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6-4Procesos_de_señales_electricas_con_amplificadores_operacionales-1

UTN REG. SANTA FE –

UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA I – ING. ELECTRICA I 6-4-Apéndice 4: Procesos de señales eléctricas con amplificadores operacionales -------------------------------------------------------------------------------------------------------- El PUT es un dispositivo de tres terminales que actúa como un interruptor sensible al voltaje. La corriente circula solamente desde el ánodo positivo (A) hacia el cátodo negativo (K). En general, estos terminales del PUT actúan como un circuito abierto. Cuando el voltaje entre estos terminales alcanza un valor denominado “Vp”, estos terminales actúan prácticamente como un cortocircuito. El voltaje “Vp” se determina aplicando un voltaje (respecto al cátodo) prácticamente igual sobre un tercer terminal de PUT, denominado compuerta (G). Una vez producido el cortocircuito éste se mantiene de manera independiente del terminal de compuerta, hasta que la corriente del ánodo cae por debajo de un valor “mínimo de mantenimiento”, denominada “I H ” (2 a 3 mA). A partir de esta situación los terminales de ánodo y cátodo actúan abruptamente como un circuito abierto. El voltaje “Vp” se puede controlar mediante una fuente de voltaje variable, como por ejemplo un divisor resistivo con potenciómetro. El generador de onda diente de sierra presentado, funciona de la siguiente manera: La fuente Vi carga con corriente constante, a través de R al capacitor C, mientras el PUT se mantiene en circuito abierto. Esto hace que Vo se incremente en forma lineal (rampa en subida). Cuando el voltaje del capacitor, y por lo tanto el voltaje ánodo –cátodo del PUT, supere en unas décimas al voltaje Vp, aplicado en la compuerta “G”, el PUT pasa a la fase de cortocircuito descargando al capacitor hasta el voltaje V F ≈ 1Volt. Cuando esta corriente de descarga se hace menor a la de “mínima de mantenimiento I H ” el PUT pasa a la fase de circuito abierto, permitiendo nuevamente la carga del capacitor, repitiéndose el ciclo y generando la onda de diente de sierra en Vo. Para calcular el periodo de repetición de esta onda diente de tenemos que tener en cuenta que la carga del capacitor se repite desde V F hasta Vp. (Vp- V F )= (Vi/R.C) .T T = (Vp- V F )/ (Vi/R.C) = (6 V – 1 V)/ (1 V/ 100x10 3 Ω . 0,1x10 -6 F) = 5x10 -2 seg T = 5x10 -2 seg = 50 mseg La frecuencia de la onda diente de sierra vale: f = 1/T = (Vi/R.C) /(Vp- V F )= 1/50 mseg = 20 Hz. Introducción a los osciladores de onda senoidal Los osciladores, son circuitos que producen tensiones eléctricas alternas, con una determinada frecuencia (o periodo). Los osciladores son en general “autosuficientes”, significando ello que no requieren de señal externa para oscilar. Lo esencial de todo circuito oscilador, es contar con un elemento que sea capaz de almacenar energía eléctrica (a través de un campo magnético o eléctrico). De allí la necesidad de contar con inductancias y condensadores, como así también de elementos almacenadores mecánicos como son los cristales piezoeléctricos y materiales cerámicos. El esquema en bloque de un oscilador senoidal con realimentación externa es el siguiente: + Vi - Amplificador activo con ganancia “A” + Vo - + Vf - Red de realimentación pasiva con factor de transferencia “β” + Vo - ___________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli 92

UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA I – ING. ELECTRICA I 6-4-Apéndice 4: Procesos de señales eléctricas con amplificadores operacionales -------------------------------------------------------------------------------------------------------- El oscilador con realimentación externa, se lo puede considerar como un amplificador realimentado positivamente. Para obtener un voltaje de salida “Vo” en el amplificador activo, mediante una red pasiva de realimentación se genera el voltaje de entrada “Vi” Para que las oscilaciones se produzcan, se debe cumplir con el “criterio de oscilación de Barkhausen, que dice: Si un amplificador funciona en su zona lineal y la red de realimentación presenta elementos reactivos (capacitores e inductancias), la única onda periódica que podrá mantener su forma es la senoidal. Para que una onda senoidal cumpla la condición Vf= Vi, equivale a la condición de que la amplitud, frecuencia y fase sean idénticas. Teniendo en cuenta estas condiciones, podemos establecer las siguientes condiciones de oscilación: a) La frecuencia a la cual funcionara un oscilador senoidal, será aquella en que el “defasaje total” introducido a la señal que ingresa por la entrada del amplificador y se transmite por la red de realimentación, retornando nuevamente a su entrada, debe ser “cero” o múltiplo de dos pi (2Л). Dicho de otra forma mas simple, la frecuencia de un oscilador senoidal, esta determinada por la condición de que el defasaje del lazo, sea cero. b) Las oscilaciones no se sostendrán, si a la frecuencia del oscilador, la magnitud del producto de la ganancia de transferencia del amplificador, por el factor de realimentación de la red (ganancia de lazo) |β.A| sea menor a la unidad. Consideraciones practicas: De acuerdo a las consideraciones anteriores, la amplitud de la ganancia de lazo debe ser igual a la unidad. La ganancia “A” del amplificador activo es un valor mayor a la unidad, siendo la red “β” un valor menor a la unidad, es decir es una red pasivo que produce atenuación. Para que se verifiquen las oscilaciones se debe cumplir: │Vf│= │Aβ│.│Vi│= │Vi│, significando esto que │Aβ│= 1. Esto es prácticamente imposible de realizar y poco conveniente, porque debido a los cambios en el amplificador (variación de la ganancia por tensión, temperatura, etc.) puede disminuir y si se cumple |β.A|

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