Los secretos de las fuentes controladas.

UN NUEVO COMPONENTE: EL AMPLIFICADOR

En esta clase se introdujo un problema ya planteado durante muchas otras clases: Sabemos analizar circuitos con fuentes controladas pero, ¿Cómo se hacen?, ¿Cómo están constituidas?.

Por bien, en esta clase íbamos a empezar a tener conocimiento de ello introduciendo un nuevo componente llamado amplificador operacional.

                                                        

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Un amplificador operacional es una compleja estructura que en su interior está formada básicamente por transistores y otros elementos semiconductores que en su totalidad crean el componente en si. Como su análisis más exhaustivo para nosotros sería poco viable además de demasiado complejo, usaremos un método conocido como método de la caja negra.

Con este método de la caja negra podemos analizar el comportamiento de los amplificadores operacionales gráficamente muy preciso de la variable de salida de este respecto con la entrada. Una vez vista esta gráfica nos dimos cuenta de que en una cierta región de esta gráfica, la pendiente de la cual es tan grande que consideramos infinito, este componente era un útil amplificador, pero en la mayoría de su región lo que hace es saturarse.

Por lo tanto, para poder utilizar este componente como amplificador necesitaremos trabajar es esa zona de amplificación sin preocuparnos constantemente de no estar en saturación, lo cual conseguimos aplicando una  retroalimentación negativa.

Más aspectos a conocer del método de la caja negra es que para este tipo de análisis, se dan ciertos aspectos y técnicas de análisis que nos ayudaran mucho a la hora de estudiar circuitos con amplificadores operacionales:

1- La intensidad en los dos terminales de entrada será siempre 0.

2- Usaremos una característica conocida como cortocircuito virtual, el cual nos dice que las tensiones de el terminal inversor y no-inversor son siempre las mismas (V+ = V-).

3- Los circuitos con amplificadores operacionales serán estudiados con el método nodal (explicado en la anterior entrada del blog).

LOS POTENCIÓMETROS

Tras toda la explicación de los amplificadores operacionales, al final de la clase el profesor hizo un inciso para explicar que son y como funcionan los potenciómetros. El cual trata básicamente por una película impresa de carbón o grafito la cual está conectada a los dos extremos al circuito y en el medio, un cursor que se desplaza a lo largo de esta. Según el ángulo de el cursor la resistencia será mayor o menor (por eso depende de el valor 'alpha').

Análisis de circuitos.

Circuito Asintótico

Durante el inicio de la clase estuvimos hablando sobre la utilidad de, en algunos casos, al tener ya la función de red usar el circuito asintótico, el cual trata sobre hacer tender la 'S' a 0 y a infinito con la finalidad de ver si esa función de red obtenida es coherente con los resultados.

MÉTODO NODAL

Este método nodal es un método sistemático de análisis de circuitos con el cual, a partir de conocer los valores de las tensiones en los nodos del circuito a estudiar, podemos conocer cualquier otro valor del circuito que queramos conocer. Es por eso que a partir de este instante llamaremos a estas tensiones nodales variables generadoras.

Para realizar este método nodal deberemos ver el numero de nodos del circuito ('N'), y una vez establecido uno como nodo de referéncia, realizar N-1 KCL's (Kirchhoff Current Law), restando a esta N una unidad por cada fuente de tensión ideal o controlada, lo cual nos facilitaría el trabajo ya que tendríamos menos ecuaciones.

Una vez ya tenemos todas las ecuaciones en un sistema debemos resolverlo ya sea por Gauss, Kramer.. etc y está, habremos usado el método nodal para analizar un circuito!

Laboratorio

SEGUNDA PRACTICA

En esta segunda práctica nos dedicamos a el uso de Picoscope para la medición de funciones (provenientes del generador de funciones, y después realizamos un par de montajes que trabajaban en régimen permanente senosoidal, observando así su comportamiento.

1.PRIMERA MEDICIÓN

Aquí básicamente lo que hicimos fue tener un primer contacto con el Picoscope en modo de medición de funciones, y lo que hicimos fue visualizar una señal senosoidal de 1940Hz y 2 voltios de amplitud.

-Tensiones senosoidales te entrada y salida

   con su respectivo desfase de π/4.

2.CIRCUITO EN R.P.S

Realizamos un circuito conocido como circuito pasobajo, el cual como su nombre indica hace que deja pasar sin demasiado cambio a las señales con frecuencias bajas pero aquellas que tengan una frecuencia alta su amplitud se vera reducida considerablemente, como del orden de cien veces. Las especificaciones de todo esto van incluidas en la libreta de laboratorio, aquí solo explicaremos muy por encima lo hecho.

- Señal distorsionadora y distorsionada vistas por separado

  

     

- Señal distorsionadora y distorsionada juntas

- Señal distorsionadora ya pasada por el filtro

   (vemos que su amplitud ha disminuido mucho)

3.VISUALIZACIÓN DE ONDA GENERADA POR AUDACITY

En este ultimo experimento tratamos de ver con Picoscope una onda la cual traíamos grabada en un pendrive con audacity. Una vez reproducida esta onda, con un conector jack que desde el otro extremo nos permitía conectar a la protoboard, pudimos visualizar esa onda de 1240Hz, analizar su amplitud (1,4V) y su período (0'8 mili-segundos).

- Señal de 1240Hz visualizada en Picoscope

Especificidades en el proceso de análisis.

SIMPLIFICACIÓN DE CIRCUITOS

DIPOLOS EQUIVALENTES

Uno de los temas tratados en la siguiente clase fue el como simplificar trozos de circuitos compuestos tanto por elementos pasivos como activos o incluso fuentes controladas una vez conocida su impedancia.

Tras el análisis de unos cuantos elementos asociados (y estudiados con su C.T.F si así se requiere), llegamos a la conclusión de que esa parte del circuito la podíamos reducir a un dipolo de ciertas características según los valores que tomaba la impedancia:

- Para Z más grande que cero (positiva): Sustituimos un dipolo formado por una resistencia y una bobina

                                                                    las cuales: 'R' tomará el valor de la parte real de la impedancia

                                                                    y 'L' tomara el valor de la parte imaginaria dividida entre la 

                                                                    frecuencia a la que trabaja el circuito.

- Para Z más pequeña que cero (negativa): En este caso sustituiríamos por un dipolo formado por una 

                                                                       resistencia y un condensador los cuales: 'R' tomara valores 

                                                                       con el mismo criterio anterior, y 'C' se encontrara haciendo

                                                                       1/(wo·b), donde 'wo' es la frecuencia del circuito y 'b' es la

                                                                       parte imaginaria de la impedancia encontrada.

- Para Z solo con parte real: Aquí solo tendremos que sustituir por una resistencia del valor que nos haya 

                                                dado la impedancia.

CONDUCTANCIA, ADMITANCIA Y SUSCEPTANCIA

Un problema de todo lo que habíamos dado hasta el momento es que estábamos estudiando las asociaciones de elementos colocando un generador de intensidad entre los dipolos, lo cual en la realidad no se puede hacer.

 En este instante empezamos a hacer lo mismo pero usando un generador de tensión para el análisis, y al acabar nos dimos cuenta que habíamos topado con tres nuevas definiciones sin darnos cuenta:

- Admitancia (Y): Es el inverso de la impedancia.

- Conductancia (G): La parte real.

- Susceptancia (B): La parte imaginaria.

ASEGURANDO ERRORES MÍNIMOS

En esta parte de la clase hablamos sobre un simple cambio de variable el cual hace que logremos reducir las posibilidades de error en nuestro cálculos al trabajar con numero complejos, para así al final deshacer el cambio y obtener unos resultados mas apurados y con menor error:

                S=jw

Estudio de circuitos en régimen permanente senosoidal.

CIRCUITO TRANSFORMADO FASORIAL

Consideramos circuito transformado fasorial todo aquel circuito que conste de resistencias, bobinas y condensadores (sin la necesidad de que aparezcan los tres a la vez), y en el cual mediante unas formulas se les considera como elementos resistores equivalentes: R para les resistencias, Xl para las bobinas y Xc para los condensadores.

Otro aspecto de el análisis mediante el circuito transformado fasorial es que es necesário saber i tener en cuenta la frecuencia a la que trabaja dicho circuito, ya que para unas frecuencias o otras el mismo circuito que esta siendo analizado puede comportarse de maneras fistintas.

Las partes de los resistores equivalente en el C.T.S (Circuito Transformado Fasorial) se encuentran de la siguiente forma:

1 - En el caso de haber una resistencia esta se queda igual:     R=R

2 - Al encontrarnos con una bobina deberemos usar esta expresión:     Xl=jLw

3 - Si se trata de un condensador usaremos esta expresión:     Xc=1/(jCw)

                                                               *donde- L: valor de la bobina

                                                                             C: valor de el condensador

                                                                             w: frecuencia del circuito

                                                                               j: componente imaginaria 

-Representación gráfica de un fasor segun el angulo y módulo

Apartir de todo esto aprendimos la definición de la palabra impedancia, la cual sería la equivalencia a la resistencia en DC, solo que esta trata sobre la oposición al paso de corriente alterno, y la cual podemos definir por la siguiente formula:

Z=R+jX

                                                               *donde- R: parte real de la impedancia i que hace referencia 

                                                                                  a la resistencia ya existente del circuito                                                           

                                                                             X: parte imaginaria de la impedancia que hace 

                                                                                  referencia a la resistencia equivalente hecha por 

                                                                                  la bobina i el condensador (con sus respectivos    
                                                                                  desfases)

FUNCIÓN DE RED

En el estudio de circuitos es muy útil para hacer predicciones sobre como funciona el circuito antes de montarlo en el laboratorio, y para esto se suele usar la función de res (tambien conocida como relacion salida-entrada), la cual determina con una expresión matemática el comportamiento de un circuito de forma muy acertada.

Vo=k·Vin ; k=Vo/Vin

Un ejemplo fácil seria el de un divisor de tensión, el cual podemos analizar de la siguiente manera:

     - Fórmula del divisor de tensión:

         Vout= [(R1·R2)/(R1+R2)] · Vin

   

      (Observamos que en este caso todo lo que se encuentra dentro del '[ ]'
      representan la función de red de un divisor de tensión.

     

     

      

Modelo circuital.

ANÁLISIS CIRCUITAL

En el momento de analizar un circuito, muchas veces nos encontramos que este no se trata de un simple circuito resistor, el cual podemos analizar de manera metódica resolviendo ecuaciones relativamente sencillas y de las cuales conocemos su comportamiento. La pregunta es pues, cuando trabajamos con un circuito que no simplemente es resistor, sino que en el se producen diferentes fenómenos físicos producidos por el comportamiento de otros elementos los cuales suelen tener comportamientos no-lineales ¿como procedemos?. Muchas veces tendremos que recurrir a mirar el circuitos por su modelo circuital.

¿QUE ES UN MODELO CIRCUITAL?

Podríamos decir que un modelo circuital es la representación de un esquema circuital previo en el cual además de representar los elementos que hay en el, representamos (si es necesario, o si así lo creemos conveniente) los efectos físicos producidos por el mediante otros componentes y así, obtener una idea mas clara de lo que pasa realmente en el circuito con dichos componentes i poder realizar un estudio y obtener predicciones mas apuradas de el comportamiento que este tendrá.

Así pues en resumen diríamos que el modelo circuital es la representación de los fenómenos físicos mas relevantes que tienen lugar en el circuito estudiado, del cual podemos extraer un sistema de ecuaciones del cual obtendremos resultados más fiables.

Hablando de los fenómenos físicos a representar son tales como la disipación de energía, el almacenamiento tanto de tensión como de corriente o la creación de campos eléctricos o magnéticos que pueden afectar a el comportamiento del circuito.

-Pasos a realizar;   Circuito real ----> Esquema circuital ----> Modelo circuital