Jueves, 14 de Marzo

Llega una de las clases importantes del curso, esa materia que todo el grupo se preguntaba: ¿Cómo puede ser que aún no hayamos hecho eso, si es lo primero que se hace en otros grupos, de hecho, muchos ya lo han acabado? La respuesta queda bien reflejada en este dicho: No comprenderás el futuro, si no entiendes ni el presente ni el pasado.

Empezamos la clase hablando del último circuito que analizamos en clase anterior, ese modelo circuital que permitía, a partir de la tensión de un nodo específico y una fuente controlada, amplificar una señal. La pregunta que nos formulábamos esta semana era cómo construir este circuito, la respuesta está en un elemento llamado Amplificador Operacional.

¿Qué es?

El Amplificador operacional (AO) es un circuito electrónico formado por una gran cantidad de transistores y que tiene dos canales de entrada y uno de salida.

¿Qué aspecto tiene en la vida real? ¿Y su modelaje en un circuito?

En la vida real, el AO es un dispositivo que tiene varios terminales, cuyo número dependerá del modelo de dispositivo, que están numerados en sentido anti horario, contando a partir de la pata que nos detalla el fabricante. Su modelaje en un circuito es a partir de un triangulo con cinco patas, de las cuales, dos son los terminales de entrada, el inversor y el no inversor, dos más son los terminales de polarización, el positivo y el negativo, y el restante es el terminal de salida.

Características a tener en cuenta para el análisis

En primera instancia, la definición nos hace pensar que nos será necesario un gran conocimiento sobre transistores y semiconductores para analizarlo pero, seguidamente, vemos que no es así, que hay un método para analizarlo sin necesidad de ser experto en transistores, el llamado método de aproximación de la caja negra. En este método, lo que se nos pide es montar un circuito (véase imagen) y  tomar una serie de medidas sobre el AO. Tras estas medidas, percatamos que:

1)      La corriente en los terminales de entrada es cero, lo que nos garantiza una impedancia muy alta.

2)      La tensión de salida (Vo) es independiente de la Resistencia que montemos.

3)      El voltaje de salida (Vo) no es lineal con el voltaje de entrada.

Viendo esto podemos pensar, pero si yo estoy cursando Circuitos Lineales, porqué me están enseñando esto. Entonces, en el momento que me iba a levantar e irme indignado de clase, el profesor dice: A groso modo no vemos la parte lineal, pero si ampliamos y ponemos una lupa cerca del eje de ordenadas, hay una curva que conecta los dos tramos no lineales. Resulta que esta es la parte que podemos expresar a partir de una recta, cuya pendiente Ao=10e5 y que debemos tener en cuenta sus límites, la llamada zona de validez, para poder usar el AO correctamente.

¿Cómo incorporamos este dispositivo en nuestro circuito?

Lo primero que pensamos es conectar los terminales de entrada en el circuito y medir la salida. Vemos que el dispositivo funciona, pero que es muy complicado acertar conseguir nuestro objetivo, amplificar. Intentamos otro método, usando lo que se llama retroalimentación, es decir, conectar la salida del AO al circuito, de modo que, la misma salida del Amplificador alimente la entrada. ¡Eureka! El sistema funciona, pero tiene una pega, que la recta que caracteriza Vo, conectado de esta forma, corta tres veces sobre la gráfica que hemos obtenido tras tomar medidas usando el método de la Black Box. Evidentemente, ya es mejor que el anterior debido a que nos garantiza una solución sobre la zona de validez. Podríamos pensar de expresar esta recta que caracteriza Vo con pendiente negativa, de este modo solo cortaría una vez, y además sería en la zona de validez, pero este aspecto lo trataremos en otra sesión, por ahora nos quedamos con el concepto de retroalimentación negativa, es decir que nos garantiza una única solución.

¿Cómo resolvemos el AO?

El método más cómodo, aunque el AO como sabemos se puede sustituir por una fuente controlada, es el llamado corto circuito virtual, en el cual se da como premisa tomar Ao -> ∞ y por lo tanto V+=V-. A partir, de aquí podríamos obtener Vo con los conocimientos que ya sabemos, pero bien, el tema del análisis se tratará con más detalle la próxima sesión.

Ya tenemos lo que deseábamos, una amplificación de señal. Hacemos un ejercicio cualquiera con A0, lo resolvemos y obtenemos una función de red: m=1+R2/R1, de modo que si queremos una amplificación de 10 colocamos R2= 9Ω y R1= 1Ω. Fácil. Todo parece muy utópico en el análisis pero, ¿Existen todos los valores de resistores para conseguir la amplificación que queramos? Evidentemente no, pero existen los potenciómetros, componentes que permiten ajustar su valor óhmico a partir de una constante alfa que va desde 0 a 1 (0<α<1).

Con este último elemento parece que ya podemos controlar la amplificación de todos los circuitos con AO, seguiremos con el tema la próxima sesión, porque después de esta tenemos claro que se llaman Amplificadores porque amplifican señal, pero ¿Porqué operacionales?