar mediante la simulación, la frecuencia de resonancia que se halló teóricamente llegando a ser muy semejante. ● Cuando un circuito en serie entra en resonancia el voltaje de la resistencia alcanza un valor máximo y el voltaje en LC se cae por completo.

–

● En un circuito en paralelo observamos que a frecuencias menores a la de resonancia, el valor de la reactancia capacitiva es alta y la inductiva es baja y en caso de frecuencias mayores pasa lo contrario. ● Observamos que el circuito RLC paralelo tiene propiedades complementarias respecto del RLC serie esto se evidencia más cuando la resistencia es pequeña ....