TEMA I. Teoría de Circuitos

Transcripción

1 TEMA I Teoría de Circuitos Electrónica II Teoría de Circuitos 1.1 Introducción. 1.2 Elementos básicos 1.3 Leyes de Kirchhoff. 1.4 Métodos de análisis: mallas y nodos. 1.5 Teoremas de circuitos: Thévenin y Norton. 1.6 Fuentes reales. 1.7 Condensadores e inductores. 1.8 Respuesta en frecuencia. 2 1

2 1.6 Fuentes reales Fuentes no ideales. Fuentes. Usos de las fuentes. 3 Fuente de voltaje no ideal Una fuente real de voltaje tiene una resistencia interna que limita la tensión que puede suministrar Si la resistencia de carga es mucho mayor que la resistencia interna la fuente real se aproxima a una fuente ideal 4 2

3 Fuente de voltaje no ideal Si la resistencia de carga es nula (tenemos un cortocircuito) la fuente real suministra su intensidad máxima 5 Fuente de corriente no ideal Una fuente real de corriente tiene una resistencia interna en paralelo (divisor de corriente) que limita la corriente que puede suministrar. La corriente que se suministra a la resistencia de carga depende del valor de la resistencia interna A mayor resistencia interna, mayor corriente suministrada 6 3

4 Fuente de corriente no ideal Aplicamos KVL y KCL La fuente real se aproxima a la ideal 7 Fuente de corriente no ideal Si el circuito está abierto, la resistencia de carga es infinita, y por tanto el potencial máximo que puede suministrar la fuente es: 8 4

5 Repaso - Teorema de Thévennin Un circuito formado por fuentes (in o ) y resistencias puede ser sustituido por una fuente de voltaje independiente en serie con una resistencia Esta combinación es equivalente al circuito original y es válida para cualquier valor de la resistencia de carga 9 Repaso - Teorema de Norton cortocircuito La intensidad de Norton es la intensidad cuando cortocircuitamos los terminales de entrada Podemos ver que hay una relación clara entre los circuitos equivalentes de Thévenin y de Norton Si cogemos como resistencia de Norton la resistencia de Thévenin, y como intensidad de Norton el voltaje en circuito abierto partido por la resistencia de Thévenin Ambos circuitos son equivalentes e intercambiables 10 5

6 Fuentes Caja negra representa circuito entrada Caja negra representa circuito salida Una fuente es una fuente cuyo valor depende de otra variable del circuito: Fuente de corriente dependiente di del potencial v1. El potencial v1 viene dado por un circuito de entrada. Produce una intensidad i = gv1. Donde g es una constante con las unidades A/ V. Así la corriente que fluye por el circuito de salida depende del voltaje que proporciona el circuito de entrada 11 Fuentes Fuente de voltaje controlada por voltaje Fuente de voltaje controlada por corriente Fuente de corriente controlada por voltaje Fuente de corriente controlada por corriente 12 6

7 Fuentes Las fuentes lineales no suponen ninguna complicación extra a lo ya estudiado hasta ahora Tan solo imponen restricciones en la solución Podemos aplicar las leyes de Kirchhoff y los métodos de nodos y mallas como hemos venido haciendo 13 Fuentes. Ejemplo 1 s ganancia Combinando las dos ecuaciones Vemos que el voltaje de salida vc depende de la corriente que Fuente proporciona El circuito de corriente el de circuito la izquierda controlada de entrada, es por un ib divisor corriente: de corriente determinar El El circuito completo el voltaje de la derecha se vcomporta es una como fuente un amplificador de corriente cuya ganancia depende del valor de las resistencias y del parámetro beta 14 7

8 Fuentes. Ejemplo 2 KCL en el nodo 1 KCL en el nodo 2 Ahora tenemos una fuente de voltaje controlada por voltaje Aplicando el análisis por el método de los voltajes en los nodos 15 Fuentes. Ejemplo 2 R1 = 1 R2 = 2 R3 = 5 Solución 1+0,5 0,5 v1 Is+Vs v2 0,5-05-0,2 0 v1 = 0,53(Is+Vs) v2 = 0,38(Is+Vs) Forma matricial 16 8

9 Fuentes. Ejemplo 2 Solución v1 = 0,53(Is+Vs) Ahora incluimos las restricciones impuestas por las fuentes v2 = 0,38(Is+Vs) v1 = 2,2Is 2Is v2 = 1,58Is 17 Fuentes. Método de superposición La única diferencia es que las fuentes no se suprimen En el siguiente ejemplo queremos saber el voltaje v Primero suprimimos la fuente de voltaje: Luego suprimimos la fuente de corriente: 18 9

10 Fuentes. Método de superposición 19 Fuentes. Superposición. Ejemplo 2 Ahora tenemos dos fuentes de corriente controladas por voltaje Queremos saber el voltaje de salida v0 Procedemos del mismo modo calculamos los valores del circuito suprimiendo cada una de las fuentes alternativamente 20 10

11 Fuentes. Superposición. Ejemplo 2 V2 es nula 21 Fuentes. Superposición. Ejemplo 2 V1 es nula 22 11

12 Fuentes. Superposición. Ejemplo 2 23 Equivalente de Thévennin/ Norton nulas Esta cortocircuitada Cálculo de la resistencia de Thévennin. Circuito abierto: Supresión de las fuentes in, dejando las fuentes Calculemos el circuito equivalente de Thévenin que ve la resistencia R

13 Equivalente de Thévennin/ Norton Cálculo del voltaje de Thévennin (voltaje en circuito abierto) Podemos emplear cualquiera de los métodos estudiados Vamos a hacerlo por superposición 25 Equivalente de Thévennin/ Norton Suprimiendo Vs2 anula la fuente de corriente dependiente 26 13

14 Equivalente de Thévennin/ Norton Suprimiendo Vs1 anula la fuente de voltaje dependiente 27 Equivalente de Thévennin/ Norton 28 14

15 Equivalente de Thévennin/ Norton 29 Aplicaciones de las fuentes Las fuentes permiten Realizar un intercambio entre corriente y voltaje Cambio de resistencia Optimización de la entrada y la salida de un circuito de forma independiente 30 15

16 Aplicaciones de las fuentes Esquema general de un circuito con fuente dependiente. A la izquierda tenemos el equivalente de Thévennin de la entrada. El voltaje Vin se mide utilizando la resistencia Rin (es deseable que Rin>>Rs) A la derecha tenemos el equivalente de Thévennin del circuito que nos da la salida en la resistencia de carga (igualmente es deseable que Rout<<RL) Thévennin equivalente fuente entrada Thévennin equivalente fuente salida 31 Aplicaciones de las fuentes Amplificador Medida Carga Dependiendo de la elección de las resistencias y del parámetro A podemos construir un amplificador que recoge el voltaje de entrada y lo amplifica sobre RL 32 16

17 Cambio de resistencia Potencia de entrada Potencia de salida Thévenin Si tenemos una resistencia de entrada alta y una resistencia de medida equivalente salida baja estamos suministrando fuente una salida ganancia de Potencia Aquí tenemos un amplificador con el parámetro A =1 (ganancia de voltaje unitaria) Relación entre las potencias: 33 Decibelios El decibelio se usa para expresar la relación entre dos magnitudes, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia. Aquí lo vamos a usar para medir el ratio de ganancia entre la potencia del circuito de entrada y la potencia del circuito de salida El decibelio es 10 veces el logaritmo decimal de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia 34 17

18 Decibelios Amplificador Para un amplificador como el de la figura, la ganancia también se puede expresar en términos de la relación entre los voltajes o las corrientes: Si R1 =R2 35 Usos de las fuentes Tres condiciones para este amplificador La resistencia de entrada es muy grande (del orden de miles de ohmios) La resistencia de salida es muy pequeña (del orden de ohmios) El parámetro A es muy grande (típico del orden de ) En conjunto esto significa que el amplificador tiene una alta ganancia, puede transferir potencia y que la etapa de entrada esta aislada de la salida y no tiene influencia sobre ella

19 Usos de las fuentes Tenemos una fuente de voltaje controlada por voltaje En la práctica estos dispositivos tiene una ganancia grande pero imprecisa que se ve fácilmente afectada por factores ambientales Necesitamos rediseñar el circuito para que no se vea afectado por los cambios en A Esto lo conseguimos realimentando la señal de salida en la entrada 37 Usos de las fuentes La realimentación nos da una ganancia más precisa (y más pequeña) y un circuito global más estable

20 Usos de las fuentes Realimentación negativa Muestrea la salida y se lleva al terminal negativo de la entrada 39 Usos de las fuentes Divisor de tensión La realimentación nos da una ganancia más precisa (y más pequeña) y un circuito global más estable 40 20

21 Usos de las fuentes Relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada 41 Usos de las fuentes Ganancia en voltaje del circuito Como A es muy grande Gracias a la realimentación La ganancia en voltaje del amplificador no depende de la ganancia del dispositivo 42 21

22 Amplificador operacional El amplificador operacional es una fuente dependiente de voltaje controlada por voltaje 43 Usos de las fuentes El valor de esta resistencia es muy grande La corriente por esta rama del circuito es prácticamente nula 44 22

23 Usos de las fuentes La corriente de salida no depende del valor de la resistencia de realimentación (Rf) La corriente de salida está determinada solo o por la resistencia ste R y el voltaje de entrada Así que lo que tenemos aquí es un circuito capaz de darnos una cantidad determinada de corriente Una fuente de corriente 45 Fuente de corriente Fuente de corriente 46 23