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Funcion Transferencia Circuito RLC ejemplo 3

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Explicación
teórica
Desarrollo
Circuitos Eléctricos
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M. C. David Romero Rojas
Clase: Función de Transferencia de un Circuito RLC –
Octubre, 2021
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1 Explicación teórica
2 Desarrollo
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Explicación teórica: Función de Transferencia
(método 1)
Contenido
Explicación
teórica
Un circuito RLC se representa por mediante
Desarrollo
R
iR
iL
ve (t)
L
iC
C
Figure: Circuito RLC
Para realizar la función de transferencia se requiere plantear las
ecuaciones diferenciales que relacionen la salida respecto a la
entrada.
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Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
Contenido
Explicación
teórica
Una función de transferencia generalmente se describe como
Desarrollo
G (s) =
Variable de Salida
Variable de Entrada
Para el caso de un circuito RLC esta se expresa como la
relación entre el voltaje de la resistencia VC (s) respecto al
voltaje de la fuente inicial Ve (s)
G (s) =
VC (s)
Ve (s)
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Desarrollo: Modelado Filtro LCL (método 1)
Se establecen las ecuaciones diferenciales del circuito RCL
Contenido
R
Explicación
teórica
Desarrollo
iR
iL
ve (t)
iC
L
C
Corriente en al capacitor
iC = C
dVC
dt
(1)
diL
dt
(2)
Voltaje en el inductor
VL = L
Y la corriente en la resistencia
iR =
VR
R
(3)
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Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
R
Contenido
Explicación
teórica
Desarrollo
iR
iL
ve (t)
L
iC
C
Al considerar el circuito RLC se plantean las ecuaciones básicas
Voltaje de la malla 1
Ve = VR + VL
(4)
VL = VC
(5)
iR = iL + iC
(6)
Voltaje de la malla 2
Corriente del nodo común
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Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
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teórica
Desarrollo
Para obtener la relación de salida VC respecto a la entrada Ve
de debe realizar lo siguiente
Sustituir (3) en (4)
Ve = iR · R + VL
(7)
después, reemplazar el valor del las corrientes del nodo, es decir
reemplazar (6) en (7)
Ve = (iL + iC ) · R + VL
(8)
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Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
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Explicación
teórica
Desarrollo
Como el objetivo es dejar todos los términos en función de VC ,
se sustituye (1) en (8)
dVC
· R + VL
(9)
Ve = iL + C
dt
Al multiplicar los todos los términos por un diferencial respecto
d
al tiempo dt
, se obtiene
d
d
d2
d
Ve =
iL + C 2 VC · R + VL
(10)
dt
dt
dt
dt
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Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
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Explicación
teórica
Desarrollo
Se reemplaza (2) en (10) para obtener
VL
d2
d
d
Ve =
+ C 2 VC · R + VL
dt
L
dt
dt
Sin embargo, la expresión está en función del voltaje del
inductor, por lo que se sustituye el valor de (5) en (11)
d
VC
d2
d
Ve =
+ C 2 VC · R + VC
dt
L
dt
dt
(11)
(12)
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Explicación
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Desarrollo
Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
Al realizar la transformación al dominio de Laplace, por medio
de la identidades
dVe
= sVe (s)
(13)
L
dt
dVC
L
= sVC (s)
(14)
dt
2 d VC
= s 2 VC (s)
(15)
L
dt 2
Por lo que al transformar al domino de Laplace la expresión
(12) se obtiene
sVe (s) =
R
VC (s) + s 2 RCVC (s) + sVC (s)
L
(16)
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Desarrollo: Función de Transferencia (método 1)
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Desarrollo
Estableciendo la relación de la variable de salida VC (s)
respecto a la variable de entrada Ve (s) se obtiene finalmente
G (s) =
sL
VC (s)
=
2
Ve (s)
[RLCs + Ls + R]
(17)
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