Pràctica: Simulació de circuits de corrent continu

Context

Aquesta sessió pràctica té com a objectiu comprovar el funcionament dels circuits de corrent continu i verificar experimentalment, mitjançant eines de simulació numèrica (com LTspice o CircuitLab), les lleis de Kirchhoff i el càlcul de resistències equivalents.

Per simular la variabilitat inherent als components reals de laboratori (tolerància de l'ordre del 10%), s'aplica una pertorbació als valors nominals de les resistències a partir dels dígits del DNI segons l'expressió $R_i^* = R_i + n_i - 5$, on $n_i$ és el dígit corresponent.

1. Problema previ 1.3 i Secció 2.1: Divisor de tensió

Considereu un circuit format per una connexió en sèrie d'una font d'alimentació (fem) de $\varepsilon = 5\text{ V}$ i dues resistències de valors nominals $R_1 = 100\ \Omega$ i $R_2 = 200\ \Omega$.

a)

Calculeu teòricament la intensitat de corrent que recorre el circuit i les caigudes de tensió a cadascuna de les resistències amb els seus valors nominals.

b)

Implementeu el circuit en un programari de simulació (per exemple, LTspice o CircuitLab), connectant el node de referència a terra (node A), i assignant valors amb tolerància com els de la figura adjunta ($R_1 = 98\ \Omega$ i $R_2 = 201\ \Omega$). Determineu a partir de la simulació els potencials en els nodes, el corrent del circuit i les diferències de potencial $V_{AB}$ i $V_{BC}$.

Completeu la taula amb els valors teòrics calculats i els valors obtinguts a la simulació:

Paràmetre

Valor teòric (nominal)

Valor experimental (simulació)

$I$

$V_{AB}$

$V_{BC}$

Context

Aquesta sessió pràctica té com a objectiu comprovar el funcionament dels circuits de corrent continu i verificar experimentalment, mitjançant eines de simulació numèrica (com LTspice o CircuitLab), les lleis de Kirchhoff i el càlcul de resistències equivalents.

Per simular la variabilitat inherent als components reals de laboratori (tolerància de l'ordre del 10%), s'aplica una pertorbació als valors nominals de les resistències a partir dels dígits del DNI segons l'expressió $R_i^* = R_i + n_i - 5$, on $n_i$ és el dígit corresponent.

2. Problema previ 1.4 i Secció 2.2: Resistència equivalent, Circuit 1

Considereu el circuit en forma de pont de la figura format per quatre resistències de valor nominal idèntic $R = 100\ \Omega$.

a)

Determineu analíticament la resistència equivalent entre els extrems $A$ i $B$. A continuació, calculeu els corrents de branca i els potencials als nodes $C$ i $D$ en connectar una font de fem de $\varepsilon = 1\text{ V}$ entre $A$ i $B$ (amb $V_B = 0\text{ V}$ com a referència).

b)

Simuleu el circuit incorporant les toleràncies reals dels components segons la figura de sortida de simulació ($R_1 = 97\ \Omega$, $R_2 = 105\ \Omega$, $R_3 = 102\ \Omega$, $R_4 = 104\ \Omega$). Obtingueu els potencials de node $V_C$, $V_D$, les intensitats de branca i la resistència equivalent experimental $R_{\mathrm{eq}}^{\mathrm{ex}} = \frac{\varepsilon}{I_\varepsilon}$.

Ompliu la taula següent amb els valors teòrics calculats i els valors experimentals obtinguts de la simulació:

Paràmetre

Valor teòric ($^{\mathrm{te}}$)

Valor experimental ($^{\mathrm{ex}}$)

$V_C$

$V_D$

$I_1$

$I_2$

$I_\varepsilon$

$R_{\mathrm{eq}}$

Context

Aquesta sessió pràctica té com a objectiu comprovar el funcionament dels circuits de corrent continu i verificar experimentalment, mitjançant eines de simulació numèrica (com LTspice o CircuitLab), les lleis de Kirchhoff i el càlcul de resistències equivalents.

Per simular la variabilitat inherent als components reals de laboratori (tolerància de l'ordre del 10%), s'aplica una pertorbació als valors nominals de les resistències a partir dels dígits del DNI segons l'expressió $R_i^* = R_i + n_i - 5$, on $n_i$ és el dígit corresponent.

3. Problema previ 1.5 i Secció 2.3: Resistència equivalent, Circuit 2

Al circuit en pont anterior s'afegeix una cinquena resistència $R_5$ connectada entre els nodes $C$ i $D$, totes de valor nominal $R = 100\ \Omega$.

a)

Utilitzant les lleis de Kirchhoff o la condició de pont equilibrat, calculeu teòricament la intensitat que circula per la resistència central $R_5$, els potencials de node i la nova resistència equivalent total del circuit.

b)

Simuleu el circuit afegint la resistència central pertorbada ($R_5 = 99\ \Omega$) juntament amb les quatre resistències anteriors. Extraieu els valors de simulació dels potencials $V_C$ i $V_D$, els corrents de branca $I_1$, $I_2$, $I_5$, el corrent total $I_\varepsilon$ i la resistència equivalent resultant.

Taula de resultats (Circuit 2):

Paràmetre

Valor teòric ($\cdot^{\text{te}}$)

Valor experimental / simulació ($\cdot^{\text{ex}}$)

$V_C$

$V_D$

$I_1$

$I_2$

$I_5$

$I_\varepsilon$

$R_{\text{eq}}$