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¿Por qué tengo esta extraña curva de impedancia frente a la frecuencia?

Actualmente estoy trabajando en una simulación de un circuito RLC en Pspice, estoy tratando de trazar la curva de impedancia vs frecuencia. Después de un buen rato de probar cosas, siempre obtengo una curva tan extraña. No estoy seguro de si la función está mal por sí misma enter image description here

En caso de que te lo preguntes, este es mi circuito. enter image description here

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Rexxar Puntos 1076

Suponiendo que la impedancia se está calculando correctamente, tu problema es que estás partiendo de una frecuencia baja (10 μHz) para la que la impedancia de tu condensador es muy alta (decenas de megaohmios). El programa escala la gráfica para mostrar esos valores de manera que a frecuencias cercanas a la resonancia de tu circuito (79 Hz), donde la impedancia es sólo la resistencia de 150 Ω, la gráfica abraza el eje de frecuencias. Tienes que trazar la impedancia como un valor logarítmico o empezar el gráfico en una frecuencia mucho más alta, como 1 Hz.

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Figo Puntos 515

Si quieres una curva de paso de banda que te resulte familiar, tienes que trazar la corriente o el voltaje a través de la resistencia.

El trazado de la impedancia creará una forma de U. Tienes que salir a 100 MHz para ver que la curva sube.

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Actual enter image description here Impedancia enter image description here

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Twisty Puntos 101

Es posible que quieras mirar las dos fórmulas de reactancia, 1/(2 pi f c) para la reactancia capacitiva y 2 pi f c para la reactancia inductiva. Cuando f (frecuencia) es muy baja, domina la reactancia capacitiva, cuando f es muy alta, domina la reactancia inductiva. Si lo intentas de nuevo de 1uHz a 1GHz verás que se forma una especie de bañera. Esto muestra los fundamentos de un simple filtro pasa banda... baja impedancia en la banda, alta impedancia fuera de la banda.

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Peter Green Puntos 1888

La impdancia de sus componentes es.

$$Z_R = R$$

$$Z_L = j2\pi f L$$

$$Z_C = \frac{1}{j2\pi f C}$$

Para entender el comportamiento del circuito podemos calcular las frecuencias a las que la magnitud de la impedncia de los diferentes componentes es la misma. Primero veamos R y C.

$$ R = \frac{1}{2\pi f C} $$

$$ 150 = \frac{1}{2\pi f 200 * 10^{-6}} $$

$$ f = \frac{1}{2\pi * 150 * 200 * 10^{-6}} \approx 5.3$$

Ahora veamos la R y la L.

$$ R = 2\pi f L $$

$$ 150 = 2\pi f 20*10^{-3} $$

$$ f = \frac{150}{2\pi 20*10^{-3}} \approx 1200 $$

Así, desde CC hasta unos 5 Hz, el condensador domina la respuesta y la impedancia disminuye, luego, desde unos 5 Hz hasta unos 1,2 kHz, la resistencia domina y la impedancia permanece más o menos constante, finalmente, desde unos 1,2 kHz hacia arriba, la impedancia vuelve a aumentar.

Lamentablemente, su gráfico no muestra bien este comportamiento. En particular, el uso de una escala lineal en el eje Y, combinado con la visualización de frecuencias muy bajas en el eje X significa que el comportamiento de baja frecuencia domina todo el gráfico con el resto del comportamiento oscurecido.

P.D. si R fuera más pequeño entonces entraríamos en los efectos de la resonancia, donde la inductancia y la capacitancia se cancelan, pero el valor de la resistencia es lo suficientemente grande como para que no sea relevante aquí.

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Sam Huggill Puntos 111

Tienes un circuito resonante en serie configurado como un filtro paso banda (BPF). No sé por qué nadie ha dicho aquí el conocido ω \=(LC)^-2 fórmula que puedes derivar tú mismo de que las dos reactancias son iguales en el punto de resonancia o ωL=1/ωC. Yo calculo el punto de resonancia, o la frecuencia central en 500 rads/s. A esta frecuencia las impedancias complejas del inductor y del condensador se cancelan, y el generador ve la carga resistiva.

El Q de un circuito resonante en serie es la reactancia/resistencia o utilizando la reactancia inductiva, (20(500)x10^-3)/150 o un Q de 0,067 que es extremadamente bajo y hace que su circuito de uso cuestionable en el procesamiento de señales. No habrá picos visibles en las ganancias que muestras en el eje de ganancia, que btw realmente, ¿ganancia de 0 a 80.000.000 lineal? No me extraña que no veas respuesta del circuito a 500 rads. También el bajo Q se traduce en una banda pasante extremadamente amplia o 500/Q rads/s. Lo que dificulta aún más ver la banda de paso en la respuesta.

Para ver algún pico en la frecuencia central de 500 con un Q tan extremadamente bajo habría que tener una resolución en el eje de ganancia de valores fraccionarios. Ahora, por qué hay una ganancia aparente en DC en el extremo izquierdo no puedo responder, debe ser que su programa de análisis de circuitos está operando fuera de algún límite en esa frecuencia extremadamente baja o que ha cometido un error al introducir los parámetros del circuito.

Se trata de un problema con truco que se ha creado para este tipo de lecciones. Mira el tamaño del condensador y el tamaño del inductor. No hay manera de que un circuito como este con una diferencia tan drástica en el almacenamiento de energía por ciclo frente a la energía disipada en la resistencia en este tipo de análisis de circuito de filtro podría ser útil como un filtro. Esto sólo podría ser útil en forma de dos terminales como una especie de snubber o algo así, tal vez.

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