Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación. Electrónica. Prueba parcial JUEVES, 9 DE DICIEMBRE DE 1999

Transcripción

1 Escuela écnca Superor de Ingeneros de elecomuncacón. Electrónca. Prueba parcal JUEES, 9 DE DICIEMBE DE 1999 pelldos: Nombre: Cuestón 1 Dbujar el esquemátco del modelo en pequeña señal de un dodo. Indcar para qué se utlza. (1,5 puntos) Solucón El esquemátco en pequeña señal es r d C DQ este esquemátco se utlza para calcular la relacón funconal entre los ncrementos de corrente y de tensón entre los termnales del dodo cuando las varacones son pequeñas y nos permte separarlas de los valores de tensón y corrente contnuas del crcuto. 1

2 Cuestón 2 Para cada uno de los crcutos de la fgura la tensón de entrada es y. Consderar que "! y dbujar, cualtatvamente, la forma de onda de salda de cada uno de ellos. (1,5 puntos) v v v (a) (b) (c) (d) v Solucón En todos los crcutos anterores tenendo en cuenta que no tenemos el dato de # podemos suponer que el dodo nunca estará en la regón zener y por tanto el crcuto equvalente del dodo en drecta será γ s y cuando esté en nversa será como sempre un crcuto aberto, por tanto en cada uno de los crcutos deberemos ver cuando está en drecta y en nversa. Empecemos por el crcuto (a). La tensón de salda será $&%'($ ) cuando el dodo no esté conducendo ya que la corrente será cero y por tanto no cae tensón en la resstenca y $*%'(,/ cuando el dodo conduzca. El valor de $*) para el que se produce el cambo de conduccón a corte será cuando $&89':24 ya que en ese momento no hay corrente, por tanto s resolvemos la malla del crcuto nos queda $*);'<26=02>4 para tencones en el generador superores a esa el dodo estará en conduccón y para valores menores estará en corte, así pues $*%?'@$*) $&%?'(,/.B02>45026 CED $*)GFH26I02>4 D $ )KJ(26I02>4 la forma de onda de salda está clara cuando estamos en corte y cuando estamos en conduccón?. S calculamos la corrente que crcula por el crcuto es este caso tenemos que G' $ )7LM26NLO24,0,P. 2

3 t y s susttumos *Q? * > SS/U S/UB s SPU es mucho menor que que es lo habtual el prmer termno desaparece y la forma de onda queda o γ s /W no es tan pequeño entonces tenemos un dvsor de tensón que se quedará con parte de la tensón que cae en la resstenca con lo cual la forma de onda será o γ Cualquera de las dos solucones se da como válda. El resto de los crcuto una vez hecho este son nmedatos, en el caso del (d) vemos que los componentes son los msmos y el dodo está en la msma dreccón en la malla por tanto los valores de X*Y para conduccón y corte del dodo serán los msmos. Cuanto vale X&Z?. Pues en este caso. X*Z5[@\] X*Z[_^`ba\c]d[fehgj kml> kon ] pc] q `Ha\c]srut X YKvH\]wa\>x X Yzy@\]wa\>x por tanto cuando el dodo esté en corte la tensón de salda es \c] y cuando está en conduccón (` {}`/~ ) la forma de onda queda X&Z[(X Y\ x

4 Ž t γ o en caso de que /W no sea tan pequeño tenemos gual el dvsor de tensón y el pco de señal sería un poco más bajo pero la forma de onda sería la msma. eamos ahora el crcuto (b), es como el (d) salvo que el dodo está puseto en la dreccón opuesta, así pues la solucón será como en el (d) pero cambando el sgno de y las zonas de conduccón y corte, así pues ƒ* ƒ* _ f hšj Œm ŽcŒ Hˆ c bˆ s E ƒ z ƒ zš > N por tanto cuando el dodo esté en corte la tensón de salda es c y cuando está en conduccón ( }/W ) la forma de onda queda o ƒ& _ƒ ˆ γ Fnalmente queda el crcuto (c) y será como el (a) pero cambando tambén los sgnos de \ x y las zonas de conduccón y corte. de forma que nos queda X*Z[_X Y X*Z5[_^`/~K\ xœa\c] ret s `/~ es mucho menor que la forma de onda queda X*YG _\c]n\ x X YKž@\c]NO\ x 4

5 o γ 5

6 Problema 1 Para el crcuto de la fgura, calcular: 1. Las tensones en todos los nodos. (1 punto) 2. El equvalente hévenn vsto desde los termnales B. (1 punto). La potenca entregada por todos los elementos del crcuto. Indcar s se conserva la energía por undad de tempo. (1 punto) 10Ω 6 4Ω 4Ω P1 2 B Ω 1 Solucón Cálculo de las tensones en todos los nodos. Para calcular las tensones en todos los nodos vamos a defnr los nodos y a decdr cual es nuestro nodo de referenca, podemos verlo en la sguente fgura Ν 10Ω Ν Ν Ν a b c d 6 4Ω 4Ω Ν e 2 Ω 1 donde el Ÿ lo vamos a poner como referenca. En la fgura tambén hemos redbujado una resstenca para aprecar ben que hay dos resstencas de en paralelo. amos a calcular los valores de las tensones, para ello ncalmente vamos a asocar las dos resstencas de en paralelo resultando una de &. demás vamos a resolver el problema medante la ley de nudos (para ello los hemos puesto), por lo que damos nombre a las correntes 6

7 ª ª Ν 10Ω Ν Ν Ν a b c d 6 a b c 2 d Ω e 1 y planteamos las ecuacones de los nodos y que son los úncos en los que confluye 7 ª«ª ªG ± sustuttumos cada corrente por su valor y nos queda más de una corrente y además una ecuacón adconal por la exstenca de una fuente ndependente ª ª 7²c³ 7² µ u m»h¼ ³o º¹ m ³o»h¼ m ½ m»h¼ ³ m¾»h¼ m¾»h¼ ½ m Àh¼ º¹ m¾ À Á ² ³ ² tenemos dos ecuacones con tres ncogntas pero podemos poner otra relacón s despejamos obtenemos que y de aquí sacamos el resto de los valores ²³ ² 7² 7² ³ à ² ² ª«²cÅ 7² µ à Equvalente hévenn Para este cálculo necestamos cæèç y S ÆÈÇ, el crcuto que tenemos s reorganzamos la gráfca es el que sgue 6 10Ω Ω 2 b 2 Ω 1 B 7

8 Ë S Ä Ã Ä Ã así que tenemos que la cæèç es la tensón que hay entre los nodos B (vamos a calcular por smplcdad la tensón B ya que la referenca la elegmos en ), pero ya conocemos la tensón del nodo B respecto a, ya que lo calculamos en el apartado anteror, este nodo es el que antes llamamos y por tanto ÆÈÇ 7É 7² nos queda la S ÆÈÇ para calcularla anularemos las fuentes ndependentes y ÆÈÇ?Ê&Ë donde e I están expresadas en la fgura 10Ω Ω 1 I por la resstenca de no va a pasar corrente y por tanto no nfluye en nuestro crcuto, s aplcamos la ley de Krchoff para las correntes para el nodo con tensón ± Ë Ì 7 Ì Ä además tenemos que hay una relacón entre 7 y dadas por un dvsor de tensón entre las dos resstencas de & 7 & ± y por tanto s susttumos en la ecuacón anteror tenemos Ë Ì Ì S ÆÈÇ s hubesemos calculado los valores entre los nodos B tendríamos que cæèç tendría el sgno cambado pero S ÆÈÇ valdría lo msmo. Fnalmente nos queda el cálculo de las potencas para cada uno de los componentes y ya que conocemos las tensones de todos los nodos es smple el cálculo 1 1 odas las tensones han sdo consderadas postvas, el sgno de la corrente dependerá de s la corrente entra por el termnal postvo (postva) o por el negatvo (negatva) Ä Ì Ä 8

9 Ä Ä Ì ««Componente esstenca ensón Corrente P. entregada P. Consumda Fuente de W. de W 1 a. de Ä W 2 a. de Ä ± & W. de 4 2 8W. de Ì W Fuente de W Fuente dependente W Potenca total 408W 408W como vemos las potencas entregadas y y consumdas son guales y por tanto se conserva la energía por undad de tempo. 9

10 ª ª Problema 2 En el crcuto rectfcador de la fgura se pde: 1. La expresón matemátca de la señal de salda Qz. ( puntos) 2. Dbujar la forma de onda de Qz Í. (1 punto) Los valores de los componentes son: Dodo deal, L=50mH; S S v D L c v o () t(s) P2 Solucón En este problema tratamos la carga y descarga de corrente en una bobna y para ello tenemos que conocer las correntes ncales y fnales para cada carga o descarga y los valores de la resstenca a través de la que se producrá esta carga o descarga. eamos cuales con las condcones ncales y fnales del crcuto para cada valor de tensón. En el nstante t=0 la corrente por la bobna será 0, ya que el sstema está en reposo, las condcones ncales son pues ªÎ ( cuando el generador de tensón tene un valor * = el dodo estará en drecta, ya que la corrente crcula en la dreccón de conduccón del dodo, y como es deal será un cortocrcuto, así pues el crcuto queda como 1 2 L c la tensón sobre la resstenca es ya que comparte el nodo con la fuente de tensón, así pues la corrente que pasa por la bobna ( y cuando lleguemos al regmen estaconaro la corrente será ªÏÎ À ) es la msma que pasa por la resstenca S À 10 S

11 ª ª ¹ ª Ü Ê ª S Ü Ê S ya que la bobna se comportará como un cortocrcuto, la ecuacón para el tramo de tempo entre 0s y 0.1s será ªÏÎ Í Ð ªÎ ªÏÎ ÒÑ K( Í ÓQm K ªÏÎ ÒÑ >ÔÖÕ ÙØ ÚÛ ÓQ ±Ý ªÎ S ( S ÚÞ >ÔÖÕ ÙØ Ý fß ÞÔmÕ ß à&ádâ>ãbã las condcones fnales de este tramo son smples ya que como la constante de tempo es ä à&ádâ así pues tenemos que la carga completa se realzará en Ä ä ªÎ ÒÑ* å y entonces conocemos la tensón de salda y Í Ð ªÎ S ß ªÏÎ æômõ> ß > &Qç ÒÑ* å@ *Qè Ï â S ádâ à&ádâ ãbã ß å que es mucho menos que 0.1s, æôöõ ß à&ádâ ãzã hora vamos a por el tramos desde 0.1 a 0.2s, ya conocemos las condcones ncales, veamos ahora el crcuto que tenemos. Como la corrente de la fuente ahora camba de sentdo ya que camba su polardad el dodo estará cortado y se comportará como un crcuto aberto, el crcuto que nos queda es pues ahora» e 2 L c À son las úncas correntes y según la ley de Krchoff de las correntes tenemos À» ( así pues podemos pntar el crcuto de la sguente forma L c 11

12 ¹ Ü podemos ver que los tres elementos (la bobna y las dos resstencas) están recorrdos por la msma corrente lo que sgnfca que están en sere. demá conocemos la corrente ncal (que la fnal del otro tramo) y la fnal de este que es de 0 ya que no hay almentacón. sí pues la ecuacón de la corrente en la bobna será ªÎ (é( S Mê >ÔÖÕ dø GM> Ê SS Ý ÔmÕ ß Gæ> à&ádâåã las condcones fnales de este tramo son smples ya que como la constante de tempo es ä à&ádâ tenemos que la carga completa se realzará en Ä ä ádâ así pues ªÎ ªÏÎ ÒÑ* å > â ( que es mucho menos que 0.1s, y entonces conocemos la tensón de salda y Í å ªÎ S ÔÖÕ ß GM> à*ádâ ã *Qè Í ÒÑ& å( &Qç Ï> hora ya podemos representar la ÔÖÕ ß à&ádâ ã v t(s) 12