Cap a la realització de fonts dependents (10/03/2016)

Al final de l’última classe, després d’aplicar l’anàlisi sistemàtic en la resolució d’un circuit, ens vam adonar que aquell circuit concret que incloïa una font controlada de tensió era capaç quan la k (valor de la font controlada =k·V) valia 3 de generar una sinusoide a partir d’una entrada de tensió nul·la. Aquest fet és realment interessant ja que ens proporciona una ona constant sense necessitat d’alimentació i ens hem adonat que era important per tant saber com fer una font controlada. Amb aquest objectiu ens desviem lleugerament de la línia del curs per iniciar un tema que anomenarem: “CAP A LA REALITZACIÓ DE FONTS CONTROLADES”.

El dispositiu que primer estudiarem és el que anomenem amplificador operacional.

Els models més populars d’aquest dispositiu, que es fabrica com un circuit integrat en una petita pastilla negra, rectangular, de dimensions aproximadament 0,5cm x 1,0 cm són el TL081 i el LF358.

LF358

Per estudiar el seu comportament, enlloc d’estudiar-lo component a component que ens dificultaria i allargaria molt la feina, ho farem mitjançant l’enfocament de caixa negra, és a dir, no tenint en compte el que té dins sinó analitzant el seu comportament a partir d’un experiment del qual en podem extreure les següents conclusions:

• Els terminals d’entrada estan en circuit obert, no hi circula corrent.
• La tensió a la sortida (Vo) és independent del corrent que s’extreu del terminal de sortida, com es comprova si canviem la resistència de la seva branca, ja que Vo no varia amb el canvi de resistència. Això implica que Vo només depèn dels terminals d’entrada i es comporta com una font ideal de tensió.  Ara bé, el resistor de la branca de Vo no pot tenir un valor inferior a 500Ω, ja que el corrent que circuli per aquella branca ha de ser inferior a 30mA, en cas contrari, per evitar danyar el dispositiu, es desconnecta automàticament el terminal de sortida.

El coneixement sobre el seu comportament ens permet elaborar un model circuital pel qual podrà ser substituït l’amplificador per realitzar-ne l’anàlisi, però en aquest cas existeixen 2 models:

MODEL A: La seva zona de validesa és aquella que compleix que (v⁺-v^-)>Vcc/Ao [Ao=amplificació] i en aquest cas Vo=Vcc·Sgn(v⁺-v^-), és a dir, la Vo serà Vcc quan V+ sigui més gran que V- i -Vcc quan sigui més petita. Conseqüentment, no podem parlar d’amplificador, sinó més aviat de comparador, ja que ens permetrà comparar V+ i V-.

MODEL B: La seva zona de validesa és la conjugada de la del model anterior, és a dir quan la distància V+ - V- és molt petita, tan petita que fa molt difícil aquest funcionament. En aquest cas la relació Vg/Vo és lineal i si que amplifica, amplifica moltíssim, tant que la tensió de sortida acostuma a ser 10⁵ vegades la tensió d’entrada (Vo=10⁵·(v⁺-v^-)).

IDEA PER ANALITZAR CIRCUITS AMB AMPLIFICADORS OPERACIONALS:

A partir d’ara, ja coneixedors del comportament d’un A.O. quan n’haguem d’analitzar un podrem fer-ho de manera molt simple:

1. Substituïm l’A.O pel seu model.
2. Fem un anàlisi aïllat, mitjançant el mètode sistemàtic, del circuit deixant de banda l’amplificador, per trobar V+ i V-.
3. A partir de V+ i V-  i aplicant el model corresponent en cada cas obtenim Vo.

Per posar en pràctica aquesta forma de resolució, hem analitzat uns quants A.O.s i aquest anàlisi ens ha permès introduir el nou concepte de cicle de treball= temps a nivell alt de voltatge/període.

Els amplificadors en la major part de casos ens permeten convertir una ona sinusoïdal en una ona quadrada de la mateixa freqüència, però no ho fan sempre de manera síncrona. Quan tota la tensió d’entrada ve donada per V+, quan aquesta sigui positiva, la ona quadrada tindrà valor positiu i quan sigui negativa, negatiu, amb un percentatge en cada cas del 50%, però sovint, la V- introdueix un voltatge continu, que el que fa és crear un llindar de comparació, és a dir, el canvi de polaritat de l’ona ja no es dóna en el mateix punt que el de la sinusoide, sinó que es produeix en el moment en que la diferència canvia de signe, i això modifica en temps de treball.

I si permetéssim que l’usuari pogués triar aquest llindar de comparació? Amb aquesta funció apareixen els potenciòmetres, uns dispositius que ens proporcionen una resistència ajustable i que permetran que l’usuari pugui decidir on col·locar aquest llindar. El model d'aquests dispositius és el següent: 

R1=$R i R2=(1-$)R i llavors en funció d'on es situa el cursor varia la resistència que presenta el potenciòmetre. 

Una altra funció dels potenciòmetres és que permeten aconseguir resistències que no estan disponibles a nivell comercial. Si comprem un potenciòmetre d’un valor lleugerament superior a la resistència que volem obtenir i situem el cursor al valor desitjat, curtcircuitant el node restant, obtindrem la resistència que vulguem.