Circuitos Resonantes

Ana María Fernández Pérez c.c. 43.253.065Luis Germán García Morales c.c. 3.396.886

PREINFORME #1LABORATORIO DE CIRCUITOS DE RF

1. Calcular dos circuitos resonantes serie para la frecuencia central del canal de televisión asignado, con diferente relación L/C (por lo menos 5 valores distintos de Q), utilizando una carga de 50Ω.

Vin1V

C1

R1

50

R250

L11 2

R/ El canal asignado es el 2. El rango de frecuencias para este es desde 54MHz hasta 60MHz.

C(pF) L(nH) Q BW(MHz)33 236.91 0.8473 64.18027 289.56 1.0356 54.96518 434.30 1.5534 36.64210 781.80 2.7961 20.3584.7 1663.46 5.9491 9.5680

2. Calcular dos circuitos resonantes paralelo que acoplen la resistencia del generador con una de 50 Ω, en una frecuencia de 1.5MHz, con ancho de banda del 10% y del 20% de dicha frecuencia.

R250 C1

VAmp

0V

L1

1

2

Vin 1V

R1

50

R/ Tenemos las siguientes ecuaciones

Por tratarse de un circuito paralelo tenemos que Q queda expresado así:

Por el hecho de tener dos resistencias de 50Ω en paralelo en el circuito, R=25Ω.

Para el caso de un ancho de banda del 10% de la frecuencia de resonancia se tienen los siguientes cálculos.

Para el caso de un ancho de banda del 20% de la frecuencia de resonancia se tienen los siguientes cálculos.

3. Simule todos los circuitos usando Spice

R/ A continuación se muestra el archivo .CIR para el circuito serie.

Vin 1 0 AC 1R1 2 1 50R2 0 4 50L1 3 2 {1/(127.91e15*C)}C1 4 3 {C}

.PARAM C=1

.STEP PARAM C LIST 33p 27p 18p 10p 4.7p

.AC DEC 300 1meg 3g

.PROBE

.END

A continuación se muestra el archivo .CIR para el circuito paralelo.

Vin 1 0 AC 1Vamp 3 2 AC 0R1 2 1 50R2 2 0 50L1 3 0 {1/(8.8826e13*C)}C1 3 0 {C}.PARAM C=1.STEP PARAM C LIST 42.44n 21.22n.AC DEC 300 300k 10meg.PROBE.END

4. Diseñe las bobinas necesarias utilizando alambre esmaltado AWG número 18, 20 ó 22 y diámetro 1 cm.

R/

Inductancia (nH)

22 20 18N L (cm) N L (cm) N L (cm)

236.91 4 0.27 5 0.73 5 0.77289.56 5 0.48 5 0.51 5 0.54434.30 6 0.45 7 0.81 7 0.85781.80 9 0.68 10 0.99 10 1.031663.46 15 1.03 17 1.51 19 2.10265.30 5 0.57 5 0.60 5 0.63530.53 7 0.55 7 0.58 8 0.95

5. Indique el procedimiento adecuado para la medición del ancho de banda y la frecuencia de resonancia.

R/

Se acopla a la salida del generador una impedancia de 50 y se mira la máxima potencia que entrega la fuente a la frecuencia que deseamos.

Acoplamos el circuito serie o paralelo al generador y medimos la potencia entregada por el generador en Rl, a la frecuencia antes mencionada.

Tomando como referencia esta potencia, miramos 3db por encima y por debajo, determinando el ancho de banda o selectividad en frecuencia; también relacionado con el factor de calidad.

Informe de la Práctica

Los dos circuitos resonante serie tomados para la práctica fueron los siguientes:

C=33pF, L=236.9nH, BW=64.18MHz.

Los datos medidos fueron los siguientes:C=32pF, L=230nH.

La frecuencia de resonancia y el ancho de banda medido fueron:

La siguiente tabla muestra la comparación de valores teóricos, prácticos y en Spice (Real).

Teórico Práctico SpiceC 33pF 32pF 32pFL 236.9nH 230nH 230nHFR 56.92MHz 62.16MHz 62.61MHz

BW 64.18MHz 51.10MHz 73.02MHz

Básicamente, las diferencias entre la parte teórica y la práctica se deben a varios factores:

1) La punta del osciloscopio del laboratorio incluye un capacitor de 11.8pF que queda en paralelo a la resistencia de carga del circuito.

2) Los valores de los elementos utilizados, en especial el de la bobina, no son iguales a los usados teóricamente.

C=18pF, L=434.30nH, BW=36.64MHz.




Teórico Práctico Spice

C 18pF 17pF 17pFL 434.3nH 451nH 451nHFR 56.92MHz 56.30MHz 57.54MHz

BW 36.64MHz 8.60MHz 35.20MHz

Para este circuito se hizo uso de la punta del osciloscopio de alta impedancia y no la que tiene un capacitor de 11.8pF.Aunque la frecuencia de resonancia da muy similar, el ancho de banda varía bastante. Esto puede deberse a que, aunque el cable sea de impedancia infinita, esta puede o debe incluir alguna pérdida para el circuito.

Los dos circuitos resonante paralelo tomados para la práctica fueron los siguientes:

C=42.4pF, L=265.3nH, FR=1.5MHz, BW=150kHz.




Teórico Práctico SpiceC 42.4pF 43pF 43pFL 265.3nH 256nH 256nHFR 1.5MHz 1.52MHz 1.52MHz

BW 150KHz 223KHz 148KHz

Los resultados de este circuito fueron excelentes. Una vez más se uso el cable de alta impedancia.

C=21.22pF, L=530.53nH, FR=1.5MHz, BW=300kHz.




Teórico Práctico SpiceC 21.22pF 23pF 23pFL 530.53nH 495nH 495nHFR 1.5MHz 1.48MHz 1.49MHz

BW 300KHz 273KHz 276KHz

Los resultados de este circuito fueron muy buenos, a pesar de que el valor real de la bobina se alejó del teórico. Una vez más se uso el cable de alta impedancia.

Conclusiones

En los resultados prácticos, la punta del osciloscopio influye en los resultados debido al capacitor en paralelo de 11.8pF que le agrega al circuito.

Las bobinas se calculan para un número determinado de vueltas y de longitud, sin embargo, a la hora de medir su valor de inductancia, el valor no es exacto, este leve cambio de valor con respecto al teórico, hará que no sea posible tener el circuito esperado. Es necesario tener en cuenta que con el capacitor pasa algo similar, ya que el valor que uno utiliza no es exacto, aunque la variación es mínima.

Para esta práctica, el haber utilizado la punta de alta impedancia del osciloscopio, no generó mucha pérdida como de pronto se podría esperar, antes el funcionamiento fue adecuado, mejor que con la utilización de la otra punta del osciloscopio.

Lograr conseguir un ancho de banda similar al teórico suele ser difícil, esto se debe a varios factores: Los valores de los capacitores y de las bobinas no son exactos, además cada uno de estos tiene pérdidas que no fueron considerados ni en los cálculos teóricos ni en la simulación de Spice; otro factor es el hecho de que no se consideraron los efectos de la punta de alta impedancia.

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