SESIÓN DE PRÁCTICAS Nº 4

Transcripción

1 SESÓN DE PÁCTCAS Nº 4 ACTDADES PELMNAES A LA SESÓN DE PÁCTCA.- Estudia en la guía de Corriente Alterna los temas: circuitos LC en serie y, filtros..- ealiza los ejercicios propuestos en la guía, concernientes a estos temas OBJETOS DE LA PÁCTCA:. Estudiar el comportamiento de: resistencias, capacitores e inductores, en circuitos de corriente alterna.. Estudiar la dependencia con la frecuencia de las reactancias inductiva y capacitiva. 3. Analizar el comportamiento de la impedancia en función de la frecuencia, en circuitos C, L y LC, en serie. 4. Estudiar la respuesta en frecuencia de la amplitud de la corriente en un circuito LC en serie. 5. Determinar la frecuencia de resonancia y el factor de calidad para un circuito LC en serie. 6. Analizar el comportamiento de filtros; pasa alto y, pasa bajo. ACTDAD Elementos activos: capacitores e inductores. Filtros pasa alto y pasa bajo. Se necesita acoplar correctamente, un sistema de altavoces a la salida de un amplificador. Los sonidos de baja frecuencia deben ser producidos por el woofer, o bafle de graves, un altavoz de diámetro grande. Los sonidos de alta frecuencia tienen que ser emitidos por el tweeter, o bafle de agudos, que es un altavoz de menor diámetro. A fin de encaminar las señales de distintas frecuencias al altavoz correspondiente, la conexión con el amplificador debe hacerse por medio de un circuito filtro apropiado. Para el tweeter, un filtro pasa alto, y, para el woofer, uno pasa bajo. Se dispone de dos filtros: A y B, cada uno dentro de una caja negra de la cual emergen solamente los conectores al amplificador y al altavoz. Se sabe que los filtros están constituidos por una resistencia en serie con un elemento activo (un condensador o

2 una bobina) y, se tiene que decidir con cual se conectará el woofer, y con cual el tweeter. Con esta finalidad se analizan los filtros conectándolos a una fuente de corriente alterna de voltaje constante, y frecuencia variable, luego, se mide la corriente eficaz a través del filtro en función de la frecuencia, para discernir cuál filtro es pasa bajo y cuál, pasa alto. Análisis de los dos tipos de circuito Circuito L en serie La impedancia de un circuito L en serie es: eficaz de la fuente, produce una corriente eficaz: corriente depende el voltaje en la resistencia Z ( L) por lo tanto, un voltaje Y, de la ( L) ( ) que es donde se conecta la carga que se quiere alimentar. Por eso, analizando el comportamiento de la corriente con la frecuencia, podemos saber su funcionamiento como filtro. Comportamiento con los valores extremos de la frecuencia: Para valores bajos, que constituye su máximo valor. Para valores muy altos, Evidentemente, este circuito se comporta como un pasa bajo Circuito C en serie La impedancia de este circuito es: Z y la corriente Comportamiento con los valores extremos de la frecuencia: Para valores bajos, Y, para valores muy altos r m s el máximo valor de la corriente. Lo que muestra que este circuito actúa como un filtro pasa alto Análisis del filtro A El filtro A se conectó a una fuente ac de frecuencia variable y voltaje constante =. Las medidas de la corriente en función de la frecuencia se muestran en la tabla siguiente.

3 (A) ,5, W(rad/s) , (A) W(rad/s) (A) W(rad/s) Grafica f (). Debido al alto rango de la frecuencia angular, es recomendable usar para el eje de las abscisas (eje horizontal) escala logarítmica..- Analiza la gráfica, sobre todo las regiones de altas frecuencias y de muy bajas frecuencias. Decide si el filtro es pasa bajo o pasa alto. Explica. 3.- dentifica el elemento activo es un condensador o una bobina? 4.- Traza las asíntotas a la curva (usa las autoformas del Excel) para altas y bajas frecuencias y calcula los valores de la resistencia y del elemento activo. Análisis del filtro B El filtro B se conectó a una fuente ac manteniendo el voltaje constante = 5. La corriente en función de la frecuencia se reporta en la siguiente tabla. (A) W(rad/s) (A) W(rad/s) (A) W(rad/s) Grafica f ().- Analiza la gráfica, sobre todo las regiones de altas frecuencias y de muy bajas frecuencias. Decide si el filtro es un pasa bajo o un pasa alto. Explica. 3.- dentifica el elemento activo es un condensador o una bobina?. 4.- Traza las asíntotas a la curva (usa las autoformas del Excel) para altas y bajas frecuencias y calcula los valores de la resistencia y del elemento activo. ACTDAD Circuito LC en serie Se analizará un circuito LC en serie, estudiando la respuesta en frecuencia del valor eficaz de la corriente, esto es; el valor de como función de la frecuencia angular Esto dará información del comportamiento del módulo de la impedancia Z y

4 del factor de calidad Q, lo cual permitirá calcular los valores de los elementos del circuito en estudio. Para un circuito LC en serie alimentado por un voltaje ac, el módulo de la impedancia está dado por: Z L y la corriente eficaz: Z Donde es el voltaje eficaz de entrada o de alimentación del circuito. Si la frecuencia angular tiene un valor tal, que anule el término L impedancia se hace mínima, Z =, y, en consecuencia, la corriente se hace máxima, la MAX A este valor particular de la frecuencia, se lo conoce como frecuencia angular de resonancia y se lo denota como: Es fácil demostrar que LC Otro parámetro de gran utilidad para describir el comportamiento del circuito es el factor de calidad Q. El factor de calidad mide la relación entre la energía almacenada en el sistema oscilante y la energía disipada por ciclo de oscilación, y esta dado por: Q, donde es la diferencia entre las frecuencias angulares para las cuales la corriente se reduce en un factor respecto a su valor máximo, esto es; MAX También se deduce que el factor de calidad se puede expresar en función de los L elementos del circuito como: Q La siguiente tabla muestra la corriente eficaz en función de la frecuencia angular para una voltaje eficaz de entrada constante de 5.. (A) W(rad/s)x (A) W(rad/s)x (A) x W(rad/s) Completa la tabla de la hoja de cálculo de la sección 4, correspondiente a esta actividad, con los valores del módulo de la impedancia para las frecuencias angulares mostradas..- Grafica el módulo de la impedancia en función de la frecuencia angular. 3.- De la gráfica y los datos obtenidos calcula el valor de la resistencia del circuito y su frecuencia angular de resonancia 4.- Grafica la corriente eficaz en función de la frecuencia angular.

5 5.- Con la ayuda de las autoformas del Excel, calcula el factor de calidad Q. (MAX ) Traza una recta horizontal desde el valor de la corriente y, desde los puntos donde corta la gráfica, traza dos verticales hasta el eje de las abscisas, para encontrar las dos frecuencias; y que producen ese valor de corriente. Calcula la diferencia de esas frecuencias y con la frecuencia de resonancia calcula Q 6.- Con el valor de Q y el de la resistencia, encuentra el valor de la inductancia L. 7.- Ahora, con la expresión de la frecuencia de resonancia: calcula el valor LC de la capacidad C