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Electrónica de potencia e instalaciones eléctricas:Circuitos electrónicos básicos

Podemos asegurar que la ingeniería eléctrica es el campo de la ingeniería que se ocupa delestudio de la electricidad, el electromagnetismo y la electrónica. En unidadesanteriores se han ido desarrollando los contenidos relacionados con los dos primeros bloquesy en los temas "Semiconductores: diodo, ..." y "Circuitos electrónicos básicos" de la presenteunidad abordaremos el último de esos bloques, es decir, la electrónica. A estas alturas yaconoces los componentes electrónicos; pues bien, ha llegado el momento de utilizarlos encircuitos que son de aplicación en innumerables dispositivos que usamos todos los días:teléfonos, reproductores DVD, televisiones, ordenadores personales, etc.

Imagen 1: Placa base de un PC

Fuente: Wikipedia. Licencia Creative Commons

Imagen 2: Teléfonos móviles


En este video puedes ver un ejemplo de cómo influye la electrónica en nuestra vidadiaria, dónde la encontramos sin a veces ser consciente de ello, cómo haevolucionado y cómo nos ha hecho evolucionar también a nosotros.

Video 1: La electrónica parte de la vida diaria.

Fuente: Youtube

1. Divisores de tensión

Suele ser frecuente en muchos circuitos que algunos dispositivos funcionen con un valorde tensión inferior al de alimentación o entrada, en ese caso, y si no queremos que eldispositivo se estropee o vea limitadas sus horas de funcionamiento, hay que aplicar unatensión inferior al mismo. Como tenemos el impedimento de no poder reducir la tensiónde alimentación del circuito, tenemos que recurrir a los divisores de tensión.

Básicamente, un divisor de tensión resistivo no es más que un par de resistenciaspuestas en serie de forma que la primera provoca una caída de tensión y por lo tanto, latensión de salida se verá reducida.

Imagen 3: Divisor de tensión resistivo.

Fuente: Elaboración propia.

Para el caso que muestra la imagen 3, la resistencia R1 provocará una caída de tensión V1, de

forma que el dispositivo conectado a la salida tendrá una tensión Vs=Ve-V1

Aplicando la ley de Ohm al circuito tendremos:

Es posible que hayas montado alguna vez un diodo led en un circuito; si es así sabrásque la tensión de alimentación de estos diodos es de apenas 2 V y que consumenalrededor de 15 mA. Si el circuito en el que montamos el diodo es alimentado con 6 V,¿qué valor tendrá la resistencia que debemos montar en serie con el diodo?

Imagen 4: Alimentación de un diodo LED.


Para evitar que nuestro diodo se cortocircuite debemos colocar una resistencia queprovoque una caída de tensión de 4 V, pues los 2 V restantes estarán aplicados al diodoy que será recorrida por 15 mA. Si aplicamos la ley de Ohm tendremos:

Este divisor de tensión suele utilizarse en circuitos de corriente continua, aunque podríautilizarse también con corriente alterna, siempre que se conectaran elementos resistivos puros.La utilidad de este montaje es reducida, pues solo funciona correctamente cuando la carga aconectar tiene un consumo de corriente constante; si la carga aumentara su consumo tambiénlo haría la tensión a ella aplicada, por lo que su funcionamiento se vería alterado.

Existen otros métodos para estabilizar la tensión, independientemente del consumo de lacarga, como por ejemplo usar un diodo zener como estabilizador de tensión.

Imagen 5: Circuito con regulación de tensión por diodo Zener.


En el circuito de la imagen 5 nos aparece el ya conocido diodo Zener. Como sabemos, estediodo soporta la tensión de avalancha para la que ha sido fabricado. Imaginemos que laresistencia R2 es el elemento que queremos alimentar con una tensión constante; si la tensión

de alimentación Ve aumenta, el diodo Zener se hará conductor, impidiendo que la tensión

aumente en la carga, de modo que ésta permanecerá constante durante todo el tiempo defuncionamiento.Este tipo de dispositivos se utilizan frecuentemente en fuentes de alimentación y engeneradores, tal es el caso de los alternadores de los automóviles.

Imagen 6: Alternador de automóvil.

Fuente: Wikipedia. Licencia Creative Commons.

Además del ya mencionado divisor de tensión resistivo, podemos conseguir el mismo efecto conun divisor de tensión capacitivo, en cuyo caso, y como ya imaginarás, utilizaremos doscondensadores.

Imagen 7: Divisor de tensión capacitivo.


Al igual que en el caso anterior, podemos obtener la tensión de salida en función de la deentrada y las capacidades de ambos condensadores; basta con aplicar los conceptos de leyde Ohm y asociación de condensadores.

2. Rectificadores monofásicos

Es sabido que la producción y transporte de la corriente eléctrica es de tipo alterna porcuestiones de eficiencia energética, sin embargo, existen innumerables dispositivos osistemas electrónicos que necesitan ser alimentados con un valor de tensión uniforme ycontinua. Para conseguir que una corriente alterna se convierta en continua, se utilizanunos dispositivos llamados rectificadores. Básicamente existen dos tipos de rectificadores:de media onda y de onda completa.

Imagen 8: Rectificador


Conozcamos más sobre los distintos tipos de rectificadores en los apartados siguientes.

2.1. Rectificador monofásico de media onda

Si recordamos el funcionamiento de un generador sabremos que en cada ciclo defuncionamiento se habrá producido una semionda positiva y otra negativa; es decir, lacorriente va tomando valores positivos y negativos a intervalos regulares, tal comoindica la imagen 8. Si quisiéramos que a una carga se le aplicara solamente la partepositiva de la corriente tal y como muestra la imagen 9, nos bastaría con colocar undiodo en serie con nuestra fuente alterna.

Imagen 9: Onda senoidal completa.


Imagen 10: Onda senoidal rectificada.


Lo indicado más arriba queda mucho más claro con el esquema de la figura 10. Cuando elgenerador alterno comience a producir la onda senoidal, el diodo solo permitirá que pasecorriente a la carga R mientras éste sea polarizado directamente, es decir cuando al ánodo deldiodo se le aplique una polaridad positiva. Durante el semiperiodo negativo el diodo noconducirá, por lo que la carga no será alimentada, y en ese caso habremos conseguido unacorriente pulsante tal y como se indicó en la imagen 9.

Imagen 11: Rectificador de media onda.


Recuerda que las ondas senoidales se representan por la función seno:

Y que teníamos los valores medio (Am) y eficaz (A) en función del valor máximo am

Antes de continuar hablando de los rectificadores puede ser interesante analizar con detalleel funcionamiento de un diodo. Partimos de la premisa de que un diodo es teóricamente unelemento lineal y que su resistencia en polarización inversa es infinita. Esto, en rigor, no esexacto, pues cerca del origen de coordenadas en un diagrama V-I el diodo no muestra esalinealidad de la que antes hablábamos y en polarización inversa hay una pequeña corriente,casi despreciable, que atraviesa el diodo.

Imagen 12: Gráfica de un diodo ideal.


Imagen 13: Gráfica de un diodo real ampliada.


Puesto que para que un diodo conduzca en polarización directa se necesitan en torno a 0,7V, esa tensión deberá ser restada a la carga y además el tiempo de alimentación de la cargaserá inferior al de un semiperiodo, pues debe alcanzarse la tensión de base de 0,7 V. Asímismo, tal y como refleja la gráfica real, existe una corriente inversa que permanececonstante durante el semiperiodo negativo, independientemente de la resistencia de lacarga.

Todas estas consideraciones, con ser interesantes, pueden despreciarse pues la resistenciadel diodo suele ser muy pequeña frente a la de la carga y la tensión de base igualmentesuele ser insignificante frente a la tensión de pico de la onda senoidal.

En el tema de Ondas senoidales hablamos de los valores medios y eficaces de una onda, queaplicados al presente caso nos dará:

Como observarás, dividimos por dos el valor medio porque solo estamos rectificando mediaonda. De igual manera podemos escribir los valores medios para la tensión:

Del mismo modo, podemos calcular los valores eficaces recordando las expresiones:

Que al sustituirlas en los valores rectificados nos quedará:

2.2. Rectificador monofásico de onda completa

Como habrás observado, con el rectificador anterior (media onda) la tensión de alimentaciónvaldrá 0 V durante la mitad del tiempo, es decir, siempre que se presente el semiperiodonegativo. Para solucionar este problema podemos disponer de un puente de diodos, en el quese rectifique por un lado el semiperiodo positivo y por otro el semiperiodo negativo, de formaque la carga siempre esté alimentada. La imagen inferior te muestra el circuito rectificador:

Imagen 14: Puente rectificador.


Pulsa sobre la imagen para ampliarla.

Para entender su funcionamiento consideremos en primer lugar que se está produciendo elsemiperiodo positivo, en ese caso, el flujo de corriente será el que muestra el sentido de lasflechas:

Imagen 15: Semiciclo positivo en puente rectificador.



Si ahora consideramos el semiperiodo negativo, tendremos:

Imagen 16: Semiciclo negativo en puente rectificador.



Si las flechas estáticas de las imágenes anteriores no te sirven para aclararte tal vez teayude el siguiente vídeo. Ten en cuenta que la distribución de los diodos en el esquema noes idéntica, pero el funcionamiento del circuito es exactamente igual, solo basta concomprobar el conexionado de las bobinas secundarias a los diodos y el conexionado de éstosa la resistencia, para comprobar que en efecto es el mismo circuito.

Vídeo 1: Funcionamiento de un puente de diodos

Fuente: Youtube

Habrás observado que la carga siempre recibe positivo por el mismo sitio,independientemente de que sea el semiperiodo positivo o negativo el que se produce en lasecuencia de funcionamiento. Esto significa que la tensión aplicada sobre la resistencia serácomo la indicada en la imagen:

Imagen 17: Gráfica de rectificación de onda completa.


De forma similar a lo que ocurría con el rectificador de media onda, los valores de tensión yde intensidad que obtendremos serán:

Existe una variante del rectificador de onda completa que puede conseguirse con lamitad de diodos, en ese caso, se utiliza un transformador con toma intermedia.

La imagen aclara su constitución:

Imagen 18: Rectificador de onda completa en transformador con toma intermedia.



La toma intermedia en el arrollamiento secundario es una de las salidas de alimentación,mientras que la otra salida será la formada por la unión de cada extremo, a través de losdiodos respectivos D1 y D2. Cuando se produce la onda positiva, el diodo D1 será conductor;

mientras que cuando se produce la semionda negativa es el diodo D2 el que se vuelve

conductor. En ambos casos, la corriente por la carga es en el mismo sentido, al igual queocurría con el rectificador anterior.

Este montaje, en apariencia más ventajoso por disponer de menos diodos, es en realidadmenos utilizado, pues la toma intermedia dificulta la construcción y los diodos cuando sepolarizan de forma inversa se ven sometidos a una tensión doble que cuando lo son deforma directa, hecho este que debe ser tenido en cuenta para evitar el deterioro de losdiodos.

3. Rectificadores trifásicos

Por lo general, los sistemas de producción de corriente eléctrica suelen ser trifásicos. Enese caso, se cuenta con la ventaja de que en un periodo se producirán tres ondas, unapor cada arrollamiento, desfasadas 120º. Esto supone una mejora en cuanto a la tensiónde alimentación de la carga, ya que se consigue una señal más uniforme.Del mismo modo que con los rectificadores anteriores, podemos tener rectificadores demedia onda y de onda completa.

En los apartados siguientes vamos a veremos con detalle:

Rectificador trifásico de media ondaRectificador trifásico de onda completa

Pero antes, ¿te atreves a poner a prueba tus conocimientos sobre estoa temática? ¡Seguro quesí!

Responde verdadero o falso a las siguientes preguntas:

1. La ingeniería eléctrica se ocupa del estudio de la Electricidad, el Electromagnetismo yla Electrónica.

Verdadero Falso

2. Un divisor de tensión permite obtener una tensión inferior a la de entrada, de maneraconstante e inalterable.

Verdadero Falso

3. La tensión de salida en un divisor capacitivo será:

Verdadero Falso

4. Los diodos LED, debido a su bajo consumo, no necesitan montarse con ningún tipo deprotección contra tensiones.

Verdadero Falso

5. El diodo zener permite que la tensión de alimentación de la carga sea constanteindependientemente del consumo de la misma.

Verdadero Falso

6. Un circuito rectificador es aquel que convierte una corriente alterna en otra pulsanteo continua.

Verdadero Falso

7. Si rectificamos una corriente alterna con un valor pico de 4 V la tensión de base deldiodo se puede despreciar.

Verdadero Falso

8. Los rectificadores de onda completa para transformadores trifásicos presentan unaseñal más estable y uniforme que los rectificadores para transformadores monofásicos.

Verdadero Falso

3.1 Rectificador trifásico de media onda

Consisten en conectar un diodo a la salida de cada arrollamiento, que se unirán en un puntocomún que después alimentará a la resistencia o carga del circuito. El retorno de la corrientese realiza a través de la línea de neutro. La imagen inferior nos aclara esta explicación.

Imagen 19: Rectificador trifásico de media onda.



Es evidente que el arrollamiento secundario está dispuesto en estrella y de la unión común delas tres bobinas se saca la línea de neutro y tal y como indica la imagen cada bobina tendrá conrespecto a neutro las tensiones V1, V2 y V3 respectivamente, que se producirán desfasadas

120º.

Imagen 20: Onda trifásica de un transformador sin rectificar.


Las tensiones V1, V2 y V3 están representadas por las ondas roja, verde y azul en la gráfica.

Pero en realidad, al haber colocado un diodo a cada salida, el semiciclo negativo de cadaonda quedará suprimido, es decir, que la tensión que le llegue a la carga será la líneaondulada de color gris.

Imagen 21: Onda trifásica de un transformador rectificada.Fuente: Elaboración propia.

3.2 Rectificador trifásico de onda completa

Si ahora disponemos de un puente hexadiodo, de manera que podamos rectificar elsemiperiodo negativo, que antes quedaba anulado, la tensión producida será aún más continuaque en los casos anteriores.

Imagen 22: Rectificador trifásico de onda completa.



Podemos observar como ahora nuestro transformador tiene a la salida de cada bobina dosdiodos, de manera que se rectificará la onda completa. Para aclarar más aún elfuncionamiento vamos a representar las bobinas R, S y T desfasadas en el espacio 120º,pues constructivamente es como se encuentran. Imaginemos que la producción de corrientecomienza en la bobina R-S (onda roja), siendo el semiperiodo positivo el que se produce a lasalida de R. La corriente por tanto circulará hasta D1 que por ser positiva lo atravesará hasta

la carga R y retornará por D5 hasta la bobina S. 180º después, se producirá el semiperiodo

negativo, por lo que al haber cambiado el sentido de la corriente, el positivo estará a lasalida de la bobina S, atravesará el diodo D2 en dirección a la carga, retornando por D4

hasta la bobina R.

Imagen 23: Conexionado trifásico en estrella.


Esta secuencia la repetimos para las bobinas S-T (onda verde), actuando D2 y D6 para el

semiperiodo positivo y D3 y D5 para el semiperiodo negativo; y para las bobinas T-R (onda

azul), en cuyo caso la secuencia será D3 y D4 para la semionda positiva y D1 y D6 para la

semionda negativa.

Ya solo queda hacer un matiz, y es que el desfase entre el semiperiodo positivo y negativoes de 180º, mientras que el desfase entre arrollamientos es de 120º, por lo que antes deque el semiciclo de una de las bobinas haya finalizado se estará produciendo la siguienteonda en otro arrollamiento. Esto queda de manifiesto si en la representación senoidal de un

4. Filtro por condensador

Hemos visto en el apartado anterior como la señal obtenida después de la rectificación no eraexactamente una señal continua, sino más bien una señal ondulada. Disponer de untransformador monofásico o trifásico hacía que la señal fuera más uniforme en el segundocaso, del mismo modo que rectificar la onda completa en vez de media onda mejoraba la señalde salida.

A pesar de esto la calidad de esa señal no es aceptable para la mayoría de los circuitos por loque debemos añadir elementos que mejoren aún más esa señal. El nombre que damos a esoscircuitos es el de filtros y por defecto los rectificadores los incluyen.

Así pues, la finalidad de un filtro no es otra que la de minimizar el efecto ondulante de esaseñal; a esta ondulación, en la práctica, se la denomina rizado y podemos determinar su valorpor medio del factor de rizado; que no es más que la relación que existe entre el valor eficazde la ondulación y el valor medio de la misma.

Por otro lado, debemos tener en cuenta que la frecuencia de rizado no coincide con lafrecuencia de la señal alterna; o por ser más precisos solo coincidirá para el caso delrectificador de media onda para una fase. En el caso de una fase y rectificador de ondacompleta la frecuencia de rizado será el doble que la de la señal y para los casos de ondastrifásicas la frecuencia de rizado será el triple para rectificador de media onda y será seis vecesmayor si la rectificación es de onda completa.

Los filtros que se utilicen deben presentar poca resistencia al paso de la corriente continua yelevada resistencia al paso de la corriente alterna; además deben almacenar energía cuando laseñal de entrada aumente, y cederla cuando la energía disminuya, para que la señal resultemenos ondulatoria.

Puesto que la energía de la que hablamos es eléctrica, seguro que ya estás pensando en uncondensador y en efecto, los condensadores almacenan energía cuando la tensión aumenta y laceden cuando disminuye. Pero además, las bobinas son capaces de almacenar energía cuandola corriente aumenta y cederla cuando disminuye. Conclusión: utilizaremos condensadores ybobinas como elementos de filtrado de señales ondulantes.

Filtro por condensador: Es el filtro más simple y consiste en colocar un condensadoren paralelo con la carga. Para un rectificador monofásico de onda completa el esquema deconexión quedaría como muestra la imagen:

Imagen 26: Esquema de un filtro de condensador.


El condensador se cargará mientras la tensión de la onda senoidal sea superior a la suya,almacenando energía; cuando la tensión de la onda sea inferior a la del condensador, éstese descargará sobre la resistencia, hasta que la señal vuelva a tener una tensión superior ala del condensador, momento en que volverá a cargarse y repetir el ciclo. Esto puede verserepresentado por la línea de color azul de la imagen inferior; la línea roja de puntosrepresenta la señal rectificada.

Tenemos un rectificador trifásico de onda completa en el que se desea establecer latensión de rizado en 0,1 V eficaces. Se quiere conocer la capacidad del condensador si lacorriente de salida será de 100 mA.

Recuerda que la frecuencia de la corriente que llega a nuestros hogares es de 50 Hz.

5. Otros tipos de filtros

El filtro por condensador es uno de los más sencillos y por eso es de los más utilizados. Noobstante existen otros que solo describiremos brevemente.

Filtro R-C: si colocamos una resistencia en serie con el condensador conseguiremos unefecto de filtrado mayor, pues como es sabido la constante de tiempo de un condensador est=RC, con lo que el tiempo de carga del condensador aumenta y por lo tanto el rizadodisminuye.

Imagen 29: Filtro R-C.


No obstante, la resistencia R del filtro R-C produce cierta caída de tensión y la consiguientepérdida de energía.

Filtro L-C: se suelen utilizar cuando la corriente por la carga es elevada. En este caso,se conecta en serie con el condensador una bobina y es la bobina la que proporciona laresistencia para la constante de tiempo, con la ventaja de que su resistencia es tan bajaque apenas produce caída de tensión en continua, porque solo interviene la de losarrollamientos.

Imagen 30: Filtro L-C.


Filtro en Pi: en este caso se montan dos condensadores en paralelo unidos por unabobina. Es el que mejores resultados da, pero es más voluminoso y costoso que losanteriores.

6. Circuitos amplificadores

El nombre asignado a estos circuitos es suficientemente clarificador, aún así diremos quelos amplificadores son dispositivos que tienen por misión amplificar la señal deentrada, de manera que a la salida del mismo ésta haya aumentado de magnitud.Podemos suponer pues, que una señal débil que llegue a la entrada de un amplificadorserá entregada con las mismas características a la salida pero aumentada.

Si nos preguntamos qué tipo de señal podemos ampliar la respuesta es sencilla:tensiones, intensidades, potencia, tanto en señales continuas como alternas.

La característica principal de un amplificador es la ganancia, que designaremos por la letra A yque relaciona el valor de la señal de salida con el de entrada. Si queremos amplificar el voltajede una señal entonces tendremos que la ganancia será:

Y de la misma manera tendremos la ganancia si amplificamos intensidad o potencia:

Si sustituimos la potencia por su valor entonces podremos poner:

Normalmente se han utilizado los amplificadores para amplificar señales de audio, y puesto

que el oído humano es capaz de percibir señales desde 210-5 Pa (umbral de audibilidad)hasta 100 Pa (umbral del dolor); lo amplío de esta gama de presiones obliga a utilizar unaescala más adecuada, tal es el caso de la logarítmica. Esta escala se expresa en decibel dBen honor al inventor estadounidense Alexander Graham Bell.

Seguramente desde pequeño aprendiste algunos de los inventos que marcaron eldevenir de las sociedades de los siglos pasados y por supuesto el nombre de susinventores. Aunque no es el cometido de este tema me parece de justicia aclarar unacuestión que viene en cierto modo al caso. Que Graham Bell inventó el teléfono es algoque no cuestiona casi nadie; pues bien, aquí te topas con alguien que no está deacuerdo.Te informo que el inventor del teléfono, en realidad debería llamarlo teletrófono, fueAntonio Meucci, y aunque eso hoy en día ya será muy difícil demostrar, Bell pudohaberle robado la patente. El 11 de junio de 2002 el Congreso de los Estados Unidosaprobó la resolución 269 por la que reconoce a Meucci como inventor del teléfono, pesea ser Bell estadounidense y Meucci un inmigrante italiano.Si quieres saber más haz clic en este enlace Antonio Meucci .

Hay otro detalle que debe ser tenido en cuenta cuando se diseñan o usan amplificadores, y noes otro que el hecho de que la respuesta frecuencial sea estable en un intervalo de frecuencias.La respuesta para frecuencias inferiores y superiores será atenuada y se indicará por lafrecuencia de corte inferior y superior.

Imagen 32: Respuesta frecuencial en amplificadores.



El rango o intervalo en los que la ganancia se mantiene constante se conoce como ancho debanda. Como se ve en la gráfica, los límites inferior y superior del ancho de banda vienenmarcados por aquellos puntos en los que la ganancia es inferior a 3 dB.

Calcula el valor de la tensión de salida de un amplificador cuando a la entrada se aplicauna tensión de 150 mV; si la ganancia es de 40 dB.

Repasa el concepto de logaritmo.

Tenemos un amplificador de tensión como el de la figura en el que la ganancia detensión Avo es 120 y un generador de entrada Vg suministra una tensión máxima de

30 mV, siendo su resistencia interna 500 Ω y la resistencia de carga R = 3 kΩ. Si laresistencia de entrada es de 8 kΩ y la de salida de 700 Ω; se desea conocer:

Imagen 33: Amplificador de tensión.


Pulsa sobre la imagen para ampliarla

1. Las tensiones e intensidades de entrada y salida.2. La ganancia de tensión, intensidad y potencia3. El valor de las ganancias expresadas en dB

6.1. Amplificador con transistor

Del tema de "Semiconductores....." recordarás que cuando se habló del transistor se dijo de élque puede funcionar como interruptor y como amplificador. No vamos aquí a volver aextendernos con su funcionamiento, sino que nos vamos a centrar en la última de susaplicaciones, la amplificación; que básicamente consistía en que por medio de una corriente debase muy débil (apenas uno miliamperios) podíamos controlar una corriente mucho mayorentre colector-emisor.

Recuerda que en un transistor había dos relaciones muy significativas:

Beta β de un transistor: relación entre la corriente de colector y de base. En lospolímetros nos la encontramos indicada por las siglas hFE

Esta relación es lo que se conoce como ganancia de un transistor y es la que nosinteresa. Su valor suele rondar 100, aunque puede variar, incluso existentransistores superbeta.

Alfa α de un transistor: es la relación entre la corriente de colector y emisor ysu valor es prácticamente la unidad, ya que Ic≈Ie

Para explicar la función amplificadora de un transistor vamos a tomar como ejemplo untransistor PNP en montaje emisor común, tal y como indica la figura. En principio noconsideraremos el generador de señal alterna y procederemos a determinar la recta decarga del transistor.

Imagen 34: Transistor PNP en emisor común con señal alterna en la entrada.


Podemos representar en una gráfica las corrientes de base Ib sobre unos ejes coordenados

en los que el eje de abscisas representa las tensiones C-E y el eje de ordenadas la corrientede colector Ic. Esta gráfica representa varias zonas claramente diferenciadas: la zona de

corte (área amarilla en la imagen), donde no se alcanza una tensión base-emisor suficientey el transistor se comporta como un circuito abierto y la zona de saturación (área azul enla imagen), en la que la tensión colector -emisor es cero y la corriente de colector máxima,aquí el transistor se comporta como un cortocircuito. El resto es lo que se conoce como zonaactiva o lineal, por ser este el comportamiento del transistor, es decir es la zona en la queel transistor amplifica, siendo controlado por la intensidad de la base.

Imagen 35: Curvas características de salida en transistor PNP.


6.2. El amplificador operacional

El amplificador operacional (AO) es un circuito amplificador de ganancia muy elevada,que está basado en una serie de etapas con transistores integradas en un mismoencapsulado.

Su nombre se deriva de la época en la que se usaban como circuitos de cálculoanalógico, anterior al desarrollo de las técnicas digitales. El AO podía operar convalores de tensión analógicos para dar lugar a operaciones de cálculo.

En la actualidad tienen dos grandes campos de aplicación:Circuitos para el procesamiento de señales analógicas: amplificación, filtrado,

comparadores, etc.Circuitos osciladores y temporizadores.

El AO más común es conocido como 741. Su símbolo viene indicado en la imagen:

Imagen 37: Símbolo de un amplificador operacional.


En un AO se distinguen las siguientes conexiones:

V+: es la entrada no inversora.

V-: es la entrada inversora.

Vout: aquí obtenemos la tensión de salida.

Vs+: es la alimentación positiva.

Vs-: es la alimentación negativa.

Estos dispositivos necesitan para su funcionamiento ser alimentados con dos tensiones, porlo que hacen necesario que la fuente de alimentación sea simétrica.

La identificación de las patillas según los encapsulados es la siguiente:

Imagen 38: AO 741 encapsulado MINI-DIP.


Imagen 39: AO 741 encapsulado metálico.


Existen otros tipos de encapsulados, pero su estudio queda fuera de los objetivospretendidos con este tema.

Antes de continuar con el funcionamiento del AO vamos a mostrar los componentes internosque lo forman y la complejidad del mismo, quedando patente por qué se le denomina circuitointegrado.

7. Circuitos osciladores

Para terminar este tema hablaremos de los osciladores. Antes de entrar en materia puede serinteresante exponer algunas de las utilidades de estos circuitos, así como de cual es sufuncionamiento básico.

Los circuitos osciladores son aquellos circuitos capaces de convertir la energía eléctricade corriente continua en corriente alterna de una determinada frecuencia. Son muynumerosas sus utilidades: generadores de frecuencia de radio y televisión, generadoresde barrido en tubos de rayos catódicos, osciladores locales en los receptores (telefoníamóvil, sistemas digitales de alta velocidad, transmisiones vía satélite) y en general entodos los sistemas de telecomunicaciones y navegación tanto analógicos como digitales.

Como ves sus aplicaciones son muchas y hoy en día muy importantes, así pues, comencemos.

La manera más sencilla de entender un circuito oscilador es a partir de un circuito LC, es decirun circuito con una bobina y un condensador en paralelo alimentado por una pila.

Imagen 45: Circuito oscilante LC.


Como puedes deducir, en la posición que indica la figura superior, la corriente pasará por elcondensador hasta que se complete su carga. Llegado este punto actuamos sobre elconmutador cambiando su posición (imagen inferior), por lo que el condensador sedescargará sobre la bobina. A medida que comienza la descarga sobre la bobina en esta seproducirá una tensión por efecto de la autoinducción, opuesta a la causa que la origina y amedida que ésta va aumentando la corriente que la recorre irá disminuyendo.



Llegará un momento en que al descargarse el condensador comenzará la descarga de labobina sobre aquel, pues el conmutador sigue en la posición que lo habíamos dejado.



Una vez finalizada la carga del condensador, la tensión en la bobina habrá desaparecido,momento en que comenzará un nuevo ciclo de descarga del condensador sobre la bobina.

Si tratamos de representar como han ido cambiando los valores de la corriente por elcircuito y cómo han evolucionado las tensiones en condensador y bobina observaremos que:

La corriente ha ido oscilando del condensador a la bobina hasta anularse y viceversa, de labobina al condensador. Lo mismo ha ocurrido con las tensiones en C y L, con la particularidadya conocida de que existe un desfase entre la corriente y la tensión, de manera que la tensiónen el condensador va retrasada con respecto a la intensidad y en la bobina la tensión seadelanta con respecto a la corriente, tal y como queda reflejado en la representación vectorialde la imagen superior. Es evidente pues que estamos ante una oscilación eléctrica y de ahí elnombre a estos circuitos.

No hemos dicho al principio de nuestra exposición que lo que hemos analizado se trata de uncircuito ideal, de modo que la bobina carece de resistencia óhmmica; esto en la práctica noocurre, pues por pequeño que sea, su valor resistivo está ahí y eso supone que en cada ciclo decarga y descarga del condensador parte de la energía eléctrica se disipa en forma de calor, porlo que la tensión va disminuyendo paulatinamente, amortiguando el efecto descrito; tal y comopuede apreciarse en la imagen inferior. De otra manera significaría que con una sola carga denuestro condensador, conseguiríamos un ciclo perpetuo entre los dos elementos y eso esimposible. De hecho, para que el ciclo se repita permanentemente necesitamos el aporteconstante de una fuente de alimentación que compense las pérdidas de energía de la bobina.

Imagen 49: Amortiguación de la onda senoidal en un circuito oscilante LC.


Si queremos conocer la frecuencia de oscilación del circuito que acabamos de describir en elque la resistencia óhmmica es nula tenemos que recordar el concepto de resonancia.

Decimos que un circuito es resonante cuando la corriente que circula por él esmáxima. Eso sucederá cuando R = 0 y por lo tanto XL = XC con lo cual una anula a la

otra. De aquí deducíamos:

Vemos pues como la frecuencia de resonancia depende directamente de la inducciónde la bobina en Henrios y de la capacidad del condensador en Faradios, para obtenerHertz.

Se puede pensar que el concepto de resonancia va ligado únicamente a los circuitos eléctricos ynada más lejos de la realidad. Cualquier material capaz de vibrar genera una frecuencia deoscilación y por lo tanto se puede manifestar en él el efecto de resonancia. Una cuerda de uninstrumento o cualquier tipo de material. Quizá el caso más famoso sea el derrumbamiento delpuente Tacoma; observa y di si no es increíble.

Video 2: Puente sobre el río Tacoma

Fuente: Youtube

Determinar la frecuencia de resonancia de un circuito LC formado por una bobina de 50mH y un condensador de 47 µF y una resistencia de 80 Ω. Si el circuito es alimentadocon una tensión de 100 V eficaces, calcular la tensión de resonancia, así como la tensiónaplicada en la bobina y el condensador.

Repasa el concepto de resonancia, inductancia y capacitancia.

7.1 Circuitos osciladores más utilizados

Hoy en día los circuitos osciladores se montan con componentes electrónicos a base detransistores o amplificadores operacionales pues un circuito oscilante no es más que unamplificador con realimentación positiva, ya que si al circuito oscilante le colocamos unamplificador que amplifique la señal amortiguada reintroduciéndola a la entrada positivamente,estaremos reponiendo la parte de la señal que se pierde en cada ciclo.

Algunos de los osciladores más utilizados son:Oscilador MeissnerOscilador HartleyOscilador ColpitisOscilador PierceOscilador Vackar

Dado que lo que pretendemos exponer es el concepto de oscilación y este ha quedado aclaradomás arriba, solamente vamos a explicar aquí, de forma breve, el funcionamiento del osciladorMeissner.

Imagen 50: Oscilador Meissner transistorizado.


La imagen superior muestra el circuito correspondiente a un oscilador Meissner; cuando elcondensador variable se descarga sobre el primario del transformador, cuyo comienzo debobina ha sido indicado con un punto, en éste comienza a generarse una tensión y por lo tantotambién se producirá tensión en el secundario. Puesto que esta tensión es alterna, como yavimos en el ciclo de oscilación, también será alterna la tensión producida en L2, de manera que

por tratarse de un transistor PNP, cuando la base tenga polaridad negativa y el emisor positiva,se establecerá paso de corriente entre emisor y colector y se cargará el condensador C, cuandoel sentido de la corriente cambia en L2 ahora deja de pasar corriente entre emisor y colector,repitiéndose el ciclo. El condensador variable permite cambiar la frecuencia de oscilación.

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