CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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Aplicación de los condensadores en corriente alterna:

Filtros RC

Las redes que utilizan resistencias y condensadores se utilizan ampliamente y, a veces, se utilizan pequeños inductores en circuitos de instrumentación para filtrar el ruido, seleccionar la frecuencia, el rechazo de frecuencia y similares. Los filtros pueden ser pasivos o activos (usando amplificadores) y se pueden dividir en los siguientes tipos:

  • Paso alto: permite que pasen las frecuencias altas pero bloquea las frecuencias bajas.
  • Paso bajo: permite que pasen las frecuencias bajas pero bloquea las frecuencias altas.
  • Pasa banda: permite que pase un rango específico de frecuencias.
  • Rechazo de banda: bloquea un rango específico de frecuencias.

Fig. 1 - Ejemplos de filtros: (a) paso alto, (b) paso bajo, (c) pasa banda y (d) rechazo de banda, T gemelo.

Estos filtros pasivos se muestran en la fig. 1. El número de elementos resistivos y capacitivos determina si el filtro es un filtro de primer orden, un filtro de segundo orden, etc. La configuración del circuito determina las características de los filtros, algunas de estas clasificaciones son Butterworth, Bessel, Chebyshev y Legendre.

 

Otra aplicación de los condensadores consiste en su empleo como filtros, pero que permiten el paso a determinadas frecuencias, impidiéndoselo a otras. Así nacen los filtros pasa altos (dejan pasar las frecuencias elevadas, eliminando las señales con baja frecuencia), los filtros pasa bajos (dejan pasar las frecuencias bajas, eliminándose las elevadas) o los más buscados, los filtros pasa banda (dejan pasar sólo una banda de frecuencias).

Un dispositivo suele considerarse como filtro cuando la ganancia de tensión en la salida representa el 70% de la tensión en la entrada. A partir de esta relación se considera que la salida ya tiene suficientemente entidad, y por tanto, a partir del valor de esta frecuencia (frecuencia de paso, o frecuencia de corte, dependiendo si aumenta o disminuye la ganancia, respectivamente) puede considerarse que ya es un filtro.

Fig.: Diversos tipos de filtros con la utilización de condensadores F paso

Condensadores y bobinas. Resonancia

Los circuitos más importantes de estas páginas son los que contienen condensador y bobina simultáneamente (Fig. 12). Se ha dibujado también una resistencia, puesto que es inevitable que la bobina tenga su propia resistencia.

Figura 12.-Circuito de alterna con R, L y C.

En este caso la corriente puede estar adelantada o retrasada con respecto a la tensión, dependiendo de los valores de R, L y C.

La amplitud de la corriente viene dada por la siguiente expresión:

Lo más interesante de este circuito aparece cuando se cumple que

Hay una frecuencia para la cual se cumple la  igualdad anterior, y cuando ocurre esto se anulan las reactancias de L y de C, dependiendo la corriente que circula por el circuito exclusivamente de R. Además, en estas condiciones la corriente y la tensión están en fase y la impedancia Z es mínima e igual a R. En la figura 13 se muestra una gráfica para ver cómo varía I0 cuando varía la frecuencia por debajo y por encima de un valor especial de frecuencia llamado frecuencia de resonancia.

El valor de la frecuencia de resonancia se puede calcular a partir de la expresión:

Con L = 1 H y C = 1 µF, fr vale 160 Hz, mientras que para 10 mH y 100 pF el valor de fr, es de 0,16 MHz.

Figura 13.- Variación de la amplitud de la corriente con la frecuencia.

En sistemas mecánicos y acústicos muy variados se pueden encontrar ejemplos de resonancia:

- El golpeteo de parte de la carrocería de un coche a ciertas revoluciones por minuto del motor.

- La respuesta más potente de un altavoz de poca calidad ante ciertas notas musicales.

- La gran amplitud del columpio de un niño que se consigue empujando en determinados momentos apropiados.

- La historia real de que un vaso se puede romper cuando un cantante emite una nota alta.

- La rotura catastrófica de un puente colgante provocada por las vibraciones del viento a una cierta velocidad.

En todos estos casos se produce una amplitud grande de la vibración sólo a una determinada frecuencia, que coincide con la frecuencia a la cual vibraría el sistema de forma natural si no existiesen perturbaciones. La amplitud correspondiente a la frecuencia de resonancia de la figura 13 llega a ser mucho mayor que cualquier otra, y en el caso del circuito bobina-condensador este valor depende del valor de la resistencia; es decir, cuanto menor es la resistencia, más puntiagudo es el pico en la curva y mayor es su valor.

Temas relacionados :

Circuito bobina-condensador

Si se carga un condensador y después se descarga a través de una bobina (Fig. 14), la corriente circula primero en un sentido y después en el otro, hacia atrás y hacia delante a una frecuencia determinada que coincide con la frecuencia de resonancia descrita en el punto anterior.

Figura 14.---Corriente oscilante en un circuito L-C

Si no hubiera resistencia, estas corrientes oscilantes se mantendrían durante mucho tiempo, pero realmente se está disipando calor en la resistencia y esto reduce gradualmente la energía del sistema. Esto es muy parecido a la oscilación de un péndulo, que decrece gradualmente debido al efecto del rozamiento, pero que si se le da un golpe en el momento apropiado, se puede mantener con una amplitud constante y a su frecuencia natural. Se puede realizar un circuito paralelo L-C que funcione también de esta forma utilizando las señales débiles que capta una antena de radio o de televisión (Fig. 15).

Figura 15.-Circuito L-C con antena de radio.

Cada combinación L-C seleccionará una frecuencia determinada, que coincida con su frecuencia natural de oscilación, por dar una respuesta mucho más acusada que las demás frecuencias captadas por la antena, sintonizando de esta forma con una emisora de radiodifusión determinada. Con un condesador variable se puede elegir la emisora, pues la frecuencia de resonancia puede variar dentro de una gama determinada.

Osciladores

Una aplicación importante de los circuitos L-C es la generación de oscilaciones eléctricas dentro de una gama de frecuencias determinada. Los circuitos que realizan esta función se denominan osciladores, y se basan en las propiedades de resonancia que tienen los acoplamientos L-C. Para que funcione un circuito de éstos se necesita primeramente que empiece a oscilar el sistema L-C, y después hay que suministrar energía suficiente a su frecuencia natural para mantener las oscilaciones. Sin entrar en detalles, el circuito con transistor de la figura 16 realiza estas funciones.

Las oscilaciones empiezan en L-C1 al conectar a la fuente de +9 V, pero posteriormente son mantenidas por efecto del transistor.

Variando C1 se puede cambiar la frecuencia de oscilación. Se pueden obtener formas de ondas senoidales muy buenas utilizando circuitos que contienen componentes L-C.

Una aplicación evidente de los osciladores electrónicos se encuentra en la generación de sonidos para órganos electrónicos y sintetizadores.

Figura 16.-0scilador de Hartley.

Resumen

- Los parámetros característicos de la tensión e intensidad alternas son: amplitud, valor eficaz, período, frecuencia, fase y forma.

- Los desfases se describen como adelantos o atrasos medidos en partes de un ciclo de 360°.

- El valor eficaz de una corriente alterna es el que tiene una corriente continua equivalente que produzca el mismo efecto calorífico.

- En una onda senoidal, el valor eficaz es el 70,7 por 100 del valor de pico.

- En una resistencia no hay desfase entre la tensión y la intensidad.

- En un condensador hay un desfase de 90° entre la tensión y la intensidad alternas, estando adelantada la intensidad.

- La reactancia de un condensador es

- La impedancia de un circuito es

- En una bobina, la tensión y la intensidad alternas están desfasadas en 90°, estando la corriente atrasada.

- La reactancia de una bobina es

- Cuando en el circuito está incluida una resistencia, el desfase es menor de 90°.

- En un circuito L-C, la corriente alterna alcanza la resonancia a una frecuencia de

- Los circuitos L-C se utilizan para seleccionar unas frecuencias determinadas.

- Los circuitos L-C son la base de los osciladores.

 

 

 

 

 


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