1 OBJETIVOS Conocer que es un sistema electrónico Saber discernir entre un sistema electrónico de procesamiento de información y un sistema electrónico de potencia. Conocer las ventajas y desventajas de los sistemas digitales y analógicos. Comprender la necesidad de interrelación de los s. digitales con los analógicos
2 OBJETIVOS (cont) Conocer los conceptos básicos sobre amplificadores y sus diferentes tipos: Amplificadores de tensión Amplificadores de corriente Amplificadores de transresistencia Amplificadores de transconductancia.
3 OBJETIVOS (cont) Conocer las característica mas importantes de los Amplificadores: Ganancia, impedancia de entrada e impedancia de salida Conocer las limitaciones de los amplificadores respecto a su respuesta frecuencial, y los conceptos claves al respecto: ganancia compleja, frecuencia de corte y ancho de banda, respuesta a un escalón,
4 OBJETIVOS (cont) Conocer las características mas importantes de los Amplificadores diferenciales y sus ventajas Comprender los conceptos de: Ganancia en modo común y en modo diferencial Señal en modo común y en modo diferencial Impedancia de entrada en modo común y en modo diferencial Razón de rechazo en modo común
5 Figura 1.1. Diagrama de bloques de un sistema electrónico simple: una radio AM. Radio de frecuencia Amplificador de radio-frecuencia Mezclador Filtro de frecuencia intermedia Amplificador de radio- frecuencia Mezclador Filtro de frecuencia intermedia Detector de pico Amplificador de sonido Oscilador local Sintetizador de frecuencias Control Digital Memoria digital Teclado Pantalla Antena Altavoz Amplificador de frecuencia intermedia 1.1. SISTEMAS ELECTRÓNICOS Sistemas E.: radio AM, GPS, Encendido electrónico automóvil Subsistemas o bloques funcionales: Amplificador, filtro, oscilador
6 EL PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN Y LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
7 Figura 1.2. Las señales analógicas toman valores continuos de amplitudes. Las señales digitales toman unas pocas amplitudes discretas. Amplitud Amplitud Valores lógicos Tiempo Tiempo (a) Señal analógica (b) Señal digital – A + A SISTEMAS ANALÓGICOS Y S. DIGITALES
8 Amplitud Amplitud Valores lógicos Tiempo Tiempo (a) Señal analógica (b) Señal digital – A + A SISTEMAS ANALÓGICOS Y S. DIGITALES (CONT) El mundo real es analógico (Aunque a nivel de la mecánica cuántica tampoco) Los transductores son dispositivos que convierten cualquier magnitud física en una señal eléctrica. El formato de la señal eléctrica que proporcionan los transductores es normalmente analógico Un teclado proporciona señales en formato digital
9 CONVERSIÓN SE SEÑALES ANALÓGICAS A DIGITALES Y VICEVERSA Convertidor analógico digital: (ADC Analog to digital converter) Convierte señales analógicas al formato digital Procedimiento: 1°) Se realice un muestreo, es decir una medición en instantes de tiempo periódicos (frecuencia de muestreo) 2°) A la citada medición se le asigna una palabra de código de longitud adecuada Convertidor digital – analógico (DAC digital to analog converter) Convierte señales en formato digital a señales analógicas Los sistemas analógicos son los que procesan señales analógicas Los sistemas digitales son los que procesan señales digitales Los sistemas modernos incluyen elementos analógico y digitales
10 Figura 1.3. Conversión de una señal analógica en un equivalente digital aproximado mediante muestreo. Cada valor de muestra viene representado por un código de 3 bits. Los convertidores reales utilizan palabras de código más largas. Amplitud Valores de muestra Señal analógica Palabras de código a tres bits Señal digital que representa bits de código sucesivos CONVERSIÓN SE SEÑALES ANALÓGICAS A DIGITALES
11 Figura 1.4. Aparece un error de cuantificación cuando se reconstruye una señal analógica a partir de su equivalente digital. Error de cuantificación Reconstrucción Señal analógica original ERROR DE CUANTIFICACIÓN Cuanto mayor es El n° de zonas menor es el error. A mayor n°de zonas, palabras de código mas largas
12 Figura 1.5. Es posible determinar las amplitudes originales de una señal digital después de añadir ruido. Esto no es posible para una señal analógica. (a) Señal analógica (b) Señal digital (c) Señal analógica con ruido (d) Señal digital con ruido VENTAJAS RELATIVAS DE LOS SISTEMAS ANALÓGICOS Y DIGITALES
13 VENTAJAS RELATIVAS DE LOS SISTEMAS ANALÓGICOS Y DIGITALES (CONT)
14 Figura 1.6. Diagrama de flujo típico para el diseño de sistemas electrónicos. Desarrollo de las especificaciones del sistema Generación de planteamientos de solución Diseño de diagramas de bloques del sistema, incluyendo las especificaciones del documento Diseño de los circuitos internos de cada bloque Construcción de circuitos prototipos Prueba Montaje del sistema prototipo Prueba y finalización del diseño Producción Enunciado del problema Descarte de los planteamientos de solución que no sean prácticos En este libro se estudiará principalmente esta actividad Sistema en funcionamiento DISEÑO DE SISTEMAS
15 Figura 1.7. Diagrama de flujo del proceso de diseño de circuitos. Especificaciones del bloque funcional Diseño final *Utilizando el análisis teórico, una simulación por computador, o pruebas reales con los circuitos. Selección de la configuración del circuito Selección de los valores de los componentes Estimación de las prestaciones* Construcción del prototipo Prueba DISEÑO DE CIRCUITOS
16 Figura 1.15. Amplificador electrónico. Terminales de entrada Terminales de salida Fuente de señal Símbolo de masa Carga Amplificador 1.4 CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE AMPLIFICADORES Resistencia de carga Ganancia en tensión
17 Figura 1.16. Forma de onda de entrada y sus correspondientes formas de onda de salida. (a) Forma de onda de entrada (b) Forma de onda de salida de un amplificador no inversor (c) Forma de onda de salida de un amplificador inversor 1.4 CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE AMPLIFICADORES (CONT) Amplificador no inversor Amplificador inversor
18 Figura 1.17. Modelo de un amplificador electrónico, que incluye una resistencia de entrada Ri y una resistencia de salida Ro. Fuente de tensión controlada por tensión Modelo de amplificador de tensión Modelo del amplificador de tensión Impedancia de entrada Impedancia de salida
19 CONCEPTO DE IMPEDANCIA DE ENTRADA E IMPEDANCIA DE SALIDA Impedancia de entrada es el cociente entre la tensión de entrada y la corriente de entrada. Impedancia de salida es el cociente entre la tensión en vacío y la corriente de cortocircuito.
20 CONCEPTO DE IMPEDANCIA DE ENTRADA E IMPEDANCIA DE SALIDA En circuitos lineales, otra forma de calcular la impedancia de salida es como se indica en la figura b. 1°) Anulamos todos los generadores. (f. tensión c.c. f corriente c.a ) 2°) Aplicamos a la salida una tensión de prueba vT . 3°) La impedancia de salida será el cociente entre la tensión de prueba y la corriente de prueba
21 Figura 1.18. Fuente, modelo de amplificador y carga para el Ejemplo 1.1. EJEMPLO 1.1
22 Figura 1.19. Conexión en cascada de estos dos amplificadores. Amplificador Amplificador 1.5.- AMPLIFICADORES EN CASCADA
23 Figura 1.20. Amplificadores en cascada del Ejemplo 1.2. Primera etapa Segunda etapa Carga EJEMPLO 1.2 (Amplificadores en cascada)
24 Figure 1.21. Modelo simplificado de los amplificadores en cascada de la Figura 1.20. Consulte el Ejemplo 1.3. Amplificadores en cascada: Circuito equivalente
25 Figura 1.22. La fuente de alimentación proporciona potencia al amplificador a partir de varias fuentes de tensión constantes. Conectado a varios puntos de los circuitos internos (que no se muestran) Fuente de alimentación 1.6.- FUENTES DE ALIMENTACIÓN Y RDTO.
26 Figura 1.23. Ilustración del flujo de potencia. Entrada de la fuente de alimentación Entrada de la fuente de señal Potencia de la señal de salida hacia la carga Potencia disipada en el amplificador FLUJO DE POTENCIA EN UN CIRCUITO E.
27 Figura 1.24. Amplificador del Ejemplo 1.4. Ejemplo del cálculo del rdto de un amplificador
28 Figura 1.25. Modelo de amplificador de corriente. Modelo de amplificador de corriente Amplificador de corriente
29 Figure 1.26. Amplificador de corriente de los Ejemplos 1.5, 1.6 y 1.7. Carga en cortocircuito Conversión de un amplificador de corriente en amplificador de tensión La conversión es inmediata aplicando la dualidad de los teoremas Thevenin-Norton
30 Figura 1.27. Modelo de amplificador de corriente equivalente al modelo de amplificador de tensión de la Figura 1.26. Consulte el Ejemplo 1.5.
31 Figura 1.28. Modelo de amplificador de transconductancia. Fuente de corriente controlada por tensión Amplificador de transconductancia Fuente de corriente dependiente de tensión
32 Figura 1.29. Amplificador de transconductancia equivalente al amplificador de tensión de la Figura 1.26. Consulte el Ejemplo 1.6.
33 Figura 1.30. Modelo de amplificador de transresistencia. Fin de tensión controlada por corriente Amplificador de transresistencia Fuente de tensión dependiente de corriente
34 Figura 1.31. Amplificador de transresistencia equivalente al amplificador de tensión de la Figura 1.26. Consulte el ejemplo 1.7.
35 Figura 1.32. Si se desea medir la tensión en circuito abierto de una fuente, el amplificador deberá presentar una resistencia de entrada alta, como se muestra en (a). Para medir la corriente en cortocircuito se requiere una resistencia de entrada baja, como se muestra en (b). (a) Si Rin >> Rs, entonces vin ? vs (b) Si Rin << Rs, entonces iin ? is Aplicaciones que requieren una impedancia de entrada alta o baja
36 Cualquier fuente de señal puede sustituirse por su circuito equivalente Thevenin o Norton. Algunas fuentes de señal se asemejan físicamente mas bien a un circuito equivalente Thevenin, y otras mas bien a un circuito equivalente Norton (a) Si Rin >> Rs, entonces vin ? vs (b) Si Rin << Rs, entonces iin ? is Fuentes de señal. Modelos equivalentes Thevenin y Norton
37 Figura 1.33. Si la impedancia de salida Ro del amplificador es mucho menor que la menor de las resistencias de carga, la tensión es prácticamente independiente del número de interruptores cerrados. Aplicaciones que requieren una impedancia de entrada alta o baja (Cont)
38 Figura 1.34. Para evitar reflexiones, la resistencia de entrada del amplificador Ri deberá ser igual a la resistencia característica Zo de la línea de transmisión. Señal que se desplaza hacia el amplificador Línea de transmisión de impedancia característica Z0 Reflexión si Ri ? Z0 Aplicaciones que requieren una impedancia determinada A alta frecuencia y con señales de frentes abruptos, es necesario que Zi, Zcarga y Zo (Impedancia característica de la línea de transmisión)sean iguales. (Ejemplo: Zo=52 ohmios, Zo=75 ohmios)
39 AMPLIFICADORES IDEALES Amplificador ideal de tensión Fuente de tensión controlada por tensión Zi= infinita Zo=0 [µ]= adimensional b) Amplificador ideal de corriente Fuente de corriente controlada por corrinte Zi= 0 Zo=infinita [ß]= adimensional
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