propiedades de las ondas sinusoidales
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1.- Introducción. Conceptos básicos
1.1 Definición de Electrónica:
"Electrónica es la rama de la Ciencia y la Tecnologíaque se ocupa del estudio de las leyes que rigen el
tránsito controlado de electrones a través del vacío, de
gases o de semiconductores, así como del estudio y
desarrollo de los dispositivos en los que se produce este
movimiento controlado y de las aplicaciones que deello se deriven
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1.2 Sistema electrónico
Aparato capaz de extraer, almacenar, transportar, procesar la
información de una señal.
Consta de tres bloques:
1) Bloque de entrada (sensor o transductor)
Encargado de transformar las señales de mundo físico (presión,temperatura, sonido, etc..) en señales de tensión o intensidad
2) Bloque de procesamiento
Conjunto de circuitos electrónicos cuya función es la de transformar,
almacenar y procesar las señales de voltaje y corriente provenientes
de los transductores
3) Bloque se salida (actuador)
Convierte las señales de corriente o voltaje en señales físicamente
útiles. Por ejemplo: un display que nos registre la temperatura
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Esquema de una radio.
Transductor
Transductor
Actuador
Actuador
Bloque de procesamiento
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1.3 Señales en un circuito electrónico
Señal analógica:
Puede tomar cualquier valor de
amplitud.
Variación continua de amplitud
en el tiempo
Normalmente la señal obtenida
por el transductor es analógica
Señal digital:
Solo toma un numero finito de
amplitudes
En lógica binaria dos
Usualmente cambia la amplitud
en instantes espaciados
uniformemente
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1.4 Sistemas analógicos y digitales
Sistema analógico:Requieren menos componentes que un sistema digital
Mas difíciles de implementar en un C.I. Analógico
Son mas sensibles al ruido (Ruido: Perturbación no deseada añadida a la señal).
El ruido tiende a acumularse en las señales analógicas cada vez que son procesadas
Sistema digital:
Requieren más componentes
Son más sencillos de implementar en un Circuito Integrado
Son mas complejos pero mas económicos y de mayores prestaciones
Más inmunes al ruido
Velocidad limitada por el procesado digital y la velocidad de muestreo del conversor A/D
No pueden trabajar con señales analógicas con muy gran ancho de banda
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Efecto del ruido sobre una señal analógica y una digital
La señal analógica no se podrá reconstruir
La señal digital si se puede reconstruir
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Tendencia de la tecnología hacia los circuitos digitales
Sin embargo los circuitos analógicos son necesarios
ya que muchas de las entradas y salidas
de los sistemas electrónicos son analógicas
Sensor
(micrófono)
Conversor
A/DQProcesador Conversor
D/A
Actuador
(altavoz)
Esquema de un sistema electrónico con bloques analógicos y digitales
Amplificador
Analógico
Memoria
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1.5 Conversión de señales analógica digital, digital analógica
Se puede pasar de una señal analógica a una digital y viceversa
Señal analógica: 4,35V Palabra digital: 0100 1101
(Aprox)
La información digital se representa con palabras con un número de bits determinado
0121 ...... S S S S N N Palabra = Donde S0 bit menos significativo
Valor analógico correspondiente: ? A0
0
1
1
2
2
1
1 22......22 S S S S K N
N
N
N
Para recuperar la señal analógica original en el proceso de conversión A/D
Frecuencia de muestreo u 2·frecuencia máx. de la señal muestreada
La señal recuperada tendrá un cierto error, error de cuantificación, que dependerá
del numero de bits de la palabra digital. nº bits o error q
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Conversión analógica digital
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Conversión digital analógica
Se puede suavizar la señal escalón mediante un filtro paso baja y acercarnos a
la señal original
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1.6 Convenio de signos para las señales eléctricas
Magnitudes de señal directa dc | I A , V C (letra mayúscula y subíndice mayúscula)
Magnitudes increméntales de señal | ia (t), vc (t) (letra minúscula y subíndice minúscula )
Valor instantáneo total: i A (t) = I A + ia (t); vC (t) = V C + vc (t) (letra mayúscula y subíndice minúscula)
Magnitud de la amplitud de la señal ac: I a (letra mayúscula y subíndice minúscula)
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1.7 Propiedades de una onda sinusoidal
Valor eficaz o Valor Root Mean Square (RMS)
Ej: Tensión en la red: 220V eficaces = Señal seno de amplitud
va(t) = Va·sen([t + U)
2
aV
Donde Va es la amplitud de la señal
[ Es la frecuencia angular [ = 2·T·f (rad/seg)
siendo f la frecuencia lineal f = 1/T
U Es el ángulo de fase de la señal en el origen (en la figura es cero)
V V V a 3112220 !!
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1.8 Representación en frecuencia de las señales
Una señal se puede representar en función del tiempo (representación en el dominio del tiempo)
o en términos de su espectro de frecuencias (representación en el dominio de la frecuencia)
Para una señal arbitraria p transformada de Fourier. El espectro obtenido es continuo.
Información del margen de frecuencia: Ej: Banda de audio 20Hz - 20KHz.
Una señal se puede considerar como una suma
de componentes senoidales de varias frecuencias amplitudes y fases
El análisis de Fourier es una técnica matemática que permite determinar los espectros de cualquier señal.
Señal periódica p Serie de Fourier
Señal Cuadrada Periódica
Espectro discreto de la
onda cuadrada.
[0=2T/T armónico fundamental.
¹ º
¸©ª
¨! ...5
5
13
3
14)( t sent sent sen
V t V
ooo[[[
T
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1.9 Conceptos básicos sobre amplificadores
El amplificador es el bloque funcional más importante de un sistema electrónico
Un amplificador produce una salida con la misma forma que la señal de entrada pero amplificada
)()(0
t v At v iv !
Donde Av es la ganancia
en tensión del amplificador
Vi(t) la señal de entrada,
V0(t) la señal de salida y
RL la resistencia de carga
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Modelos de amplificador
4 modelos: 1) Modelo de amplificador de tensión
2) Modelo de amplificador de corriente
3) Modelo de Amplificador de transconductancia
4)M
odelo de amplificador de transresistencia
Los mas habituales son los dos primeros
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1.9.1 Modelo de amplificador de tensión
Se modela el amplificador usando una fuente de tensión controlada por tensión
Ri es la resistencia de entrada, esta es la resistencia que presenta el amplificador entre
sus dos bornes de entrada
R0 es la resistencia de salida, esta en serie con la fuente controlada
así se tiene en cuenta la reducción de tensión que se produce al suministrar corriente a la carga
AV0 es la ganancia de tensión en circuito abierto, sino se tiene la carga conectada
iv
v Av !
00
En ese caso
Amplificador ideal de tensión: Ri = w y R0 = 0
O L
LiV OO
R R
Rv Av
!
si
i si
R R Rvv
!
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Ganancia de tensión
i
vv
v A 0
!
i
ii
i A 0!
i
ii
R
vi !
L R
vi 0
0!
L
i
v L
i
i
i
i
L
ii R
R A
R
R
v
v
R
v
R
v
i
i A !!!!
0
0
0
Ganancia de potencia
i P
P G
0!
Donde Pi es la potencia que entrega la fuente de señal a los terminales de entrada
P0 es la potencia de salida
iii I V P !
000 I V P !
Ganancia de corriente
Se puede expresar en función de la ganancia de tensión
L
iviv
iii R
R A A A
I V
I V
P
P G
2000!!
!!
L
L
vv R R
R A A
!
0
0
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Aplificadores en cascada A v = Av1·Av2
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Modelo de Amplificador de Corriente
Aisc es la ganancia en corriente en cortocircuito Al usar R0 en paralelo con la fuente de intensidad hacemos que la intensidad i0
que proporciona el amplificador dependa del valor de la carga
Si cortocircuitamos la salida entonces no pasaria intensidad por R0 y i0 = Aisc·ii
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Paso del modelo de tensión a intesidad
0
0
0
R
R A
i
i A
i
v
i
sc
isc!!
i
ii
Rvi !
0
00 R
vi S C !
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Fuentes de alimentación
Proporciona potencia
a los circuitos internos de los amplificadores
Potencia proporcionada: Ps = V AA·I A + VBB· IB
Esquema de flujo de potenciaRendimiento: %1000
v!
s P
P L
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Saturación del amplificadorLa salida nunca puede exceder
los valores de las fuentes de
alimentación.
Para evitar la distorsióndebe cumplirse:
L
AV
L
AV
i
V
e e
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Caracteristica real del amplificador
La linealidad del amplificador
se limita a un rango concreto:
1.- Polarización, aplicar
tensiones dc para situarnos
en Q (pto. de polarización).
2.- Superponer una tensión
pequeña y variable.
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;log10log20log20
:decibeliosenGanancia
P I V A; A; A
Ganancia en función de la frecuencia
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Circuito para prevenir el acoplamiento en continua
Solo se amplifica la señal alterna