CIRCUITOS DIDACTICOS DE LA MATERIA DE DISPOSITIVOS Y CIRCUTOS ELECTRONICOS Y DE DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES. JUSTIFICACION. Los siguientes circuitos son considerados ejemplos didácticos y representativos base que permiten un mejor aprendizaje en el alumno, poseen características que permiten una ventaja de sencillez en su definición y que podrían ser más aptos a comprenderse bajo una simulación. Debido a esto se han escogido y se presentan como una tentativa a desarrollar las simulaciones de estos. Importancia del Circuito RC CIRCUITO 1: CIRCUITO RC El circuito RC es de los circuitos básicos para el estudio de las propiedades de la corriente que fluye a través de la resistencia y el capacitor, ya que con estos pocos elementos podemos estudiarlos de manera adecuada y así visualizar en estos dos cómo se comporta el voltaje y corriente que fluyen a través de estos. Con la idea de realizar el simulador se tendrá una visión más clara acerca de este circuito ya que se podrá emular con valores y así obtener su comportamiento para su posterior estudio. Temas que cubre el circuito RC en cuestiones académicas. Dentro de la materia de Circuitos Eléctricos que se imparte en las carreras de Ingeniería en Computación e Ingeniería en Telecomunicaciones se tiene en cuenta el estudio de este circuito que es muy importante por las características que presenta, de igual forma en la materia de Análisis de Circuitos de la carrera Ingeniería Eléctrica Electrónica se tiene contemplado el estudio de este circuito. La simulación de este circuito será muy importante para los estudiantes de la Facultad de Ingeniería ya que a través de software desarrollado dentro de la misma facultad se tienen conocimientos acerca de lo más importante para este circuito ya que se estará en un ambiente familiarizado. A continuación se muestra una introducción acerca del funcionamiento de este circuito. En un circuito RC en serie la corriente (corriente alterna) que pasa por la resistor y por el capacitor es la misma y el voltaje VS es igual a la suma faso rial del voltaje en el resistor (Vr) y el voltaje en el capacitor (Vc).
Vs = Vr + Vc (suma fasorial) Esto significa que cuando la corriente está en su punto más alto (corriente pico), será así, tanto en el resistor como en el capacitor. Pero algo diferente pasa con los voltajes. En el resistor, el voltaje y la corriente están en fase (sus valores máximos y mínimos coinciden en el tiempo). Pero el voltaje en el capacitor no es así. Como el capacitor se opone a cambios bruscos de voltaje, el voltaje en el capacitor está retrasado con respecto a la corriente que pasa por él. (El valor máximo de voltaje en el capacitor sucede después del valor máximo de corriente en 90 o ). Estos 90º equivalen a ¼ de la longitud de onda dada por la frecuencia de la corriente que está pasando por el circuito. El voltaje total que alimenta el circuito RC en serie es igual a la suma fasorial del voltaje en el resistor y el voltaje en el capacitor. Este voltaje tiene un ángulo de desfase (causado por el capacitor) y se obtiene con ayuda de las siguientes fórmulas: Valor del voltaje (magnitud): Vs = (VR2 + VC 2 ) 1/2 Angulo de desfase Θ = Arctang ( -VC/VR ) Como se dijo antes- La corriente adelanta al voltaje en un capacitor en 90 - La corriente y el voltaje están en fase en un resistor. Puntos importantes para la simulación a tomar en cuenta para el proyecto Se podrá variar la resistencia, la capacitancia y el voltaje La simulación determinará el voltaje tanto en la resistencia como en el capacitor así como la corriente que fluye a través del circuito Se podrá tener la gráfica del comportamiento del circuito A través de la gráfica podremos determinar los ángulos en atraso del capacitor con respecto a la resistencia.
CIRCUITO 2: RLC en corriente alterna Introducción Un circuito RLC es un circuito en el que solo hay resistencias, capacitores y bobinas, estos tres elementos tienen, por ecuaciones características una relación lineal entre tensión e intensidad. Se dice que no hay elementos activos Resistencia: V(t) = i(t) * R; Condensador: Bobina: De forma que para conocer el funcionamiento de un circuito deberíamos, aplicando las leyes de Kirchoff, resolver un sistema de ecuaciones diferenciales, para determinar la tensión e intensidad en cada una de las ramas. Como este proceso se hace extremadamente laborioso a partir de que en un circuito halla más de dos bobinas o condensadores (estaríamos frente a ecuaciones diferenciales de más de segundo orden), lo que se hace en la práctica es escribir las ecuaciones del circuito y después simplificarlas a través de la Transformada de Laplace, en la que derivadas e integrales son sumas y restas con números complejos, se le suele llamar dominio complejo, resolver un sistema de ecuaciones lineales complejo y luego aplicarle la Antitransformada de Laplace, y finalmente, devolverlo al dominio del tiempo. Transformada de Laplace circuito RLC Formulas Resistencia: Z = R + j * 0 ; no tiene parte imaginaria solo real Condensador: ;no tiene parte real. ω es la pulsación del circuito ( ) con f la frecuencia de la intensidad que circula por el circuito y C la capacidad del condensador Bobina: ;No tiene parte real. ω es la pulsación del circuito ( ) con f la frecuencia de la intensidad que circula por el circuito y L la inductancia de la bobina
Por que es importante estudiarlo Por que se usan Capacitores un circuito electrónico (C) Resistencias (R) y Bobinas (L) que son los 3 elementos básicos en Lo trataremos por impedancias que ahi esta el reto MANEJO DE IMPEDANCIAS La impedancia total del circuito, Zt, será la siguiente: Esto lleva en el circuito que se ha escogido como ejemplo a:
y como tendremos que Por tanto el módulo de it y el desfase de ésta respecto a vg vendrá dado por:
ASIGNATURA: DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES CLAVE: 1551 CIRCUITO 3. Temario 1. Introducción 2. Circuitos combinacionales 3. Circuitos secuenciales 4. Técnicas de modelado para el diseño de sistemas digitales. 5. Diseño de sistemas digitales utilizando dispositivos lógicos programables. 6. Diseño de sistemas digitales utilizando memorias. 7. Componentes básicos de un procesador. CIRCUITO CON APLICACIÓN A TEMA 3 Y SUBSECUENTES TEMA 3: Circuitos secuenciales Contenido: 3.1 Estructura y modelo de la máquina secuencial Mealy y Moore. Estado presente y estado siguiente, decodificación del estado siguiente, decodificación de salidas, elementos de memoria 3.2 Elementos de memoria Latches y Flip Flops tipos RS, D, T, JK. Flip Flop maestro esclavo. Tablas características, tablas de excitación, ecuaciones características, diagramas de tiempo. Descripción estructural y por comportamiento usando lenguajes HDL. DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES (3/ 6) 3.3 Sistemas Secuenciales Síncronos vs. Sistemas Secuenciales Asíncronos 3.4 Descripción estructural y por comportamiento de los bloques secuenciales básicos: Registros de n bits entrada serial salida serial, entrada serial salida paralela, entrada paralela salida serial, entrada paralela salida paralela, registro universal. Contadores de n bits ascendente, descendente, anillo, módulo m, Johnson en versión síncrona y asíncrona.
Aplicación del CI LM55 para generar diversos pulsos (Monoestable) y frecuencias (estable) Ecuaciones características (Astable): T1=0.693(RA+RB)C Tiempo en alta T2=0.693(RB)C.Tiempo en baja T=T1+T2=0.693(RA+2RB)C..Periodo F=1/T=1.44/((RA+2RB)C)..Frecuencia D=RB/(RA+2RB) Ciclo de trabajo Ecuaciones características (monoestable): T1=1.1RC..Duración del pulso de salida Circuito Astable: Un Astable es un multivibrador que no tiene ningún estado estable, lo que significa que posee dos estados entre los que cambia, permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado. Circuito Monoestable: El monoestable es un circuito multivibrador que realiza una función secuencial consistente en que al recibir una excitación exterior, cambia de estado y se mantiene en él durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho periodo de tiempo, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aquí su nombre) y un estado casi estable.