Cuando se transmiten señales eléctricas a lo largo de un circuito, lo más usual es intentar realizar un transporte de tensión lo más grande posible, es decir intentar que entre etapas se pierda la menor cantidad posible de señal de voltaje. Obviamente, al conectar resistencias a lo largo de un circuito, continuamente están realizándose divisores de tensión que provocan pérdidas de la señal de voltaje. Cuando se introduce una señal en un divisor de tensión, la relación que existe entre la tensión de salida y la de entrada viene dada por la ecuación:
ACD: ALM
FF
FFB F+ #. #
Donde “R1” sería el valor de la resistencia que atraviesa en primer lugar la señal de entrada
y “R2” el valor de la segunda resistencia. Como puede verse, el valor de la señal de salida no
podrá ser exactamente el de la entrada porque eso conllevaría que no hay tal divisor. Pero sí que puede minimizarse el efecto del divisor aumentando considerablemente el valor de la segunda resistencia con respecto a la primera ya que, de ese modo, se estará lo más cerca posible de tener el cociente entre el valor de la segunda resistencia consigo misma que daría un valor de “1”. Debido a esto, como cualquier etapa siguiente tendrá una impedancia de entrada, dicha impedancia formará un divisor de tensión con la resistencia de salida de la etapa previa con lo cual, es necesario realizar lo que comúnmente se conoce como “adaptación de impedancias”. Una buena adaptación de impedancias en amplificadores de voltaje se consigue haciendo que la resistencia de entrada de una etapa sea mucho mayor que la impedancia de salida de la etapa previa. Cuando se trabaja con válvulas, se tienen unas impedancias de salida altas, por lo cual, para poder conectar la etapa diseñada con etapas siguiente, será necesario realizar una adaptación de impedancias como se ha comentado.
Una adaptación de impedancias se puede realizar de varias maneras. Una de ellas es utilizar otro triodo en su configuración de “cátodo seguidor” que sería obtener la señal de salida a través del cátodo y no del ánodo. Mediante esta operación pueden conseguirse valores de impedancias de salida mucho más bajos que los que pueden obtenerse a través del cátodo aunque se sacrificaría un poco la ganancia debido a que su ganancia es inferior a 1. Otra posible manera, al estar trabajando con señales que no exceden niveles muy altos de tensión, podría ser utilizando transistores en su configuración de “colector común” o también llamada “seguidor de emisor” mediante la cual se conseguiría el mismo proceso que con el triodo, es decir, una alta impedancia de entrada y una baja resistencia de salida.
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En ambos casos sería necesaria una búsqueda del punto de operación, con lo cual, de nuevo habría que realizar cálculos de componentes y configurar el circuito para que se estableciesen esas premisas calculadas previamente, proceso que puede ser un poco tedios.
Por lo anterior se escoge, dado que se está trabajando con niveles de tensión bajos, un sistema muy sencillo de diseñar en el circuito y que realiza, mediante un voltaje de polarización que únicamente necesita una única fuente de alimentación, la adaptación de impedancias buscada además de que conseguiría aislar una etapa de la siguiente como si fuesen etapas totalmente independientes entre sí. Esto se consigue utilizando un amplificador operacional en su configuración de “seguidor de tensión” mostrado en la
FIGURA 4.6.
El amplificador operacional es un dispositivo que consta de dos entradas llamadas “entrada inversora” o “v-” y “entrada
no inversora” o “v+” y una salida “vout”. La
impedancia correspondiente a las dos entradas se considera infinita, o lo que es lo mismo, no hay corriente fluyendo a través de las entradas. Además, la tensión entre las dos entradas es siempre la misma, es decir, si una de las dos entradas está conectada a una fuente de tensión, el valor de esa fuente se ve reflejado en la otra entrada. En cuando a la salida del “OPAMP”, cabe destacar que tiene una impedancia muy baja. La configuración anteriormente comentada de “seguidor de tensión” se consigue conectando una señal a la “entrada no inversora” y retroalimentando el “OPAMP” llevando la salida a la “entrada no inversora”. De este modo, dado que la tensión entre las entradas se refleja entre ambas, la tensión de la “entrada no inversora” se verá plasmada en la “entrada inversora” que, dado que está conectada con la salida del dispositivo, dicha tensión aparecerá también en la salida sin variación ninguna, es decir, sin atenuación aparente ni desfases como puede verse en la Fig. 4.6. Dicho esto, es posible utilizar este procedimiento para utilizarlo como la etapa siguiente al diseño total para realizar la adaptación de impedancias necesaria.
Como se ha comentado, el “OPAMP” necesita una tensión de polarización que puede realizarse mediante la fuente de alimentación de “12.6V” del diseño total. Para conseguirlo, se conectaría la tensión positiva de la fuente al pin destinado para dicho efecto del amplificador y la masa del circuito al pin destinado para la tensión negativa. Con lo cual, se tendría que el “OPAMP” podría abarcar señales de hasta “12.6V” pero no tensiones inferiores a “0”. Como la salida de la etapa amplificadora tenía una componente en “DC”, podría conectarse directamente el terminal de ánodo de la válvula a la “entrada no inversora” del “OPAMP” de modo que a la salida de ésta se tendría la señal amplificada, invertida y con una componente en DC pero con una impedancia casi nula, con lo que se habría conseguido ya el diseño buscado.
Obviamente, al conectar el operacional entre la fuente de alta tensión y tierra, el operacional tendrá que ser capaz de ser alimentado con unos potenciales de “±6.3V”, cosa que no todos los dispositivos permiten. Por esta razón se escoge de entre los modelos disponibles en el laboratorio donde se desarrolla este proyecto, el “TLC271” de la casa “TEXAS INSTRUMENTS” que ya se ha utilizado anteriormente en este proyecto.
FIGURA 4.6: AMPLIFICADOR OPERACIONAL
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