3.18: Fuentes dependientes

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Objetivos de aprendizaje

Fuentes dependientes.

Fuente dependiente

Una fuente dependiente es una fuente de voltaje o corriente cuyo valor es proporcional a algún otro voltaje o corriente en el circuito.

Por lo tanto, hay cuatro tipos diferentes de fuentes dependientes; para describir un amplificador operacional, necesitamos una fuente de voltaje dependiente de voltaje. Sin embargo, el modelo teórico de circuito estándar para un transistor contiene una fuente de corriente dependiente de la corriente. Las fuentes dependientes no sirven como entradas a un circuito como fuentes independientes. Se utilizan para modelar circuitos activos: los que contienen elementos electrónicos. Los circuitos RLC que hemos estado considerando hasta ahora se conocen como circuitos pasivos.

Figura 3.18.1 De las cuatro posibles fuentes dependientes, se representa una fuente de voltaje dependiente de voltaje en el contexto de un circuito genérico.

Op-Amp

La Figura 3.18.2 a continuación, muestra el símbolo del circuito para el amplificador operacional y su circuito equivalente en términos de una fuente de voltaje dependiente del voltaje.

Figura 3.18.2 El amplificador operacional tiene cuatro terminales a los que se pueden hacer conexiones. Las entradas se unen a los nodos a y b, y la salida es el nodo c. Como muestra el modelo de circuito de la derecha, el amplificador operacional sirve como amplificador para la diferencia de los voltajes de los nodos de entrada.

Aquí, el voltaje de salida equivale a una versión amplificada de la diferencia de voltajes de nodo que aparecen a través de sus entradas. El modelo de fuente dependiente retrata cómo funciona bastante bien el amplificador operacional. Como en la mayoría de los esquemas de circuitos activos, no se muestra la fuente de alimentación, sino que debe estar presente para que el modelo de circuito sea preciso. La mayoría de los amplificadores operativos requieren voltajes de suministro tanto positivos como negativos para un funcionamiento adecuado.

Debido a que las fuentes dependientes no pueden describirse como impedancias, y debido a que la variable dependiente no puede “desaparecer” cuando se aplican reglas de combinación paralelo/serie, las simplificaciones de circuitos como el divisor de corriente y voltaje no deben aplicarse en la mayoría de los casos. El análisis de circuitos que contienen fuentes dependientes requiere esencialmente el uso de métodos formales, como el método de nodo. El uso del método de nodo para tales circuitos no es difícil, con voltajes de nodo definidos a través de la fuente tratados como si fueran conocidos (como con fuentes independientes). Considera el circuito que se muestra en la parte superior en la Figura 3.18.3.

Figura 3.18.3 El circuito superior representa un amplificador operacional en una configuración de amplificador de retroalimentación. En la parte inferior está el circuito equivalente, e integra el modelo de circuito op-amp en el circuito.

Tenga en cuenta que el amplificador operacional se coloca en el circuito “al revés”, con su entrada inversora en la parte superior y sirviendo como la única entrada. A medida que exploramos los amplificadores operacionales con más detalle en la siguiente sección, esta configuración aparecerá una y otra vez y se demostrará su utilidad. Para determinar cómo se relaciona el voltaje de salida con el voltaje de entrada, aplicamos el método de nodo. Solo se necesitan definir dos voltajes de nodo: v y v _out; los nodos restantes están a través de fuentes o sirven como referencia. Las ecuaciones de nodo son:

\[\frac{v-v_{in}}{R}+\frac{v}{R_{in}}+\frac{v-v_{out}}{R_{F}}=0 \nonumber \]

\[\frac{v_{out}-(-G)v}{R_{out}}+\frac{v_{out}-v}{R_{F}}+\frac{v_{out}}{R_{L}}=0 \nonumber \]

Tenga en cuenta que no se utilizaron consideraciones especiales para aplicar el método de nodo a este circuito dependiente-fuente. Resolviendo estos para aprender cómo v _out se relaciona con v _en rendimientos:

\[\left ( \frac{R_{F}R_{out}}{R_{out}-GR_{F}}\left ( \frac{1}{R_{out}}+\frac{1}{R_{in}}+\frac{1}{R_{L}}\right )\left ( \frac{1}{R}+\frac{1}{R_{in}}+\frac{1}{R_{F}} \right ) -\frac{1}{R_{F}} \right )v_{out}=\frac{1}{R}v_{in} \nonumber \]

Esta expresión representa la relación general de entrada/salida para este circuito, conocida como configuración de retroalimentación estándar. Una vez que aprendamos más sobre los amplificadores operacionales, en particular cuáles son sus valores típicos de elementos, la expresión se simplificará enormemente. Tenga en cuenta que las unidades verifican, y que el parámetro G de la fuente dependiente es una ganancia adimensional.