Revisión 0.4.0 18 laboratorios

Laboratorios de simulación

18 circuitos interactivos en tres itinerarios: digital, analógico y cuántico. Empiece por la izquierda; cada laboratorio se basa en el anterior al que está conectado. Todos se compilan a partir de código @schemd/core y ejecutan un modelo numérico real que se ajusta en los propios componentes. Describa uno propio

Mapa del itinerario

Digital seguimiento
Analógico seguimiento
Cuántico seguimiento
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18 de 18 laboratorios disponibles

0 de 18 experimentos completados en este dispositivo

01, Digital Sumador digital de 8 bits
Sumador digital de 8 bits

Matriz de puertas con propagación de acarreo y evaluación combinacional en tiempo real.

Laboratorio 1 objetivo: Siga una dependencia de acarreo a través de una red combinacional de puertas.

Sin requisitos previos

Fundamental event-driven Boolean solver

$S_i = A_i \oplus B_i \oplus C_i \;\cdot\; C_{i+1} = A_iB_i + C_i(A_i \oplus B_i)$
- 8× celdas de sumador completo
- 16× XOR + 16× AND
- 8× OR para combinar acarreos
- Terminales A/B/Cᵢₙ + suma
8-bit operands · 0–255; sum 0–511 with carry-out; per-gate propagation delay
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
02, Analógico Filtro paso bajo RC dinámico
Filtro paso bajo RC dinámico

Barra R, C y la frecuencia; observe cómo el polo atenúa la traza de salida.

Laboratorio 2 objetivo: Prediga cómo los valores de los componentes desplazan un polo de primer orden y su atenuación.

Sin requisitos previos

Fundamental frequency-domain transfer function

$f_c = \dfrac{1}{2\pi RC} \;\cdot\; |H(j\omega)| = \dfrac{1}{\sqrt{1 + (f/f_c)^2}}$
- nodo de la fuente de entrada
- resistencia R en serie
- condensador C en derivación
- tierra de referencia
R 100 Ω – 1 MΩ; C 1 nF – 10 µF; sweep 10 Hz – 100 kHz
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
03, Cuántico Visualizador del entrelazamiento de estados de Bell
Visualizador del entrelazamiento de estados de Bell

Prepare los cuatro estados de Bell; muestree la correlación ⟨Z⊗Z⟩.

Laboratorio 3 objetivo: Distinga un estado de Bell entrelazado de una mezcla clásica mediante los resultados y CHSH.

Sin requisitos previos

Avanzado state-vector + Born sampler

$|\Phi^+\rangle = \dfrac{|00\rangle + |11\rangle}{\sqrt{2}} \;\cdot\; \langle Z \otimes Z \rangle \in [-1, +1]$
- 2× líneas de registro de cúbit
- Puerta Hadamard
- control/objetivo de CNOT
- terminales de medición
4 Bell states; amplitudes ±1/√2; CHSH witness S ∈ [0, 2√2]
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
04, Mixed-signal Multivibrador astable 555
Multivibrador astable 555

Un lazo real de carga y descarga que controla un LED de salida.

Laboratorio 4 objetivo: Relacione los umbrales de carga RC con la frecuencia y el ciclo de trabajo del oscilador.

Se basa en Filtro paso bajo RC dinámico

Fundamental hybrid charge/discharge integrator

$f = \dfrac{1.44}{(R_A + 2R_B)\,C} \;\cdot\; D = \dfrac{R_A + R_B}{R_A + 2R_B}$
- bloque IC 555 de 8 terminales
- pareja de temporización R_A + R_B
- condensador de temporización C_T
- LED de salida + limitador
V_cc = 5 V; threshold ⅔ · trigger ⅓; astable + monostable modes
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
05, Cuántica avanzada Protocolo de teleportación cuántica
Protocolo de teleportación cuántica

Recorra con un registro de tres cúbits todo el protocolo de teleportación.

Laboratorio 5 objetivo: Explique por qué la teleportación necesita entrelazamiento y dos bits clásicos.

Se basa en Visualizador del entrelazamiento de estados de Bell

Avanzado stepped three-qubit protocol

$|\psi\rangle = \alpha|0\rangle + \beta|1\rangle \;\cdot\; \alpha = \cos\tfrac{\theta}{2},\ \beta = e^{i\phi}\sin\tfrac{\theta}{2}$
- 3× trazas de cúbit (ψ, A, B)
- preparación H + CNOT
- medición en la base de Bell
- puertas de corrección X/Z
Bloch θ ∈ [0, π], φ ∈ [0, 2π]; 6-step protocol; fidelity F = |⟨ψ|ψ_out⟩|²
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
06, Electrónica de potencia Convertidor reductor en lazo cerrado
Convertidor reductor en lazo cerrado

Controle una etapa de potencia PWM entre conducción continua, límite y discontinua.

Laboratorio 6 objetivo: Prediga la salida promediada del convertidor reductor y reconozca los límites entre modos de conducción.

Se basa en Filtro paso bajo RC dinámico

De frontera continuous-time averaged state space

$\dot i_L = \dfrac{D V_{in}-v_o}{L},\quad \dot v_o = \dfrac{i_L-v_o/R}{C}$
- controlador de realimentación PWM
- interruptor PMOS del lado superior
- diodo Schottky de rueda libre
- red L–C de salida
V_in 5–36 V; f_sw 20–500 kHz; CCM / BCM / DCM classification
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
07, diagrama de estados UML Máquina de estados en tiempo real
Máquina de estados en tiempo real

Active eventos y observe cómo un testigo recorre las transiciones de una máquina UML en ejecución.

Laboratorio 7 objetivo: Prediga transiciones con guarda e identifique un fallo de vivacidad.

Se basa en Sumador digital de 8 bits

Avanzado event-driven finite-state executor

$\delta : S \times \Sigma \rightarrow S \;\cdot\; (s, e) \mapsto s_{\text{next}} \text{ if guard}(e)$
- pseudoestado inicial
- estados Red / Green / Yellow
- 4 transiciones con guarda
- cola de eventos + registro de trazas
deterministic δ; one active state; guarded, timed transitions
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
08, Cuántico Corrección cuántica de errores
Corrección cuántica de errores

Proteja un cúbit que no puede leer midiendo únicamente las diferencias.

Laboratorio 8 objetivo: Deduzca una inversión de bit a partir de la paridad del síndrome sin leer el estado lógico.

Se basa en Visualizador del entrelazamiento de estados de Bell

De frontera stabilizer parity + syndrome decoder

$|0\rangle_L = |000\rangle,\ |1\rangle_L = |111\rangle \;\cdot\; s = (q_0{\oplus}q_1,\ q_1{\oplus}q_2)$
- cúbit lógico → 3 físicos
- error X configurable
- 2 bits auxiliares de síndrome
- decodificador por mayoría
corrects any single bit-flip; syndrome ∈ {00,01,10,11}; logical fidelity 0/1
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
09, Analógica activa Oscilador de puente de Wien
Oscilador de puente de Wien

Un amplificador con la realimentación positiva justa produce un tono puro a partir del ruido.

Laboratorio 9 objetivo: Use la ganancia y la fase del lazo para predecir el arranque o decaimiento de la oscilación.

Se basa en Filtro paso bajo RC dinámico

Avanzado second-order loop with amplitude limiting

$f_0 = \dfrac{1}{2\pi RC} \;\cdot\; A\beta = 1 \text{ (Barkhausen), gain } = 3$
- etapa de ganancia con amplificador operacional
- puente RC en serie + derivación
- ajuste de ganancia R_f / R_g
- elemento limitador de amplitud
gain 2.8 – 3.2; f₀ from RC; Hopf onset at gain = 3
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
10, Digital secuencial LFSR de longitud máxima
LFSR de longitud máxima

Cuatro biestables y una XOR generan un flujo que parece aleatorio y se repite tras exactamente 15 estados.

Laboratorio 10 objetivo: Relacione las tomas primitivas de realimentación con el periodo de un LFSR.

Se basa en Sumador digital de 8 bits

Avanzado clocked shift register over GF(2)

$x^4 + x^3 + 1 \;\cdot\; \text{period} = 2^n - 1 = 15$
- reloj compartido
- cadena de 4× biestables D
- tomas de realimentación XOR 3,4
- salida serie de secuencia m
period 2⁴ − 1 = 15; all-zero state forbidden; primitive polynomial taps
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
11, Cuántico Búsqueda de Grover de 3 cúbits
Búsqueda de Grover de 3 cúbits

Gire todo el pajar hacia la aguja: √N consultas en lugar de N.

Laboratorio 12 objetivo: Explique Grover como rotación de amplitud e identifique el exceso de rotación.

Se basa en Retroacción de fase

De frontera amplitude amplification over 8 states

$|s\rangle \to (D\,U_f)^k|s\rangle,\quad k \approx \dfrac{\pi}{4}\sqrt{N} \;\cdot\; N = 8$
- superposición uniforme de 3 cúbits
- oráculo U_f (inversión de fase)
- difusión 2|s⟩⟨s| − I
- lectura de amplitud de 8 estados
N = 8 search space; optimal k = 2 rounds; peak P(target) ≈ 0.945
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
12, Integridad de señal Reflexiones en líneas de transmisión
Reflexiones en líneas de transmisión

Lance un escalón por un cable y observe la respuesta del extremo lejano.

Laboratorio 13 objetivo: Lea un coeficiente de reflexión a partir del eco cercano y termine una línea.

Se basa en Filtro paso bajo RC dinámico

Avanzado lattice (bounce) diagram of a lossless line

$\Gamma = \dfrac{Z - Z_0}{Z + Z_0} \;\cdot\; V_1 = V_s\,\dfrac{Z_0}{R_s + Z_0}$
- fuente escalón + R_s
- red L–C de 3 secciones (Z₀, t_d)
- carga Z_L
- sondas cercana/lejana
Z_L 5 Ω – 5 kΩ; Z₀ 25 – 150 Ω; time 0 – 10 t_d
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
13, Analógica activa Lazo de enganche de fase
Lazo de enganche de fase

Un oscilador que escucha: se ajusta hasta que su fase deja de deslizarse.

Laboratorio 15 objetivo: Explique el enganche como error de fase constante y encuentre el rango de mantenimiento de un PLL.

Se basa en Oscilador de puente de Wien

Avanzado nonlinear phase-error dynamics

$\dot\theta_e = \omega_{ref} - (\omega_0 + K_v v_c) \;\cdot\; \tau\,\dot v_c = K_d \sin\theta_e - v_c$
- oscilador de referencia
- detector de fase XOR
- filtro RC del lazo
- VCO con realimentación
f_ref, f₀ 8 – 12 kHz; hold range ±K_vK_d = ±1.2 kHz; τ = RC 0.05 – 2 ms
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
14, Electrónica de potencia Amplificador de clase D que puede escuchar
Amplificador de clase D que puede escuchar

Convierta el audio en una onda cuadrada, recupere la música mediante un filtro y escuche ambas señales.

Laboratorio 17 objetivo: Sitúe el corte LC entre la banda de audio y la portadora PWM.

Se basa en Convertidor reductor en lazo cerrado

Avanzado natural-sampling PWM + 2nd-order LC filter

$|H(f)| = \dfrac{1}{\sqrt{(1 - r^2)^2 + 2r^2}},\; r = \dfrac{f}{f_c} \;\cdot\; f_c = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$
- audio + portadora triangular
- comparador PWM
- interruptor de medio puente
- filtro LC + altavoz
audio 100 Hz – 2 kHz; carrier 4 – 20 kHz (slowed into earshot); f_c 0.5 – 50 kHz
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
15, Sistemas de control Control PID de velocidad de motor
Control PID de velocidad de motor

Ajuste tres ganancias para que el motor llegue rápido, sin sobreimpulso, y permanezca en la consigna.

Laboratorio 16 objetivo: Ajuste P, I y D para una respuesta rápida, sin error permanente ni saturación integral.

Se basa en Convertidor reductor en lazo cerrado

Avanzado discrete PID + first-order DC motor with saturation

$u = K_p e + K_i\!\int e\,dt + K_d\,\dfrac{de}{dt} \;\cdot\; J\dot\omega = K u - b\,\omega - \tau_L$
- consigna ω_set
- rutas paralelas K_p, K_i/s, K_d·s
- controlador saturable
- motor + tacómetro
K_p 0 – 10; K_i 0 – 20; K_d 0 – 0.5; driver limit ±12 V
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
16, Mixed-signal Convertidor sigma-delta
Convertidor sigma-delta

Un bit muestreado rápidamente puede transportar dieciséis si desplaza el ruido a otro lugar.

Laboratorio 18 objetivo: Relacione el orden y el sobremuestreo con la conformación de ruido y ENOB.

Se basa en Multivibrador astable 555

De frontera 1st/2nd-order ΔΣ modulator + FFT

$Y(z) = X(z) + (1 - z^{-1})^L E(z) \;\cdot\; \mathrm{ENOB} = \dfrac{\mathrm{SNR} - 1.76}{6.02}$
- sinusoide de entrada
- nodo sumador + integrador
- cuantizador de 1 bit con reloj
- DAC de realimentación + diezmador
amplitude 0.05 – 0.7; OSR 8 – 128; order 1 or 2
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
17, Digital secuencial Analizador lógico UART
Analizador lógico UART

Sin reloj compartido: el receptor calcula cada bit desde un único flanco descendente.

Laboratorio 14 objetivo: Explique las tramas asíncronas y la tolerancia de reloj al muestrear el centro del bit.

Se basa en LFSR de longitud máxima

Fundamental asynchronous framing + mid-bit sampling

$t_k = \left(k + \tfrac12\right) T_{bit}(1 + \varepsilon) \;\cdot\; |\varepsilon| \lesssim \dfrac{1}{2N_{bits}}$
- byte + registro de desplazamiento TX
- una línea serie
- RX con reloj de baudios independiente
- salidas de datos + errores
8 data bits, LSB first; parity none/even/odd; clock error ±10 %
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio
18, Cuántico Retroacción de fase
Retroacción de fase

La puerta actúa sobre el objetivo y, sin embargo, cambia el control.

Laboratorio 11 objetivo: Demuestre que un objetivo en estado propio transfiere la fase controlada al control.

Se basa en Visualizador del entrelazamiento de estados de Bell

Avanzado two-qubit state vector + reduced Bloch vector

$\tfrac{1}{\sqrt2}(|0\rangle + |1\rangle)|1\rangle \xrightarrow{CP(\varphi)} \tfrac{1}{\sqrt2}(|0\rangle + e^{i\varphi}|1\rangle)|1\rangle \;\cdot\; P(1) = \sin^2\tfrac{\varphi}{2}$
- cúbits de control + objetivo
- 2× Hadamard en el control
- fase controlada CP(φ)
- medición del control
φ ∈ [0, 2π]; targets |0⟩, |1⟩, |+⟩, |−⟩; purity |r| ∈ [0, 1]
Sin completar Reto de diagnóstico: el fallo está oculto Abrir laboratorio

Sumador digital de 8 bits

Filtro paso bajo RC dinámico

Visualizador del entrelazamiento de estados de Bell

Multivibrador astable 555

Protocolo de teleportación cuántica

Convertidor reductor en lazo cerrado

Máquina de estados en tiempo real

Corrección cuántica de errores

Oscilador de puente de Wien

LFSR de longitud máxima

Búsqueda de Grover de 3 cúbits

Reflexiones en líneas de transmisión

Lazo de enganche de fase

Amplificador de clase D que puede escuchar

Control PID de velocidad de motor

Convertidor sigma-delta

Analizador lógico UART

Retroacción de fase