Laboratorio de Comunicaciones Analógicas 1
FACULTAD DE INGENIERÍA COMUNICACIONES ANALÓGICAS LABORATORIO ABRIL 2 DE 2013
LABORATORIO IV ACOPLE TIPO PI
Diana Marcela Santos Ríos Carlos Andrés Bautista Nathalia Muñoz
1INTRODUCCIÓN
MARCO TEÓRICO
En esta práctica de laboratorio se busca verificar, de manera experimental, la teoría vista vista en clase acerca
Los acopladores de impedancia son elementos indispensables para conseguir la máxima transferencia de potencia entre circuitos, ya sean amplificadores, osciladores, mezcladores, etc. Un caso de aplicación importante es en el acoplamiento de líneas de transmisión y antenas. La idea básica del acoplador se ilustra en la figura 1, en que un generador, de impedancia ZG = RG + jXG suministra potencia a una carga de impedancia ZL = RL + jXL. Para que la transferencia de potencia entre generador y carga sea máxima, es necesario que sus impedancias sean complejas conjugadas, es decir ZG = ZL*, en que ZL* es el complejo conjugado de ZL, es decir RL – jXL. jXL. La función del acoplador es, por consecuencia, hacer
de los acoples de impedancias tipo “π”. Para ello, se
escogerá libremente una carga reactiva, y, teniendo en cuenta la impedancia impedancia interna del generador de señales, se diseñará un acople del tipo mencionado anteriormente para la carga. Después de realizar el correspondiente proceso de diseño, se procederá al montaje del circuito, lo cual implica la construcción de 2 bobinas. Luego de haber montado el circuito, se procede a realizar el análisis del acople con ayuda del analizador de redes disponible en el laboratorio, con el cual se obtienen las imágenes que corroboran el funcionamiento del acople, posteriormente se realizó un barrido de frecuencia medido en el osciloscopio como medida de verificación del resultado. Finalmente, se hace el correspondiente análisis de las gráficas y datos obtenidos, verificación del filtro y las respectivas conclusiones de la experiencia. OBJETIVO.
Construir, a partir de la aplicación de la teoría de acoples
tipo
π,
un
circuito
compuesto
por
componentes inductivos, capacitivos y resistivos, en configuración π, de forma tal que, de acuerdo al
diseño del circuito, se pueda lograr la máxima transferencia de potencia una carga reactiva; de esta manera, comprobar el funcionamiento de los acoples tipo π. Laboratorio entregado el 2 de Abril de 2013. Los autores son estudiantes de Ingeniería de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Diana Marcela Santos Ríos:20102005080,
[email protected] Carlos Andrés Bautista: 20102005034, 20102005034,
[email protected] Nathalia Muñoz: 201020050, 201020050,
[email protected]
que el generador “vea” en sus terminales una
impedancia compleja igual al conjugado de su impedancia interna, es decir, ZG* = RG - jXG y del lado de la carga, la impedancia de salida del acoplador debe ser igual al complejo conjugado de la impedancia de carga, ZL*. En estas condiciones, se dice que las impedancias están acopladas o adaptadas, en base a las impedancias imagen. Esto quiere decir que tanto el generador como la carga, “ven” en sus terminales las imágenes (el conjugado) de sus respectivas impedancias.
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Esto se hace evidente en el circuito visto en la figura 1.
diseñado para un Q especifico y esta resistencia virtual estará en virtud de dicho factor. MATERIALES
1 Bobina de 20.94 uH 1 Condensador de 2nF 1 Condensador de 1.32nF 1 Condensador de 1.12nF 1 Condensador de 1 nF Resistencias de carga de 100 Ω
Figura 1. Máxima transferencia de potencia La red Pi hace uso de 3 elementos reactivos, y debe su nombre a la manera en la que estos elementos están ubicados como se aprecia en la figura 2.
DIAGRAMAS CIRCUITALES
RESULTADOS Y ANALISIS
Figura2. Acopletipo pi Este acople puede ser descrito como dos acoples L, espalda a espalda que son configurados para acoplar la carga y el generador a una resistencia invisible o virtual Rv localizada en la unión entre ambas redes. Esta es ilustrada en la figura 3.
Figura3. Red Pi mostrada como dos acoples tipo L El significado de los signos negativos para Xs1 y Xs2 es simbólico y son usados para indicar que los valores de Xs son opuestos al tipo de reactancia de Xp1 y Xp2 respectivamente. Es decir, si Xp1 es un capacitor, Xs1 debe ser un inductor y viceversa. Similarmente ocurre con Xp2 y Xs2. Pero en ningún momento estos signos indican reactancias negativas (condensadores). El diseño de cada sección de la red Pi sigue los pasos usados para la red L, pero teniendo en cuenta el resistor virtual Rv. Sin embargo la gran diferencia está en que este tipo de acople está pensado para ser
REALIZAMOS LA TRANSFORMACIÓN SERIE – PARALELO DE LA IMPEDANCIA DEL GENERADOR Y DE LA CARGA, DE TAL MANERA QUE PODAMOS ELIMINAR LA PARTE IMAGINARIA DE CADA UNO: DETERMINAMOS LAS REACTANCIAS CORRESPONDIENTES AL ACOPLE TIPO PI EL CIRCUITO OBTENIDO ES: AL SIMPLIFICAR TENEMOS:
EL
CIRCUITO
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AHORA CALCULAMOS LAS CARACTERÍSTICAS DE ESTE ACOPLE, ES DECIR: IMPEDANCIAS, VOLTAJES, CORRIENTES Y POTENCIAS DE ENTRADA Y SALIDA.
CONCLUSIONES
-
-
REALIZANDO CORRIENTE:
EL
DIVISOR
DE
ENTONCES
-
Fue notable al momento de realizar la práctica que las pérdidas por inserción y la frecuencia de acople dieron cercanas a lo esperado, sin embargo no tan exacto como se había previsto; esto debido a las tolerancias presentes en los componentes, además cabe agregar que el hecho de fabricar la bobina conlleva efectos de tolerancia mayores. Fue difícil encontrar el mejor procedimiento para realizar la efectiva medición del acople, debido a que los instrumentos utilizados para dichas mediciones, tales como el multímetro, presentan una impedancia interna, que afectan significativamente el funcionamiento del acople; para una medición más confiable se utilizó finalmente el analizador de redes, con el cual se obtuvo una mejor medición. Se hizo evidente el hecho de que éste tipo de acople es funcional únicamente a un determinado ancho de banda, ya que, como se pudo observar en las mediciones, y en la gráfica mostrada en el analizador de redes, obtuvimos un comportamiento similar al esperado, es decir, un efecto de la resonancia en las frecuencias pertenecientes al ancho de banda del acople. Así mismo, se pudo verificar que en la frecuencia central, se presentó la máxima transferencia de potencia, debido al efecto de la resonancia en el voltaje de salida. BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA
Bowick, Chris. RF Circits Design. 2aedición. Ed Sams. Alexander, Sadiku, Fundamentos de Circuitos Eléctricos, 3raEdicion. Mc Graw Hill. http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/Electro nicaAplicadaIII/Aplicada/Cap11Adaptaciondeimpedanci as2008.pdf https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:qgH3Vs bG4gJ:personales.unican.es/perezvr/pdf/ACOPLADORE S
