Circuitos rc, rl y rlc

La totalidad de los componentes electrónicos se puede clasificar en dos categorías amplias, una que son los componentes activos y la otra los componentes pasivos. Los componentes pasivos incluyen la resistencia (R), el condensador (C) y el inductor (L). Estos son los tres componentes más utilizados en el circuito electrónico y los encontrará en casi todos los circuitos de aplicación. Estos tres componentes juntos en diferentes combinaciones formarán los circuitos RC, RL y RLC y tienen muchas aplicaciones como desde circuitos de filtrado, reactancias de luz de tubo, multivibradores, etc. Así que en este tutorial aprenderemos lo básico de estos circuitos, la teoría detrás y cómo utilizarlos en nuestros circuitos.

Antes de pasar a los temas principales, entendamos qué hace una R, L y C en un circuito.

Resistencia: Las resistencias se indican con la letra "R". Una resistencia es un elemento que disipa energía principalmente en forma de calor. Tendrá una caída de voltaje a través de él que permanece fijo para un valor fijo de corriente que fluye a través de él.

Condensador: Los condensadores se indican con la letra "C". Un condensador es un elemento que almacena energía (temporalmente) en forma de campo eléctrico. El condensador resiste cambios de voltaje. Hay muchos tipos de condensadores, de los cuales se utilizan principalmente el condensador cerámico y los condensadores electrolíticos. Cargan en una dirección y descargan en la dirección opuesta.

Inductor: Los inductores se indican con la letra "L". Un inductor también es similar a un condensador, también almacena energía pero se almacena en forma de campo magnético. Los inductores resisten los cambios de corriente. Los inductores son normalmente un alambre enrollado en bobina y rara vez se utilizan en comparación con los dos componentes anteriores.

Cuando estos resistores, condensadores e inductores se unen, podemos formar circuitos como RC, RL y RLC que exhiben respuestas dependientes del tiempo y la frecuencia que serán útiles en muchas aplicaciones de CA como ya se mencionó. Un circuito RC / RL / RLC se puede usar como filtro, oscilador y mucho más no es posible cubrir todos los aspectos en este tutorial, por lo que aprenderemos el comportamiento básico de ellos en este tutorial.

Principio básico de los circuitos RC / RL y RLC:

Antes de comenzar con cada tema, comprendamos cómo se comportan una resistencia, un condensador y un inductor en un circuito electrónico. Con el fin de comprender, consideremos un circuito simple que consta de un condensador y una resistencia en serie con una fuente de alimentación (5 V). En este caso, cuando la fuente de alimentación está conectada al par RC, el voltaje a través de la resistencia (Vr) aumenta a su valor máximo mientras que el voltaje a través del condensador (Vc) permanece en cero, luego, lentamente, el condensador comienza a cargarse y, por lo tanto, el voltaje a través de la resistencia disminuirá y el voltaje a través del capacitor aumentará hasta que el voltaje de la resistencia (Vr) haya alcanzado cero y el voltaje del capacitor (Vc) haya alcanzado su valor máximo. El circuito y la forma de onda se pueden ver en el GIF a continuación.

Analicemos la forma de onda en la imagen de arriba para entender qué está sucediendo realmente en el circuito. En la siguiente imagen se muestra una forma de onda bien ilustrada.

Cuando se enciende el interruptor, el voltaje a través de la resistencia (onda roja) alcanza su máximo y el voltaje a través del condensador (onda azul) permanece en cero. Luego, el capacitor se carga y Vr se vuelve cero y Vc se vuelve máximo. De manera similar, cuando el interruptor está apagado, el condensador se descarga y, por lo tanto, aparece un voltaje negativo a través de la resistencia y, a medida que el condensador se descarga, tanto el condensador como el voltaje de la resistencia se vuelven cero, como se muestra arriba.

Lo mismo se puede visualizar también para inductores. Reemplace el capacitor con un inductor y la forma de onda simplemente se reflejará, es decir, el voltaje a través de la resistencia (Vr) será cero cuando se encienda el interruptor, ya que todo el voltaje aparecerá en el inductor (Vl). A medida que el inductor carga el voltaje en (Vl), llegará a cero y el voltaje en la resistencia (Vr) alcanzará el voltaje máximo.

Circuito RC:

El circuito RC (circuito de condensador de resistencia) constará de un condensador y una resistencia conectados en serie o en paralelo a una fuente de tensión o corriente. Estos tipos de circuitos también se denominan filtros RC o redes RC, ya que se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de filtrado. Se puede usar un circuito RC para hacer algunos filtros crudos como filtros de paso bajo, paso alto y paso de banda. Un circuito RC de primer orden constará de solo una resistencia y un condensador y analizaremos lo mismo en este tutorial.

Para comprender el circuito RC, creemos un circuito básico en proteus y conectemos la carga a través del osciloscopio para analizar cómo se comporta. El circuito junto con la forma de onda se muestra a continuación.

Hemos conectado una carga (bombilla) de resistencia conocida 1k Ohms en serie con un condensador de 470uF para formar un circuito RC. El circuito está alimentado por una batería de 12V y se usa un interruptor para cerrar y abrir el circuito. La forma de onda se mide a través de la bombilla de carga y se muestra en color amarillo en la imagen de arriba.

Inicialmente, cuando el interruptor está abierto, aparece un voltaje máximo (12V) a través de la carga de la bombilla resistiva (Vr) y el voltaje a través del capacitor será cero. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje a través de la resistencia caerá a cero y luego, a medida que el condensador se carga, el voltaje volverá al máximo como se muestra en el gráfico.

El tiempo que tarda el capacitor en cargarse viene dado por las fórmulas T = 5Ƭ, donde “Ƭ” representa tou (constante de tiempo).

Calculemos el tiempo que tarda nuestro condensador en cargarse en el circuito.

Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0.47 segundos T = 5Ƭ = (5 * 0.47) T = 2.35 segundos.

Hemos calculado que el tiempo que tardará en cargarse el condensador será de 2,35 segundos, lo mismo también se puede comprobar en el gráfico anterior. El tiempo que tarda Vr en llegar de 0 V a 12 V es igual al tiempo que tarda el condensador en cargarse de 0 V al voltaje máximo. El gráfico se ilustra usando los cursores en la imagen de abajo.

De manera similar, también podemos calcular el voltaje a través del capacitor en un momento dado y la corriente a través del capacitor en cualquier momento dado usando las fórmulas siguientes

V (t) = V _B (1 - e ^{-t / RC}) I (t) = I _o (1 - e ^{-t / RC})

Donde, V _B es el voltaje de la batería e I _o es la corriente de salida del circuito. El valor de t es el tiempo (en segundos) en el que se debe calcular el valor de voltaje o corriente del condensador.

Circuito RL:

El circuito RL (circuito inductor de resistencia) constará de un inductor y una resistencia nuevamente conectados en serie o en paralelo. Un circuito RL en serie será impulsado por una fuente de voltaje y un circuito RL paralelo será impulsado por una fuente de corriente. El circuito RL se usa comúnmente como filtros pasivos, a continuación se muestra un circuito RL de primer orden con solo un inductor y un capacitor

De manera similar, en un circuito RL tenemos que reemplazar el condensador con un inductor. Se supone que la bombilla actúa como una carga resistiva pura y la resistencia de la bombilla se establece en un valor conocido de 100 ohmios.

Cuando el circuito está abierto, el voltaje a través de la carga resistiva será máximo y cuando el interruptor está cerrado, el voltaje de la batería se comparte entre el inductor y la carga resistiva. El inductor se carga rápidamente y, por lo tanto, la carga resistiva R experimentará una caída repentina de voltaje.

El tiempo que tarda el inductor en cargarse se puede calcular mediante la fórmula T = 5Ƭ, donde “Ƭ” representa tou (constante de tiempo).

Calculemos el tiempo que tarda nuestro inductor en cargarse en el circuito. Aquí hemos utilizado un inductor de valor 1mH y la resistencia de valor 100 Ohms

Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 segundos T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u segundos.

De manera similar, también podemos calcular el voltaje a través del inductor en un momento dado y la corriente a través del inductor en cualquier momento dado usando las fórmulas siguientes

V (t) = V _B (1 - e ^{-tR / L}) I (t) = Yo _o (1 - e ^{-tR / L})

Circuito RLC:

Un circuito RLC como su nombre lo indica constará de una resistencia, un condensador y un inductor conectados en serie o en paralelo. El circuito forma un circuito oscilador que se usa muy comúnmente en receptores de radio y televisores. También se utiliza con mucha frecuencia como circuitos de amortiguación en aplicaciones analógicas. La propiedad de resonancia de un circuito RLC de primer orden se analiza a continuación.

El circuito RLC también se denomina circuito de resonancia en serie, circuito oscilante o circuito sintonizado. Estos circuitos tienen la capacidad de proporcionar una señal de frecuencia resonante como se muestra en la siguiente imagen.

Aquí tenemos un condensador C1 de 100u y un inductor L1 de 10mH conectados en serie a través de un interruptor. Dado que el cable que conecta C y L tendrá cierta resistencia interna, se supone que hay una pequeña cantidad de resistencia debido al cable.

Inicialmente, mantenemos el interruptor 2 abierto y cerramos el interruptor 1 para cargar el condensador de la fuente de la batería (9V). Luego, una vez que el condensador está cargado, el interruptor 1 se abre y luego el interruptor 2 se cierra.

Tan pronto como se cierre el interruptor, la carga almacenada en el condensador se moverá hacia el inductor y lo cargará. Una vez que el condensador está completamente descargado, el inductor comenzará a descargarse de nuevo en el condensador de esta manera las cargas fluirán de un lado a otro entre el inductor y el condensador. Pero dado que habrá alguna pérdida de carga durante este proceso, la carga total disminuirá gradualmente hasta llegar a cero, como se muestra en el gráfico anterior.

Aplicaciones:

Las resistencias, inductores y condensadores pueden ser componentes normales y simples, pero cuando se combinan para formar circuitos como los circuitos RC / RL y RLC, exhiben un comportamiento complejo que los hace adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Algunos de ellos se enumeran a continuación

Sistemas de comunicación
Procesamiento de la señal
Aumento de voltaje / corriente
Transmisores de ondas de radio
Amplificadores de RF
Circuito LC resonante
Circuitos de sintonía variable
Circuitos de oscilador
Circuitos de filtrado