Alfredo José Constaín Aragón - Electrónica análoga

B. Según el objetivo:

El diseño análogo puede ser clasificado según su objetivo o su propia idiosincrasia en las siguientes familias de circuitos:

Circuitos de procesamiento de señal

Circuitos de acondicionamiento de señal

Circuitos amplificadores

Circuitos generadores de señal

Circuitos especiales

Los circuitos de procesamiento de señal son circuitos que analizan, enrutan, rectifican, muestrean y, en general, modifican la forma de una señal de entrada. Comprenden:

Diodos de precisión

Recortadores

Restauradores

Rectificadores

Detectores de pico

Muestreo y mantenimiento

Limitadores

Puentes

Modificadores de signo

Multiplexadores

Valor absoluto

Circuitos de procesamiento térmico

Los circuitos de acondicionamiento de señal son circuitos que alteran las relaciones de una señal de entrada con respecto al tiempo, comprenden:

Integradores

Diferenciadores

Logarítmicos

Multiplicadores y Divisores

Fuentes de voltaje

Fuentes de corriente

Técnicas de flotamiento

Filtros activos

Los circuitos amplificadores son circuitos que magnifican de manera controlada una señal de entrada, comprenden:

Básicos

Especiales

Técnicas de aislamiento y guarda

Técnicas de Autoelevamiento (Bootstrapping)

Mejoramiento de salida (Output boosting)

Los circuitos generadores de señal son circuitos que, a partir de un voltaje directo, producen ondas de diversa característica, comprenden:

Onda senoidal

Onda cuadrada

Onda triangular

Onda rampa

Osciladores especiales

Moduladores

Se denomina “Interface” (Interfacing) a la técnica que permite interconectar etapas en un diseño análogo sin que haya pérdidas de voltaje apreciables, o por lo menos estas pueden ser calculadas en avance. Para establecer un cálculo apropiado de las pedidas por interface, se deben plantear criterios de “resistencia de entrada” compatibles con el valor de la Ganancia de voltaje esperada{7} (Figura 1.14).

La Ganancia de voltaje es la “figura de mérito” más importante de un circuito análogo, pues mide la proporción en la cual una señal de entrada será magnificada a la salida:

Tradicionalmente, se le da igual importancia a la Ganancia de voltaje y a la Ganancia de corriente:

Sin embargo, dado que los transistores bipolares (BJT) son especialmente sensibles a la corriente de mando, se prefiere mantener baja a priori la Ganancia de corriente, y jugar con valores convenientes (a veces altos) de la Ganancia de voltaje{8}.

Un parámetro importante es el llamado “barrido” u oscilación (Voltaje pico a pico) de la señal en entrada y salida. En los diseños análogos es un dato importante puesto que, en la salida, las condiciones de la resistencia de utilización establecerá una demanda dada de “barrido” (de acuerdo con la potencia que se vaya a manejar), por eso la forma de considerar como se “empaqueta” ese barrido será un concepto útil en los diseños que realicen los ingenieros del campo de la electrónica (Figura 1.15).

En general, los procedimientos de interface deben ser cuidadosamente estudiados, ya que ellos pueden derivar en esquemas complejos, que deben evitarse. Es muy importante recordar que un buen diseño se basa antes que nada sobre el concepto de suficiencia, menor costo, mayor simplicidad y optimización de los montajes.

Un tema importante en el estudio de circuitos eléctricos es el de los manantiales de potencia eléctrica, básicos en el diseño elemental de los circuitos electrónicos. Para facilitar su comprensión y análisis se acude a los teoremas básicos de redes para estas fuentes: Fuentes de voltaje (Thevenin) y Fuentes de corriente (Norton).

1.1.7.1 Fuente de voltaje

Son manantiales de energía eléctrica que suministran como señal útil un voltaje, es decir, que su definición sea independiente del valor de la resistencia de carga (Figura 1.16).

Para que el voltaje vs pueda ser impreso en RL sin que importe el valor de esta carga, es necesario que rs<

Desde el punto de vista circuital es conveniente representar la fuente por un esquema Thevenin, ya que este modelo usa un manantial de voltaje. Debe notarse, sin embargo, que dicho teorema permite representar también casos en los que por el contrario rs>>RL, en cuyo caso el voltaje sobre la carga no será independiente de rs.

1.1.7.2 Fuente de corriente

Son manantiales de energía eléctrica que suministran como señal útil un voltaje, es decir que su definición sea independiente del valor de la resistencia de carga (Figura 1.17).

Para que la corriente is(t) pueda ser impresa en RL sin que importe el valor de esta carga, es necesario que rs> >RL. Esto se puede ver matemáticamente mediante el siguiente divisor de corriente, en el que la corriente iRL sobre RL es independiente de rs:

Desde el punto de vista circuital es conveniente representar la fuente por un esquema Norton, ya que este modelo usa un manantial de Corriente. Debe notarse, sin embargo, que dicho teorema permite representar también casos en los que por el contrario rs<

Esto nos lleva a postular una proposición que es sencilla pero que su cabal compresión ahorra muchos problemas en la práctica del diseño electrónico:

Las fuentes de corriente estrictamente no existen{9}, son en realidad fuentes de voltaje de alta resistencia.

La gran mayoría de circuitos comienzan en un transductor (que traduce un tipo de energía en otro, normalmente en energía eléctrica u óptica para el caso de la instrumentación electrónica) y terminan en una carga (Figura 1.18).

El transductor es el dispositivo que genera una señal de entrada y se puede modelar como una fuente de voltaje de baja impedancia o una fuente de voltaje de alta impedancia (generador de corriente). Sea como fuere, la característica más importante de un transductor es su “fuerza inherente”, o sea, si es “fuerte” o si por el contrario es “débil”. Esta cualidad se mide en el voltaje del transductor. Normalmente, un transductor débil puede estar entregando micro voltios, mientras que un transductor fuerte puede entregar mili voltios o incluso voltios. Si un transductor es inherentemente débil, es conveniente plantear un esquema de acoplamiento de resistencias{10} entre la del transductor, rs, y la del amplificador, Ri.