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Laboratorio de Análisis de Circuitos
Práctica 4
Teorema de máxima transferencia de potencia
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Objetivos
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Obtener experimentalmente el valor de
un resistor de carga en el que se disipe la
potencia máxima.
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Determinar analíticamente el equivalente
de Thévenin o de Norton del circuito
correspondiente, para las terminales de la
resistencia de carga.
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Verificar el valor de la resistencia de
carga para el que se transfiere la potencia
máxima con el empleo de PSpice.
Una fuente de poder
un osciloscopio
un multímetro
resistores de 100 Ω a 1500 Ω
tres resistores de 1200 Ω
una tableta de experimentación (protoboard)
un cable BNC – caimán
un juego de cables caimán – caimán
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Equipo y material empleado
Desarrollo
En la Figura 1 se muestra un circuito Π
resistivo, en el cual se considera que el resistor
de carga es el que está conectado entre las
terminales a y b, y se pretende determinar el
valor de la resistencia tal que disipe la máxima
potencia posible.
Introducción
Entre las aplicaciones que tienen los circuitos
eléctricos para la amplificación y
procesamiento de señales, como son las de
audio y de vídeo, una de las situaciones que
se presenta es la de transferir la mayor
cantidad de energía de una etapa a otra.
Como se verificó en la teoría, se puede
demostrar que ocurre cuando la resistencia de
Thévenin del circuito equivalente precedente
es igual a la resistencia de carga de la etapa
posterior. Este hecho es precisamente lo que
se conoce como el teorema de máxima
transferencia de potencia.
Figura 1 Circuito Π resistivo.
En electrónica, a este proceso se le conoce
como acoplamiento de impedancias. Por
ejemplo, en el caso de la conexión de
micrófonos a un amplificador, es necesario
que la impedancia (de entrada) del micrófono,
corresponda a la impedancia (de salida) al
amplificador, para que el funcionamiento del
sistema de sonido sea óptimo.
Para lograr el objetivo anterior, arme el circuito
mencionado, conectando un resistor de carga
de 100 Ω.
Antes de encender la fuente, que se ajustará a
10 V de corriente directa (CD), conecte los
bornes del multímetro como amperímetro, con
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veces (doble click) el botón izquierdo del
ratón, con lo cual se abrirá un cuadro de
diálogo para introducir sus atributos. En
nombre 1 (Name 1) introduzca la letra R, sin
llaves, y en valor 1 (Value 1) escriba 10. Deje
los demás atributos en blanco.
la finalidad de medir la corriente que circula
por el resistor variable, y las terminales del
osciloscopio en los extremos del resistor de
carga, con objeto de medir la diferencia de
potencial entre ellos.
Verifique los valores de corriente y de voltaje
en el resistor para valores de su resistencia de
100 Ω a 1500 Ω, empleando todos los valores
comerciales; previamente, mida con el
multímetro el valor “real” de la resistencia de
cada uno de los resistores que se vayan a
emplear.
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Antes de realizar la simulación, en la opción
Setup del menú Analysis, seleccione el botón
DC Sweep, y en el cuadro de diálogo
correspondiente escoja las opciones Global
parameters y Linear, e introduzca como
nombre (Name) la letra R (sin llaves), como
valor inicial (Start Value) 10, valor final (End
Value) 1600, e incremento (Increment) 10.
Reporte
Luego de todos estos preparativos guarde el
archivo en disco y efectúe la simulación. Si no
se presenta ningún error, se abrirá la venta de
gráficas, en la cual la abscisa estará
preestablecida como el valor R. Seleccione la
opción añadir trazo (Add Trace), del menú
Trace, y escriba en Trace Expresion
PWR((10-vb),2)/R, con el cual es posible
calcular la potencia disipada en el resistor de
carga. Verifique que el valor máximo de la
potencia coincide con el valor de la resistencia
calculada en el inciso b).
a) Escriba en una tabla para cada valor
“real” de resistencia, los valores medidos del
voltaje en el resistor de carga y la corriente
que circula por él, así como el cálculo de la
potencia disipada por dicho resistor. Dibuje
en una misma gráfica, el voltaje, la corriente
y la potencia disipada por el resistor de carga,
en el eje de las ordenadas, y la resistencia en
el eje de las abscisas. Escoja las escalas
analíticas más adecuadas para representar
cada uno de los parámetros eléctricos.
b) Obtenga el equivalente de Thévenin del
circuito considerado, entre sus terminales
a y b. Verifique que para el valor de la
resistencia de Thévenin del resistor de carga,
la potencia disipada por él es la máxima.
Calcule teóricamente la potencia disipada por
el resistor de carga, para el caso de máxima
transferencia de potencia, y compare el valor
con el obtenido experimentalmente.
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Conclusiones, sugerencias y
comentarios
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Bibliografía
Hayt, Kemmerly, Durbin., Análisis de
Circuitos en Ingeniería, Sexta edición,
McGraw-Hill, México, 2003.
c) Dibuje el circuito Π resistivo con Pspice,
en el cual al resistor de carga le deberá
introducir un valor R entre llaves, es decir, se
escribirá como valor {R}. Al nodo b
póngale la etiqueta vb, de tal manera que
pueda ser empleado el valor del voltaje para
el trazo de la gráfica de potencia vs.
resistencia de carga.
Desoer, Kuh, Basic Circuit Theory, McGrawHill, EUA, 1969.
Facultad de Ingeniería, UNAM
Laboratorio de Análisis de Circuitos, DIMEI
septiembre de 2008
De la lista de partes, introduzca al diagrama
el elemento denominado PARAM. Sobre
dicho elemento oprima rápidamente dos
YMK
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