Alfredo José Constaín Aragón - Electrónica análoga

Una parte importante del diseño de un equipo electrónico es el limitar a un mínimo prefijado el porcentaje de sus tres distorsiones.

Se tiene un cuadripolo (circuito de dos entradas y dos salidas) que en general se debe polarizar (suministrar un voltaje continuo o DC) y luego, mediante la modulación de estas condiciones, obtener un manejo (puede ser amplificación, por ejemplo) de la señal (Figura 1.25). Un circuito electrónico se compone de elementos pasivos (que no amplifican pero que actúan sobre las señales) y elementos activos (que amplifican). Ejemplo de los primeros son las resistencias y los capacitares, ejemplo de los segundos son los transistores y los operacionales.

La polarización es un voltaje constante (en general regulado, o sea, de gran constancia) mientras que la señal es una variación de esta polarización. Las señales son útiles porque pueden llevar información. Debido a la capacidad de manejar información es que la electrónica es extremadamente útil en la vida moderna. Los circuitos electrónicos son o análogos{14} o digitales. Los circuitos análogos manejan señales tal y como aparecen físicamente, de manera continua y sin ninguna codificación. Los circuitos digitales codifican las señales y no operan con ellas al nivel físico. La tendencia actual es digitalizar al máximo los circuitos con el fin de manejar la información desde un punto de vista más abstracto, pero siempre habrá una parte análoga que no se podrá cambiar. En los circuitos digitales el concepto de amplificación de voltaje prácticamente no se usa{15}.

Los parámetros básicos de los cuadripolos como el mostrado en la Figura 1.25 son sus voltajes de entrada y salida, sus corrientes de entrada y salida, y su resistencia de entrada y salida. En ciertos diseños se deberán diseñar por aparte dos cuadripolos (circuitos) los que deberán ser luego acoplados. Las consideraciones de acople de dos circuitos previos se llama “interface”. Los criterios para obtener un interface adecuado se darán más adelante, cuando se diseñen etapas de transistores (Figura 1.26).

Al manejar elementos simbólicos (Códigos){16} un circuito digital puede almacenar y procesar en tiempos diferentes las informaciones. Un circuito análogo no puede realizar fácilmente estas dos funciones, ya que el concepto de “memoria” es muy difícil de implementar en sistemas continuos. El procesamiento análogo, por otro lado, se realiza actualmente con integrados Amplificadores Operacionales, pero no es una técnica que pueda acoplarse a los sistemas digitales. Se prefiere, entonces, limitar a un mínimo las funciones análogas y las manipulaciones de las señales realizarlas en formato digital (Figura 1.27).

La realimentación es tomar una señal de la salida y regresarla a la entrada a través de un circuito (Figura 1.28).

El circuito básico esta compuesto por un amplificador, o sea un bloque electrónico que aumenta las señales desde la entrada a la salida. El circuito de realimentación normalmente es un atenuador de precisión{17} con el fin de ajustar adecuadamente el grado de realimentación.

Un circuito realimentado puede ser negativo si la fase{18} (informa sobre el momento de repetición de una onda periódica, esta se repite cada 360 grados) de la señal es contraria a la de salida. La fase de una señal desde la entrada a la salida puede entonces variar desde cero hasta 360 grados, dependiendo de la naturaleza de los circuitos en cuanto a su dependencia de la frecuencia (Figura 1.29). Un circuito realimentado puede ser positivo si la fase de la señal es la misma de la salida. En el primer caso, el circuito disminuye el grado de irregularidad de la señal, en el segundo caso lo aumenta{19} (Figuras 1.30 a y b).

Realimentación negativa

Realimentación positiva

Realimentación negativa

Realimentación positiva

El efecto corrector de la realimentación negativa se utiliza ampliamente para corregir alinealidades y otras distorsiones y desviaciones en los circuitos electrónicos, ya que la señal devuelta resta (corrige) la onda (señal) de manera proporcional a la desviación. La realimentación positiva, por el contrario, acentúa estas disparidades y se utiliza ampliamente también para acelerar los cambios. Una realimentación negativa corrige, mientras que una realimentación positiva crea condiciones de inestabilidad. Muchas veces se requiere lo primero, y algunas veces lo segundo.

Se detallará aquí la técnica de diseño y análisis más importante de la electrónica analógica, toda vez que su aplicación permite desarrollar plenamente el concepto de estabilidad y predictibilidad, y por ende hacer posible el enfoque hacia los circuitos, y no hacia los dispositivos{20}.

1.1.12.1 Significación del concepto de realimentación negativa

Es oportuno ahora profundizar en la significación de la realimentación negativa y en su aplicación. Para esto, obsérvese el circuito simple de DC de la Figura 1.31.

En la Figura se muestra el circuito equivalente de Thevenin para la polarización base-emisor en el transistor BJT. Como ya se ha explicado, la corriente de emisor crea el voltaje base-emisor al fluir por la juntura en polarización directa. Supóngase que por cualquier motivo se produce un aumento de este voltaje (por ejemplo, por una variación de la temperatura). Entonces, supongamos que aumenta el voltaje directo sobre la juntura base-emisor, esto hará que aumente la corriente del emisor, pero al aumentar esta corriente, también aumentará la caída de voltaje sobre la resistencia Re, y como el voltaje Ebb es aproximadamente constante y la caída sobre Rb es despreciable, entonces los dos voltajes Vbe y VRe anteriormente mencionados compiten entre sí y finalmente se debe reducir el voltaje sobre la juntura, reduciéndose así mismo la corriente de emisor. Este es un efecto de auto-corrección que se puede interpretar de la siguiente manera: Al incrementarse el voltaje Vbe, señal de entrada, se genera una señal Avbe, la cual genera AIe=AIc+AIb. Ahora, el circuito de salida, o sea de carga, es recorrido por la señal de corriente de salida, AIo=AIc. Esta corriente es inyectada en el circuito de entrada, o sea la malla que enfrenta a la batería Ebb, sobre la resistencia Re, y allí genera un voltaje AVRe que se resta al voltaje Avbe, tratando de minimizar el cambio neto. Se muestra entonces la secuencia: