18 de marzo

En esta entrada resumiré la teoría y explicaré todo el tema de Amplificadores Operacionales que hemos hecho en clase.

Amplificadores Operacionales(AO)

Para poder realizar operaciones como sumar, restar, multiplicar, dividir, derivar e integrar con los circuitos, son necesarios lo amplificadores.

Su símbolo y su aspecto físico se muestra en las siguientes imágenes:

                      

 Para distinguir los pins los fabricante nos ayudan incorporando una pequeña y redonda marca cerca de un pin, el pin este será el pin 1.

Nosotros en este curso estudiaremos que función hace cada pin del Amplificador Operacional.

En una sesión de laboratorio, el professor nos proponió un experimento para que comprobemos  y entendamos como funciona. El método que vamos a desarrollar es estudiamos su funcionamiento sabiendo la entrada del circuito y observando la salida sin saber que tienen dentro. 

Excitando el circuito con diferentes tensiones de V+ y V- construimos la gráfica donde se representa la salida Vout en función de V+   -    V-  =  Vi

De esta gráfica observamos tres tramos diferenciados las rectas horizontal las llamaremos zonas de saturación y distinguiremos en positiva y negativa y la recta será la zona lineal. 

- La tensión de salida es una función que depende de Vi y es independiente de la Rl que pongamos.

-Hay una zona lineal  de alta pendiente Ao del orden de 10^5

Este gran pendiente hace  que cuando trabajemos en la zona lineal podemos considerar si llegar a un error relevante a decir que tiende a infinito Ao->00

Y otra observación es que si Vo=Ao(V+ - V-) y Ao acabamos de decir que es infinitamente superior a (V+ -V-) esto implica que podamos considerar (V+ - V-)=0 lo que supone que V+=V- .  Entonces estos terminales están en cortocircuito.

- Si medimos la intensidad de corriente que llega al AO sucede algo extraodinariamente sorprendente I+=I-=0 suponemos entonces que hay un resistencia infinita entonces los terminales V+ y V-  están en circuito abierto.

Cuando se cumple todo esto (I=0, V=0) es un fenómeno relevante y que tiene nombre propio CORTOCIRCUITO VIRTUAL y se expresa como CCV (solo en zona lineal  )

Su modelo circuital es una fuente controlada de tensión que se entera de una tensión sin estar en cortocircuito y obtiene una salida dependiente de esa tensión  

Hemos dicho que para que AO tiene una zona lineal muy pequeña ¿como podemos conseguir trabajar en esa zona? Sencillamente volviendo a conectar la salida del AO a el circuito a esto se le llama retroalimentación negativa. 

potenciómetro es un elemento circuital de tres terminales dos entrada y el del medio salida que permite actúa como un resistor con la particularidad que mediante un cursor se le puede cambiar el valor de la resistencia. A continuación se muestra su símbolo y su modelo circuital:

Vemos que en realidad se descompones en dos resistencias y la flecha representa donde nosotros dejamos el cursor así que imponemos el valor de R1 y la cambiamos como queramos.

Podemos diferenciar los AO que necesitan corriente de los que no. Si necesitan corriente implica que alteraran al circuito que estén conectado. Mientras que si no necesitan corriente quiere decir que tienen resistencia infinita y no afectará al circuito que este conectado

Para solucionar este problema se utiliza un circuito para convertir un circuito en uno de resistencia infinita este circuito es el seguidor de tensión y se construye siguiendo la estructura del anplificador no inversor haciendo R2=0 y entonces R1 queda superflua y conseguimos un circuito de resistencia infinita y que la tensión de salida recibe la de entrada. Con el seguidor de tensión conseguimos poder hacer la conexión en cascada: como tienen resistencia infinita el conectar detrás del circuito otro también con resistencia infinita esta segunda etapa será superflua a la salida de la primera etapa. Y la salida de la primera entrada será la entrada de la segunda etapa. 

Ahora procederemos a hacer una tabla con el esquema, ecuación y nombre de cada tipo de Amplificador Operacional.

  

Ahora con los  AO ya podemos hacer cualquier operación con los funciones así es cuando nace lo que llamamos diseño modular de circuitos se trata de conseguir los circuitos deseados  dada una función de red mediante la conexión  en cascada diferentes Amplificadores. Normalmente se construye un diagrama de bloques iguales a la tabla anterior y luego se sustituyen los bloques por cada circuito equivalente

Pongamos un ejemplo:

Finalmente decir que ahora que ya sabemos que són y como funcionan los AO, nos preguntamos que pasaría si en cambio de poner retro alimentación negativa en la que solo había una posible solución y esta era lineal, si ponemos retroalimentacion positiva o bien no lo retroalimentado creamos una recta de pendiente positivo. observen las imágenes 

Cuando no está en zona lineal la salida del AO se comporta como la función signum (V+ - V-) y en vez de 0 o 1 saldra el valor de saturación Vcc o -Vcc.  De aquí proviene el nombre de decir que si un AO está trabajando como comprador.

10 de marzo

Como cada semana, nuestro profesor recogió todos los ejercicios propuestos de ka entrega nº3 y posteriormente se empezó a repasar todos los nuevos aspectos aprendido en la anterior clase. Seguidamente nos propuso hacer un pequeño cambio a la función de red, el cual era sustituir s=jw. Este cambio permitía dejar de arrastrar y hacer cálculos con nombres complexos hasta llegar a la solución final y entonces volver a deshacer el cambio i calcular su resultado con números complejos.

Nos propuso algunos ejemplos para ver como teníamos que preceder y obtener el resultado final, a demás de poder representar gráficamente la función de red, obteniendo como varia el módulo de la función de red con diferente pulsación.
Uno de los ejemplos era un circuito que hacia prácticamente lo contrario que el que nos mostró la semana pasada, el circuito "paso-alto". Nos enseño las características y el funcionamiento de este nuevo circuito que podíamos obtener fácilmente conectando un condensador y una resistencia.

Posteriormente, hemos observado que hay muchas funciones de red, como por ejemplo la 

trans-admitancia: Ix/Vg, la impedancia de entrada: Iin/Vin y la trans-impedancia; Vo/Ig.

Nosotros pretendíamos encontrar si el resultado era coherente, pero muchos de los circuitos era difícil determinar-lo ya que eran poco intuitivos, por este motivo hemos definido el circuito asintótico, en el cual la función de red tiende a 0 y a ∞, de esta manera hemos visto que en ambos casos se convierte en resistivo puro.

 Finalmente cambiando de aspecto, el profesor se ha dispuesto a explicarnos como analizar sistemáticamente un circuito y encontrar la solución de forma mecánica. Ha introducido que eran las variables generadoras, las cuales son un conjunto de incógnitas que permiten calcular fácilmente cualquier tensión o corriente del circuito en cuestión. Nos ha presentado también el estudio nodal de corrientes y de tensiones, KCL y KVL respectivamente. Seguidamente hemos hecho un primer ejemplo de como proceder para obtener sistemáticamente el resultado de las tensiones y de corrientes del circuito ejemplo.

6 de marzo

En principio de la clase de hoy hemos empezado repasando los conceptos que habíamos aprendido en la anterior sesión, en particular de como habíamos determinado la función de red. Seguidamente extendimos el concepto a RPS, concluimos que la Impedància equivalente de el bipolo constaba de una parte real: Resistencia(R) y una parte imaginaria: Reactancia (X).
Nos propusimos hacer unos ejemplos en los cuales teníamos que encontrar la impedància en un bipolo.
Vimos que dependiendo de si el circuito era capacitivo o inductivo, el circuito se podía sustituir por una resistencia y un condensador en serie o  con un inductor respectivamente.

Después de concluir eso, buscamos el inverso de la impedancia, la llamada Admitáncia(Y) la cual también tiene una parte real: Conducáncia(G) y una parte imaginaria: Suceptáncia(B). De esta manera determinamos los circuitos equivalentes con componentes en paralelo. 

Finalmente hicimos un ultimo problema en el que teníamos que encontrar dos dispositivos interpretados de dos formas diferentes, en serie y en paralelo, tuvieran la misma impedancia.

3 de marzo

Este día teníamos clase en el laboratorio con nuestro profesor, el cual nos hizo pasar en una pequeña aula del lado del laboratorio de practicas.
Allí nos introdujo en lo que nos ceñiremos en esta práctica, un circuito RC con excitación sinusoidal y con una frecuencia determinada cuyo valor tenía mucho significado y que más tarde entenderíamos cual era. En especial: al filtro paso bajo. Averiguaríamos su funcionamiento y sus posibles utilidades prácticas de dicho circuito.

En esta misma aula, conseguimos el valor teórico de salida en RPS. Después de haber comprobado su resultado, vimos que la frecuencia que había sido escogida con un determinado valor, en concreto: 482Hz
era la frecuencia de corte. Este circuito permite sólo el paso de frecuencias por debajo de esta frecuencia de corte, y elimina las frecuencias por encima de esta. 

Con este nuevo conocimiento que obtuvimos se nos propuso intentar predecir cual era la capacidad de un condensador de valor desconocido, encontrando la frecuencia de corte que con el ociloscopio obteníamos y determinar la capacidad (1/2πRf).

Al terminar la clase del laboratorio nos dirigimos a la clase de teoría en la cual nos volvió a repasar el mismo concepto de "circuito paso bajo" y sus efectos.Seguidamente investigamos las relaciones entre las tensiones de entrada y de salida, con esto concluimos que era la Función de red (Amplitud entre la entrada y salida) la cual se escribe; H(jw)=Vo/Vg. Finalmente seguimos haciendo más ejemplos de circuitos RC en los que teníamos que determinar la función de red.