Electrónica análoga. Alfredo José Constaín Aragón
fuerte puede entregar mili voltios o incluso voltios. Si un transductor es inherentemente débil, es conveniente plantear un esquema de acoplamiento de resistencias{10} entre la del transductor, rs, y la del amplificador, Ri.
Si el transductor es inherentemente fuerte debe tenerse en cuenta el valor de rs. Si la resistencia interna rs es relativamente pequeña (mando por voltaje) deberá escogerse una resistencia Ri relativamente mayor (de tal forma que no cargue al transductor). Si la resistencia interna del transductor rs es relativamente alta, Ri deberá escogerse baja (mando por corriente), para que la señal se recoja lo mas nítida posible. Es importante tener en cuenta que a veces es conveniente utilizar un transformador de acople entre el transductor y el amplificador para mejorar las condiciones de acople, si las condiciones del transductor y las condiciones del amplificador ya se han fijado{11} (Figura 1.19).
En la salida, la resistencia de utilización (resistencia de carga, RL) es guiada normalmente por una fuente de baja impedancia del amplificador. Así mismo, normalmente se prefiere un mando por voltaje para que la corriente que requiere esta carga pueda ser transferida sin problema{12}. Las resistencias internas de los amplificadores se pueden escoger mediante la configuración de los transistores de salida, o mediante el uso de técnicas de realimentación. También pueden tenerse como ya se explicó: mando por corriente (cuando la resistencia interna de la fuente con respecto a la carga es mucho mayor) y mando adaptado cuando hay adaptación.
1.1.9 Manejo de la frecuencia
Ciertos componentes pasivos{13} tienen el valor de su resistencia como función de la frecuencia, caso llamado “reactancia”. La Ley de Ohm en su forma más simple relaciona voltaje y corriente como una razón algebraica, en el caso de que la resistencia no dependa de la frecuencia (caso de los resistores):
Esta definición más simple de resistencia se establece entonces en el dominio del tiempo. Un problema surge cuando se quiere definir lo mismo para un componente como la capacitancia, cuya relación del voltaje como función de la corriente es una expresión integro-diferencial:
Lo que significaría una expresión como la que sigue en el dominio del tiempo:
Esto implicaría que para cada diseño con capacitores, el diseñador tendría que plantear una ecuación diferencial, lo cual ciertamente complicaría muchísimo esta tarea. Para obviar este problema se prefiere utilizar la Transformada de Laplace, que convierte las operaciones integro-diferenciales en operaciones algebraicas en el dominio de la frecuencia angular w, pudiéndose escribir este nuevo concepto de Ohm, no como resistencia (dominio del tiempo), sino como “reactancia” (dominio de la frecuencia)17:
Igualmente, para los inductores se definen las siguientes relaciones:
Otro concepto importante que aparece cuando se usan elementos de reactancia es el corrimiento de fase. El concepto de fase esta asociado a los diferentes momentos en que las ondas armónicas comienzan. Cuando se utilizan elementos reactivos, no solo las magnitudes de las funciones voltaje o corriente dependen de la frecuencia, también las fases entre las ondas. La dependencia de la frecuencia hace que dos ondas dadas se desfasen en función de las reactancias actuantes. Para plantear adecuadamente un circuito que tiene diversas reactancias es necesario obtener una expresión general y entonces relacionar los componentes reales e imaginarios. El cálculo de la tangente de este vector (a + jb) dará la información de la fase.
Por otra parte, es necesario enfatizar que en el análisis de circuitos electrónicos ni las capacitancias ni las inductancias actúan solas, ellas siempre aparecen acompañadas de una resistencia formando lo que se llama “Constante de tiempo”. Son estas constantes de tiempo las entidades que los ingenieros tienen que comprender y calcular en sus diseños (Figura 1.20).
Entonces, normalmente los cálculos de las acciones de los capacitores (y los inductores) se platearán analíticamente en términos de constantes de tiempo, y parte del trabajo del diseñador es buscar o ubicar las resistencias apropiadas para que ellas actúen como se desea con los capacitares considerados.
Los capacitores e inductores nunca actúan solos, y es necesario investigar las resistencias que siempre los acompañan, formando las constantes de tiempo.
1.1.10 Distorsiones
Los circuitos electrónicos tienen tres tipos de distorsión.
A. Distorsión de amplitud:
Se presenta cuando la ganancia del amplificador depende de la amplitud de las señales a la entrada, por ejemplo que un amplificador magnifique más los valores bajos de una onda que los valores altos (Figura 1.21).
Esta distorsión se llama también no lineal, porque parte de una función de transferencia no lineal entre voltaje de salida y voltaje de entrada. Es debido a las imperfecciones de los dispositivos semiconductores usados en los amplificadores.
B. Distorsión de frecuencia:
Las formas reales de las ondas analizadas matemáticamente mediante la Técnica de Fourier muestran que las ondas complejas se componen de ondas más simples de frecuencia que es función de los números naturales. Como la ganancia puede ser una función de la frecuencia (Figura 1.22), algunas frecuencias pueden ser amplificadas con diferente valor de ganancia, y las formas de las ondas de salida pueden no ser proporcionales a las formas de onda de la entrada (Figura 1.23).
Esta es una distorsión que se presenta con gran frecuencia en el diseño de amplificadores electrónicos reales.
C. Distorsión de fase:
Dado que los componentes que almacenan energía como capacitares y bobinas tienen una modificación de la fase cuando operan sobre las ondas de voltaje o corriente (desplazando la fase de corriente y el voltaje), las ondas de entrada y salida de voltaje irán a tener un desplazamiento de fase (o sea la posición de la onda en el marco de tiempo) que en algunas aplicaciones puede llegar a ser un gran problema, como por ejemplo en los amplificadores que utilizan realimentación negativa. Si el circuito que “devuelve” la señal desde la salida a la entrada cambia su fase drásticamente en por lo menos 180°, entonces ese circuito se convierte en uno de realimentación positiva18 y el circuito operará de una forma diferente a la idea de su diseño original.
Una parte importante del diseño de un equipo electrónico es el limitar a un mínimo prefijado el porcentaje de sus tres distorsiones.
1.1.11 Circuitos electrónicos, polarización y modulación, condiciones de señal y realimentación. Montajes prácticos: el cableado, la tierra y las interferencias
Se tiene un cuadripolo (circuito de dos entradas y dos salidas) que en general se debe polarizar