Actividad Intermedia Grupo 35

Trabajo Práctico

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TRABAJO PRACTICO ANALISIS DE CIRCUITOS AC

JONATHAN CAM ILO TORRES RODRIGUEZ

GRUPO 201423_35

TUTOR:

PABLO ANDRES GUERRA GONZALEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD CEAD SOGAM OSO

2015

JOHN FREDY PLAZAS

Trabajo Práctico

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UNIDAD 2

PROCEDIMIENTO 1 Objetivos

1. Estudiar el efecto sobre la impedancia y la corriente de un cambio de frecuencia en un circuito RL serie.

2. Estudiar el efecto sobre la impedancia y la corriente de un cambio de frecuencia en un circuito RC serie.

MATERIAL NECESARIO Instrumentos MMD Generador de funciones Osciloscopio

Resistores (½ W, 5%) 1 de 3.3 kΩ

Capacitor 1 de 0.01 µF

Inductor Inductor de 100 mH

1. Respuesta en frecuencia de un circuito RL 1.1 Con el MMD mida la resistencia del resistor de 3.3 kΩ y anote su valor en la tabla 1. 1.2 Con el generador de funciones apagado arme el circuito de la figura 1. Ajuste el generador de señales a su voltaje de salida y frecuencia más bajo. 1.3 Encienda el generador de funciones y ajuste la frecuencia de salida en 1 kHz. Midiendo con el canal 1 del osciloscopio incremente el voltaje de salida hasta que en el circuito RL en serie V = 10 Vpp. Mantenga este voltaje en todo el experimento. Con el canal 2 del osciloscopio mida el voltaje en el resistor, VR, y anote el valor en el renglón de 1 kHz de la tabla 1. 1.4 Aumente la frecuencia a 2 kHz. Compruebe si V = 10 Vpp; si es necesario, ajuste el voltaje de salida. Mida VR y registre el valor en la tabla 1, renglón de 2 kHz. 1.5 repita el paso 1.4 incrementando la frecuencia sucesivamente en 1 kHz a 3k, 4k, 5k, 6k, 7k, 8k, 9k y 10 kHz. En cada frecuencia mida VR y registre su valor en la tabla 1. En cada frecuencia compruebe que V = 10 Vpp; ajuste el voltaje si hace falta. Después de realizar todas las mediciones, apague el generador de funciones.

Trabajo Práctico

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UNIDAD 2

1.6 A partir de los valores medidos de VR y R calcule la corriente del circuito para cada frecuencia. Registre sus respuestas en la tabla 1.

1.7 Con el valor calculado de la corriente, I, y el voltaje, V, calcule la impedancia, Z, del

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circuito para cada frecuencia. Registre sus respuestas en la tabla 1.

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2. Respuesta en frecuencia de un circuito RC

2.1 Con el generador de funciones apagado arme el circuito de la figura 2. Ajuste el

generador de funciones a su voltaje de salida y frecuencia más bajo.

2.2 Encienda el generador de funciones y ajuste la frecuencia de salida en 1 kHz.

Aumente el voltaje de salida del generador hasta que el circuito RC en serie

V = 10 Vpp. Mantenga este voltaje en todo el experimento, revíselo y ajústelo en forma

periódica si es necesario.

2.3 Mida el voltaje en el resistor, VR, y anote su valor en la tabla 2, renglón de 1 kHz.

2.4 Aumente la frecuencia a 2 kHz. Compruebe si V = 10 Vpp; ajústelo si es necesario.

Mida VR y anote el valor en el renglón de 2 kHz de la tabla 2.

2.5 Repita el paso 2.4 incrementando sucesivamente 1 kHz a 3k, 4k, 5k, 6k, 7k, 8k, 9k y

10kHz. Mida VR para cada frecuencia y compruebe que V = 10 Vpp. Registre los valores de cada frecuencia en la tabla 2. Después de realizar todas las mediciones, apague el

generador de señales.

2.6 Con los valores medidos de VR (de la tabla 2) y R (de la tabla 1) calcule la corriente en el circuito para cada frecuencia. Escriba sus respuestas en la tabla 2

Trabajo Práctico

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2.7 Con los valores calculados de la corriente, I, y el voltaje, V, calcule la impedancia del

circuito para cada valor de la frecuencia. Registre sus respuestas en la tabla 2.

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Trabajo Práctico

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PROCEDIMIENTO

2

1.

Estudiar

el

efecto

sobre

la

impedancia

y

la

corriente

de

un

cambio

de

frecuencia en un circuito

RLC

serie.

MATERIAL

NECESARIO Instrumentos

Generador

de

funciones

Osciloscopio

Resistor

1

de 1

kΩ,

½

W, 5%

Capacitor

1

de

0.01

µF

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1. Con el generador de funciones apagado y puesto en su menor voltaje de salida, arme el circuito de la figura 3. El osciloscopio de doble traza se dispara en el canal 1.

2. Encienda el generador de funciones. Ajuste la frecuencia del generador en 4 kHz. Incremente el voltaje de salida del generador hasta 10 Vpp. Ajuste el osciloscopio para desplegar dos ciclos de una onda senoidal con una amplitud aproximada de 4 unidades pico a pico.

3. Aumente con lentitud la frecuencia de salida del generador mientras observa las formas de onda en el osciloscopio. Si la amplitud de la onda, VR, aumenta, siga incrementando la frecuencia hasta que la amplitud empiece a decrecer. Determine la frecuencia a la cual la amplitud es máxima. Ésta es fR. También observe que en el fR, el desfase es de 0° en fR. Si la amplitud decrece con un aumento en la frecuencia, reduzca la frecuencia observando la amplitud de la onda senoidal en el osciloscopio. Continúe reduciendo la frecuencia hasta que pueda determinar la frecuencia, fR, en la cual la amplitud de la onda, VR, alcanza su máximo.

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UNIDAD

2

Mida el voltaje de salida, V, del generador en la frecuencia, fR. Ajuste y mantenga este voltaje en 10 Vpp en todo el experimento. Compruebe el voltaje de vez en cuando y ajústelo si es necesario.

4. Con la frecuencia de salida del generador puesta en fR mida el voltaje en el resistor, VR, en el capacitor, VC, en el inductor, VL, y en la combinación capacitor –inductor, VCL. Todas las mediciones deben hacerse cambiando, según sea necesario, las conexiones del canal 1 y el canal 2. Registre los valores en la tabla 3, renglón “fR “.

5. Incremente en 500 Hz el valor de fR y ajuste el generador de funciones a esta frecuencia. Anote el valor en la tabla 4. Compruebe V (debe ser el mismo que en el paso 3, ajústelo si es necesario). Mida VR, VC, VL y VLC. Registre los valores en la tabla 3, renglón “fR + 500”.

6. Siga aumentando la frecuencia en 500 Hz mientras mide y registre VR, VC, VL y VLC

hasta que la frecuencia sea fR + 2.5 kHz. Asegúrese de mantener constante la amplitud del voltaje de entrada.

7. Reduzca la frecuencia del generador hasta fR – 500 Hz. Escriba este valor en la tabla 3. Verifique V otra vez y después mida VR, VC, VL y VLC. Registre los valores en la tabla 3.

8. Continúe reduciendo la frecuencia en 500 Hz hasta que el valor final sea fR – 2.5 kHz. En cada paso verifique y anote V (si es necesario ajústelo para mantener constante el voltaje del experimento); también mida VR, VC, VL y VLC. Anote todos los valores en la tabla 3. Después de hacer todas las mediciones apague el generador de funciones.

9. Para cada frecuencia de la tabla 3 calcule la diferencia entre las mediciones de VL y VC. Registre su respuesta como número positivo en la tabla 3.

10. Para cada frecuencia de la tabla 3 calcule la corriente en el circuito con el valor medido de VR y el valor nominal de R. Con el valor calculado de I, encuentre la impedancia, Z, en cada frecuencia mediante la ley de Ohm, Z= V/I.

11. Traslade los pasos de frecuencia de la tabla 3 a la tabla 4. Calcule XC y XL para cada paso con los valores medidos de VC y VL de la tabla 3. Escriba sus respuestas en la tabla 4. Calcule la impedancia del circuito en cada paso, según la fórmula de la raíz cuadrada y los valores calculados de XC y XL y el valor nominal R. Anote las respuestas en la tabla 4.

Z=

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Figura 3.

Tabla 3. Efecto de la frecuencia sobre la impedancia en un circuito RLC en serie

Tabla 4. Comparación de los cálculos de impedancia en un circuito RLC en serie

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PROCEDIMIENTO

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Objetivos

1. Determinarla frecuencia de resonancia, fR, de un circuito LC serie. 2. Verificar que la frecuencia de resonancia de un circuito LC en serie esta dada por

la formula 1

f R 2 LC

3. Desarrollar la curva de la respuesta en frecuencia de un circuito LC serie

MATERIAL NECESARIO Instrumentos Generador de funciones Osciloscopio

Resistores 1. 1 de 1 kΩ, ½ W, 5%

Capacitor 1 de 0.001 µF 1 de 0.01 µF 1 de 0.0033 µF


1. Determinación de la frecuencia de resonancia de un circuito RCL en serie.

1.1 Calcule las frecuencias de resonancia para las combinaciones LC en serie

10 mH-0.01 µF; 10 mH-0.0033 µF y 10 mH-0.001 µF. Utilice la fórmula y los valores nominales de L y C. Anote sus respuestas en la tabla 5.

1.2 Con el generador de funciones y el osciloscopio apagados arme el circuito de la figura 4.

1.3 Encienda el generador de funciones y fije la frecuencia en 15 kHz. Encienda el osciloscopio y calíbrelo para mediciones de voltaje. Ajústelo para ver la onda

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UNIDAD 2

senoidal de salida del generador. Aumente la salida del generador hasta que el osciloscopio indique un voltaje de 5 VPP. Mantenga este voltaje en todo el experimento.

1.4 Observe el voltaje pico a pico en el resistor, VR, conforme la frecuencia varía por encima y por debajo de 15 kHz. Observe la frecuencia en la que VR es máximo en la frecuencia de resonancia, fR. También observe en el osciloscopio que el desfase en resonancia es de 0°. Anote el valor de fR en la tabla 5, renglón de 0.01µF. Apague el generador de funciones.

1.5 Sustituya el capacitor de 0.01 µF por el de 0.0033 µF. Encienda el generador de funciones. Comprueba que el voltaje de salida del generador sea de 5VPP; ajústelo si es necesario.

1.6 Fije la frecuencia del generador en 27 kHz. Observe el voltaje en el resistor VR

conforme la frecuencia varía por encima y por debajo de 27 kHz. En el punto en que VR es máximo, la frecuencia es fR. Escriba este valor en la tabla 5, renglón de 0.0033 µF. Apague el generador de funciones.

1.7 Reemplace el capacitor de 0.0033 µF por el de 0.001 µF. Encienda el generador de funciones. Verifique el voltaje de salida del generador y, si es necesario´, ajústelo para mantener 5 VPP.

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1.8 Ajuste la frecuencia del generador en 50 kHz. Observe el voltaje en el resistor, VR, conforme la frecuencia varía por encima y por debajo de 50 kHz. En la frecuencia de resonancia, fR, el voltaje en el resistor será máximo. Anote el valor de fR en el renglón de 0.001 µF de la tabla 5.

2. Trazado de la curva de respuesta en frecuencia

UNIDAD 2

2.1 Con el circuito de la figura 4 aún armado y el capacitor de 0.001 µF en el circuito, revise el osciloscopio para verificar que el voltaje de salida aún es de 5 Vpp. También compruebe el valor de fR para el circuito de 10 mH y 0.001 µF (debe ser el mismo que se obtuvo en el paso 1.8)

2.2 Examine la tabla 6. En esta parte del experimento deberá hacer una serie de mediciones a frecuencias por encima y por debajo de la frecuencia de resonancia. Para cada frecuencia medirá y registrará el voltaje el voltaje en el resistor de 1 kΩ. Dado que fR puede no ser un número redondo, quizá no pueda ajustar las frecuencias exactas en el generador. En consecuencia, elija valores de frecuencia lo más cercanos posibles a los valores de los incrementos. Por ejemplo, si fR = 9 227, fR + 3 000 = 12 227; en este caso, seleccione la frecuencia más cercana a la que se pueda ajustar con precisión. Es importante continuar observando el voltaje de salida del generador y ajustarlo en 5 Vpp si es necesario. Al concluir las mediciones, apague el osciloscopio y el generador de funciones.

Tabla 5. Frecuencia de resonancia de un circuito RLC en serie

Trabajo Práctico

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Tabla 6. Respuesta en frecuencia de un circuito RLC en serie

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UNIDAD 2

PROCEDIMIENTO 4

OBJETIVOS 1. Medir el efecto de la Q de un circuito en la respuesta en frecuencia. 2. medir el efecto de la Q de un circuito en el ancho de banda en los puntos de

potencia media.

MATERIAL NECESARIO Instrumentos Generador de funciones Osciloscopio

Resistores ( ½ W, 5%) 1 de 1 kΩ 1 de 220 Ω 1 de 100 Ω



1. La Q del circuito y la respuesta en frecuencia de un circuito resonante en serie

1.1 Con el generador de funciones y el osciloscopio apagados, arme el circuito de la figura 5. El osciloscopio debe estar calibrado para medir el voltaje de salida del generador.

1.2 Encienda el generador y el osciloscopio. Ajuste la salida V, del generador en 2 Vpp

medidos con el osciloscopio. Mantenga este voltaje en todo el experimento y

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UNIDAD 2

verifíquelo cada vez que cambie la frecuencia del generador; de ser necesario, ajústelo en 2 Vpp.

1.3 Ponga el generador de funciones en 50 kHz. Varíe la frecuencia por encima y por debajo de 50 kHz hasta determinar el máximo voltaje en el capacitor, VC. Este VC

máximo se alcanza en la frecuencia de resonancia, fR. Registre fR y VC en la tabla 7.

1.4 Examine la tabla 7. Deberá medir el voltaje en el capacitor VC, haciendo variar la frecuencia desde 21 kHz por debajo de la frecuencia de resonancia hasta 21 kHz por encima de fR en incrementos de 3 kHz. Elija la frecuencia del generador lo más cercana posible a la desviación indicada. Registre la frecuencia real en la columna correspondiente. Anote cada voltaje en la columna “Resistor de 1 kΩ”. Al concluir las mediciones apague el generador de funciones y retire el resistor de 1 kΩ del circuito.

1.5 Reemplace el resistor de 1 kΩ por uno de 220 Ω. Encienda el generador y ajuste su voltaje de salida, V, en 2 VPP medido con el osciloscopio. Conserve este voltaje durante todo el experimento.

1.6 Mida el voltaje en el capacitor para cada una de las frecuencias de la tabla 7 y registre los valores en la columna “Resistor de 220 Ω”. Después de hacer las mediciones apague el generador y retire el resistor de 220 Ω.

1.7 Sustituya el resistor de 220 Ω por uno de 100 Ω. Encienda el generador y ajuste su salida, V, en 2 Vpp medidos en el osciloscopio. Mantenga este voltaje en todo el experimento.

1.8 Mida el voltaje VC en el capacitor para cada frecuencia de la tabla 7 y anote los valores en la columna “Resistor de 100 Ω”. Después de todas las mediciones apague el generador y el osciloscopio; retire el resistor de 100 Ω.

2. Efecto de la resistencia en la frecuencia de resonancia determinación del ángulo

de fase de un circuito resonante. 2.1 Vuelva a armar el circuito de la figura 5 con el resistor de 1 kΩ y las puntas del

osciloscopio en el resistor. 2.2 Encienda el generador y el osciloscopio. Ajuste la salida, V, del generador en 2

Vpp medidos en el osciloscopio. Conserve este voltaje en todo el experimento y ajústelo si es necesario.

2.3 Varíe la frecuencia hasta que el voltaje VR en el resistor llegue al máximo. En VR

máximo, la frecuencia es la frecuencia de resonancia del circuito. Registre fR y VR

en la tabla 8 en el renglón de 1 kΩ. Mida el voltaje en la combinación capacitor-

UNIDAD 2

Trabajo Práctico

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inductor, VLC. Registre el valor en el renglón de 1 kΩ de la tabla 8. Apague el generador y retire el resistor de 1 kΩ.

2.4 Conecte el resistor de 220 Ω y repita el paso 2.3. Registre la frecuencia en el renglón de 220 Ω. Mida el voltaje en la combinación capacitor-inductor, VLC. Registre su valor en la tabla 8, renglón de 220 Ω.

2.5 Remplace el resistor de 220 Ω por el de 100 Ω y repita el paso 2.3. Registre en el renglón de 100 Ω. Mida el voltaje en la combinación capacitor-inductor, VLC. Registre el valor en el renglón de 100 Ω de la tabla 8. Apague el generador y el osciloscopio; desarme el circuito.

2.6 Mida la resistencia del inductor y anote su valor en la tabla 8. 2.7 Para cada valor del resistor, calcule la corriente en el circuito, a partir del valor

medido de VR y el valor nominal de R. Escriba sus respuestas en la tabla 8.

2.8 Utilizando los valores prácticos de resistencia del circuito, calcule la Q de cada

circuito. Después, con los valores medidos de Vc en la resonancia, determine el valor medido de Q. Registre sus respuestas en la tabla 8.

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Tabla 7. La Q del circuito y la respuesta en frecuencia de un circuito resonante en serie

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Tabla 8. Efecto de la resistencia en un circuito resonante en serie

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PROCEDIMIENTO 5 Objetivos 1. Determinar la frecuencia de resonancia de un circuito RLC en paralelo. 2. medir la corriente de línea y la impedancia de un circuito RLC en paralelo en

la frecuencia de resonancia. 3. medir el efecto de las variaciones de frecuencia en la impedancia de un circuito RLC

en paralelo. MATERIAL NECESARIO Instrumentos Generador de funciones Osciloscopio

Resistores (½ W, 5%) 2 de 33 Ω 1 de 10k Ω

UNIDAD 2



1. Frecuencia de resonancia e impedancia de un circuito resonante LC en paralelo 1.1 Con el generador de funciones y el osciloscopio apagados arme el circuito de la figura 6. 1.2 Encienda el generador y el osciloscopio. Ajuste el osciloscopio para medir el voltaje de salida del generador. Aumente este voltaje, V, hasta 4 Vpp. Mantenga este voltaje en todo el experimento. Ajuste la frecuencia del generador en 10 kHz y el osciloscopio para que despliegue dos o tres ciclos de la onda senoidal. 1.3 Varíe la frecuencia del generador por encima y por debajo de 10 kHz y observe el voltaje, VR, en el resistor con el modo diferencial (ADD/INVERT) del osciloscopio. En el VR mínimo, la frecuencia será igual a la frecuencia de resonancia, fR. Compruebe que V = 4 Vpp; ajústelo si es necesario. 1.4 En la tabla 9 aparece una serie de frecuencias mayores y menores que la frecuencia de resonancia, fR. Ajuste la frecuencia del generador lo más cerca posible de cada una

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de ellas. En cada frecuencia mida el voltaje pico a pico en el resistor, VR, y en el circuito LC en paralelo (circuito tanque), VLC comprobando de manera periódica que V = 4 Vpp. Anote la frecuencia, f, VR y VLC en la tabla 9. Después de todas las mediciones, apague el generador y el osciloscopio y desconecte el circuito. 1.5 Con los valores medidos de VR y el valor nominal de R calcule la corriente de línea, I, a cada una de las frecuencias. Escriba sus respuestas en la tabla 9. 1.6 Con los valores de I calculados en el paso 1.5 y el valor pico a pico de V (4 Vpp), calcule la impedancia del circuito tanque a cada frecuencia. Registre sus respuestas en la tabla 9.

2. Características reactivas de un circuito LC en paralelo 2.1 Con el generador y el osciloscopio apagados arme el circuito de la figura 7. Suponga que la frecuencia de resonancia, fR de este circuito es la misma que en la parte 1. Anote las frecuencias de la tabla 9 en la tabla 10. 2.2 Encienda el generador y el osciloscopio. Ajuste el voltaje, V, del generador en 4 Vpp

y conserve este voltaje en todo el experimento. Revise V de vez en cuando y ajústelo si es necesario. 2.3. Para cada frecuencia de la tabla 10 mida el voltaje VR1 en el resistor de la rama capacitiva AB y el voltaje VR2 en el resistor de la rama inductiva CD. Registre los valores en la tabla 11. Después de todas las mediciones, apague el generador y el osciloscopio y desconecte el circuito. 2.4 con los valores medidos de VR1 y VR2 y los valores nominales de R1 y R2, calcule, para frecuencia, las corrientes IC en la rama capacitiva, e IL en la rama inductiva. Anote sus respuestas en la tabla 10.

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Tabla 9. Respuesta en frecuencia de un circuito resonante en paralelo

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Tabla 10. Características de la reactancia en un circuito LC en paralelo

PROCEDIMIENTO 6 Objetivos

3. Determinar la respuesta en frecuencia de un filtro pasabajas. 4. Determinar la respuesta en frecuencia de un filtro pasaltas.

MATERIAL NECESARIO Instrumentos Osciloscopio Generador de funciones

Resistores (½ W, 5%) 1 de 10 Ω, ½ W, 5% 1 de 22 kΩ

UNIDAD 2


1 de 22 kΩ Capacitor 1 de 0.001 μF

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Trabajo Práctico

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PROCEDIMIENTO 7 Objetivos 1. Determinar la respuesta en frecuencia de un filtro pasabanda.

2. Determinar la respuesta en frecuencia de un filtro rechazabanda. MATERIAL NECESARIO Instrumentos Osciloscopio

Generador de funciones

Trabajo Práctico

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Resistores (½ W, 5%) 1 de 3.3k Ω

5 de 10 kΩ

1 de 100 kΩ Capacitores 4 de 0.001 μF

1 de 0.1 μF

1 de 500 pF

A. Filtro pasabanda

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Tabla 13. Filtro RC pasabandas

B. filtro rechazabanda

BIBLIOGRAFÍA

Bios Ingenieria. (2008). Teproa de circuitos RCL. [En línea]. Curso de capacitación de rectificadores y circuitos RCL. Argentina. Disponible en http://lcr.uns.edu.ar/electronica/eya/2008/080423_RLC.pdf

GARCIA, J. Teoria de circuitos. Conceptos funadamentales en teoría de circuitos eléctricos. [En línea]. Departamento de ingeniería electrónica. Universidad de Oviedo. Disponible en http://apuntes.coyan.es/Ficheros/teoria_de_circuitos_apuntescoyanes.pdf

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Tabla 14. Filtro RC rechazabanda

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