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1.3: Amplificadores

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    Debido a esta disparidad entre las potencias controladoras y controladas, los dispositivos activos pueden emplearse para gobernar una gran cantidad de energía (controlada) mediante la aplicación de una pequeña cantidad de energía (controladora). Este comportamiento se conoce como amplificación.

    Es una regla fundamental de la física que la energía no pueda crearse ni destruirse. Declarada formalmente, a esta norma se le conoce como Ley de Conservación de la Energía, y hasta la fecha no se han descubierto excepciones a la misma. Si esta Ley es cierta —y una masa abrumadora de datos experimentales sugiere que lo es— entonces es imposible construir un dispositivo capaz de tomar una pequeña cantidad de energía y transformarla mágicamente en una gran cantidad de energía. Todas las máquinas, incluidos los circuitos eléctricos y electrónicos, tienen un límite de eficiencia superior del 100 por ciento. En el mejor de los casos, la salida de energía es igual a la potencia en la figura

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    La potencia de salida de una máquina puede acercarse, pero nunca exceder, la entrada de energía para una eficiencia del 100% como límite superior.

    Por lo general, las máquinas no logran alcanzar este límite, perdiendo parte de su energía de entrada en forma de calor que se irradia al espacio circundante y por lo tanto no forma parte de la corriente de energía de salida. (Figura abajo)

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    Una máquina realista suele perder parte de su energía de entrada como calor al transformarla en la corriente de energía de salida.

    Muchas personas han intentado, sin éxito, diseñar y construir máquinas que generen más potencia de la que consumen. No sólo una máquina de movimiento perpetuo de este tipo probaría que la Ley de Conservación de la Energía no era una Ley después de todo, sino que marcaría el comienzo de una revolución tecnológica como la que el mundo nunca ha visto, pues podría alimentarse en un bucle circular y generar exceso de energía para “gratis”. (Figura abajo)

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    ¿La hipotética “máquina de movimiento perpetuo” se alimenta a sí misma?

    A pesar de mucho esfuerzo y muchas afirmaciones sin escrúpulos de “energía libre” o máquinas de sobreunidad, nadie ha pasado nunca la simple prueba de alimentarse con su propia producción de energía y generar energía de sobra.

    Existe, sin embargo, una clase de máquinas conocidas como amplificadores, que son capaces de recibir señales de pequeña potencia y señales de salida de mucha mayor potencia. La clave para entender cómo pueden existir los amplificadores sin violar la Ley de Conservación de la Energía radica en el comportamiento de los dispositivos activos.

    Debido a que los dispositivos activos tienen la capacidad de controlar una gran cantidad de energía eléctrica con una pequeña cantidad de energía eléctrica, pueden estar dispuestos en circuito para duplicar la forma de la potencia de la señal de entrada a partir de una mayor cantidad de energía suministrada por una fuente de alimentación externa. El resultado es un dispositivo que parece aumentar mágicamente la potencia de una pequeña señal eléctrica (generalmente una forma de onda de voltaje de CA) en una forma de onda de forma idéntica de mayor magnitud. No se viola la Ley de Conservación de la Energía porque la energía adicional es suministrada por una fuente externa, generalmente una batería de CC o equivalente. El amplificador no crea ni destruye energía, sino que simplemente la reforma en la forma de onda deseada como se muestra en la Figura a continuación.

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    Mientras que un amplificador puede escalar una señal de entrada pequeña a una salida grande, su fuente de energía es una fuente de alimentación externa.

    En otras palabras, el comportamiento de control de corriente de los dispositivos activos se emplea para dar forma a la potencia de CC de la fuente de alimentación externa en la misma forma de onda que la señal de entrada, produciendo una señal de salida de forma similar pero diferente (mayor) magnitud de potencia. El transistor u otro dispositivo activo dentro de un amplificador simplemente forma una copia más grande de la forma de onda de la señal de entrada a partir de la alimentación de CC “sin procesar” proporcionada por una batería u otra fuente de alimentación.

    Los amplificadores, como todas las máquinas, tienen una eficiencia limitada a un máximo del 100 por ciento. Por lo general, los amplificadores electrónicos son mucho menos eficientes que eso, disipando cantidades considerables de energía en forma de calor residual. Debido a que la eficiencia de un amplificador es siempre del 100 por ciento o menos, nunca se puede hacer que uno funcione como un dispositivo de “movimiento perpetuo”.

    El requerimiento de una fuente de alimentación externa es común a todo tipo de amplificadores, eléctricos y no eléctricos. Un ejemplo común de un sistema de amplificación no eléctrico sería la dirección asistida en un automóvil, amplificando la potencia de los brazos del conductor al girar el volante para mover las ruedas delanteras del automóvil. La fuente de energía necesaria para la amplificación proviene del motor. El dispositivo activo que controla la “señal de entrada” del conductor es una válvula hidráulica que traslada la potencia del fluido desde una bomba conectada al motor a un pistón hidráulico que ayuda al movimiento de la rueda. Si el motor deja de funcionar, el sistema de amplificación no logra amplificar la potencia del brazo del conductor y el automóvil se vuelve muy difícil de girar.


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