Circuitos Y Sistemas Lineales. Curso de Laboratorio

Circuitos Y Sistemas Lineales. Curso de Laboratorio

Eduard Bertran Albertí
Gabriel Montoro López

Una asignatura de laboratorio situada a principios de una carrera de ingeniería tiene objetivos tanto actitudinales como aptitudinales.
Los primeros deben orientarse hacia la formación de hábitos experimentales correctos, facilitando el desarrollo personal de los estudiantes hacia unos métodos y procedimientos de trabajo, tanto a nivel de planificación de éste como de medidas y elaboración de informes. La experiencia nos dice que el éxito o fracaso en esta función formativa tiene una gran incidencia en la futura predisposición del estudiante (es decir, del futuro ingeniero) hacia los trabajos experimentales. No podemos olvidar que el objetivo de cualquier ingeniería es el diseño y montaje de equipos y productos, siendo los procesos de modelización matemática, de simulación, o de análisis, pasos previos a este objetivo final. Por ello, los trabajos de laboratorio que se proponen en este curso son gradualmente dirigidos: los primeros consisten en la ejecución de unas pautas muy detalladas, de forma que el estudiante vaya tomando autoconfianza en sus habilidades experimentales, para ir pasando, a medida que avanza el curso, hacia trabajos menos dirigidos.
Los segundos objetivos, de aptitud, son más específicos en función de la materia, y se centran en la adquisición de unos conocimientos sobre el uso y la aplicación de componentes y sistemas. Un laboratorio de Circuitos y Sistemas Lineales tiene encomendada la tarea de proporcionar al alumno las herramientas esenciales para ser capaz de, ante un circuito o sistema lineal, determinar, medir y comprender el funcionamiento de una variable de salida como respuesta a otra variable que denominaremos de entrada. A partir de estas herramientas se abordará el problema de diseño: determinar qué circuito o sistema es capaz de procesar de la forma deseada una señal de entrada, y construirlo. Este curso se ha diseñado para una asignatura de Circuitos y Sistemas Lineales que tenga el objetivo de dar unos fundamentos teóricos contrastados con trabajos experimentales. Cada práctica con este hasta llegar al montaje final. A su vez, cada una de estas prácticas está compuesta por tres apartados: bases, estudio previo y trabajo de laboratorio. Las bases, principalmente teóricas aunque con apuntes hacia la posterior experimentación, vienen complementadas con anexos específicos según cada caso y su objetivo es dar una información previa al trabajo experimental de forma que el alumno tenga los fundamentos necesarios para saber qué va a hacer y porqué va a hacerlo.

ÍNDICE

• Aplicaciones básicas del amplificador operacional
• Análisis de circuitos con PSpice
• Dinámica de circuitos y sistemas lineales
• Circuitos en régimen permanente senoidal
• Diseño y medición de filtros analógicos
• Apéndice 

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ÍNDICE GENERAL

• Aplicaciones básicas del amplificador operacional. Bases teóricas: el amplificador operacional. Modelo del amplificador operacional. Aplicaciones del amplificador operacional. Práctica Parte I. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte II. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte III. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte IV. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte V. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Anexo 1A Curvas de variación de una NTC. Anexo 1B Características de los amplificadores operacionales utilizados.
• Análisis de circuitos con PSpice. Introducción. Cómo dibujar. Cómo simular. Cómo visualizar resultados. Práctica: circuitos a simular. Circuito RC. Circuito RCL. Circuito con un amplificador operacional. Oscilador.
• Dinámica de circuitos y sistemas lineales. La transformada de Laplace. Definición. Principales propiedades. Transformación de las formas de onda más comunes. Transformada inversa. Circuito transformado. Transformación de los elementos. Transformación de las leyes de interconexión. Impedancia y admitancia. Función de transferencia. Evaluación de la respuesta temporal de circuitos y sistemas. Respuesta indicial de circuitos de primer orden. Circuito RC. Circuito RL. Respuesta indicial de circuitos de segundo orden. Forma canónica de un sistema de segundo orden. Osciladores senoidales. Práctica Parte I: circuitos de primer orden. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte II: circuitos de segundo orden. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte III: oscilador senoidal (Colpitts). Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Anexo 3A Materiales de ferrita y construcción de bobinas. Anexo 3B Calibración de una sonda.
• Circuitos en régimen permanente senoidal. Introducción Definición de RPS. Respuesta permanente a excitaciones senoidales. Excitación coseno. Excitación seno. Caso general. Evaluación gráfica de la respuesta en RPS. Elementos de circuito en RPS. El enfoque fasorial. Diagrama fasorial. Potencia. Respuesta a múltiples frecuancias. Práctica Parte I: circuito RLC Resonancia paralelo. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte II: acoplamiento magnético. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte III: receptor de AM de amplificación directa. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Anexo 4A El decibelio. Anexo 4B Acoplamiento magnético.
• Diseño y medición de filtros analógicos. Especificaciones de la respuesta frecuencial. Bases teóricas y definiciones. Tipos de respuesta frecuencial. Frecuencia de corte y ancho de banda. Funciones de red características de filtros de primer y segundo orden. Aproximaciones paso bajo. Introducción. Butterworth. Chebyschev. Chebyschev inverso. Elíptico o de Cauer. Instrucciones Matlab relacionadas. Normalización de parámetros. Objetivos. Normalización de frecuencias. Normalización de impedancias. Ejemplo de aplicación. Transformación de frecuencias. Objetivos. Transformación de paso-bajo a paso-banda. Transformación de paso-bajo a paso-alto. Transformación de paso-bajo a banda eliminada. Instrucciones Matlab relacionadas. Ejemplo de aplicación. Ejercicio propuesto. Realizaciones circuitales. Filtros pasivos (LC). Filtros activos (AO + red RC). Instrucciones del software Filter Design de Microsim. Práctica Parte I: experimentación de filtros. Estudio previo. Trabajo de laboratorio. Práctica Parte II: diseño de filtros (CAD). Estudio previo. Trabajo de laboratorio.
• Apéndice . Análisis sistemático de circuitos. Modelo de informe de laboratorio. Material necesario para las prácticas. Bibliografía.