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1.- Introducción. Conceptos básicos

1.1 Definición de Electrónica:

 

"Electrónica es la rama de la Ciencia y la Tecnología que 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 de ello 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

4

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/D

Procesador 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 ...... SSSS NN Palabra = Donde S0 bit menos significativo

Valor analógico correspondiente: 00

11

22

11 2 2 ...... 2 2 SSSSK N

NN

N

Para recuperar la señal analógica original en el proceso de conversión A/D

Frecuencia de muestreo 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 error

9

Conversión analógica digital

10

Conversión digital analógica

Se puede suavizar la señal escalón mediante un filtro paso baja y acercarnos a la señal original

11

1.6 Convenio de signos para las señales eléctricas

Magnitudes de señal directa dc IA , VC (letra mayúscula y subíndice mayúscula)

Magnitudes increméntales de señal ia (t), vc (t) (letra minúscula y subíndice minúscula )

Valor instantáneo total: iA (t) = IA + ia (t); vC (t) = VC + vc (t) (letra mayúscula y subíndice minúscula)

Magnitud de la amplitud de la señal ac: Ia (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 + )

2aV

Donde Va es la amplitud de la señal

Es la frecuencia angular = 2··f (rad/seg)

siendo f la frecuencia lineal f = 1/T

Es el ángulo de fase de la señal en el origen (en la figura es cero)

VVVa 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 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 Serie de Fourier

Señal Cuadrada Periódica

Espectro discreto de la onda cuadrada.0=2/T armónico fundamental.

...5

5

13

3

14)( tsentsentsen

VtV ooo

14

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 tvAtv 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) Modelo 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 vAv 00En ese caso

Amplificador ideal de tensión: Ri = y R0 = 0

OL

LiVOO RR

RvAv

si

isi RR

Rvv

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Ganancia de tensióni

v v

vA 0

ii i

iA 0

i

ii R

vi

LR

vi 00

L

iv

L

i

i

i

i

L

ii R

RA

R

R

v

v

RvRv

i

iA 0

0

0

Ganancia de potencia iP

PG 0

Donde Pi es la potencia que entrega la fuente de señal a los terminales de entrada

P0 es la potencia de salida

iii IVP

000 IVP

Ganancia de corriente

Se puede expresar en función de la ganancia de tensión

L

iviv

iii R

RAAA

IV

IV

P

PG 2000

L

Lvv RR

RAA

00

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Aplificadores en cascada Av = Av1·Av2

19

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

20

Paso del modelo de tensión a intesidad

00

0

R

RA

i

iA i

vi

scisc

i

ii R

vi

0

00 R

vi SC

21

Fuentes de alimentación

Proporciona potencia

a los circuitos internos de los amplificadores

Potencia proporcionada: Ps = VAA·IA + VBB· IB

Esquema de flujo de potenciaRendimiento: %1000

sP

P

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Saturación del amplificadorLa salida nunca puede excederlos valores de las fuentes dealimentación.

Para evitar la distorsióndebe cumplirse:

L

AV

L

AVi

V

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Caracteristica real del amplificador

La linealidad del amplificadorse limita a un rango concreto:1.- Polarización, aplicar tensiones dc para situarnosen Q (pto. de polarización).2.- Superponer una tensiónpequeña y variable.

24;log10log20log20

:decibeliosen Ganancia

PIV 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

26

Ancho de banda

B = fH - fL Frecuencias de corte