3.18: Indicador de tasa de cambio
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PARTES Y MATERIALES
- Dos baterías de 6 voltios
- Capacitor, 0.1 µF (Catálogo Radio Shack # 272-135)
- Resistencia de 1 MΩ
- Potenciómetro, giro simple, 5 kΩ, cono lineal (Radio Shack catálogo # 271-1714)
El valor del potenciómetro no es especialmente crítico, aunque las unidades de menor resistencia funcionarán, en teoría, mejor para este experimento que las unidades de alta resistencia. He usado un potenciómetro de 10 kΩ para este circuito con excelentes resultados.
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 13: “Capacitores”
Objetivos de aprendizaje
- Cómo construir un circuito diferenciador
- Obtener una comprensión empírica de la función de cálculo derivado
Diagrama esquemático
Ilustracion
INSTRUCCIÓN
Mida el voltaje entre el terminal del limpiaparabrisas del potenciómetro y el punto de “tierra” que se muestra en el diagrama esquemático (el terminal negativo de la batería inferior de 6 voltios). Este es el voltaje de entrada para el circuito, y se puede ver cómo varía suavemente entre cero y 12 voltios ya que el control del potenciómetro se gira de rango completo. Dado que el potenciómetro se usa aquí como divisor de voltaje, este comportamiento no debería sorprenderte.
Ahora, mida el voltaje a través de la resistencia de 1 MΩ mientras mueve el control del potenciómetro. Un voltímetro digital es muy recomendable, y aconsejo configurarlo a un rango muy sensible (milivoltios) para obtener las indicaciones más fuertes. ¿Qué indica el voltímetro mientras no se mueve el potenciómetro? Gire el potenciómetro lentamente en sentido horario y anote la indicación del voltímetro. Gire el potenciómetro lentamente en sentido antihorario y anote la indicación del voltímetro. ¿Qué diferencia ve entre las dos direcciones diferentes del movimiento de control del potenciómetro?
Intente mover el potenciómetro de tal manera que el voltímetro dé una indicación estable y pequeña. ¿Qué tipo de movimiento del potenciómetro proporciona el voltaje más estable a través de la resistencia de 1 MΩ?
En el cálculo, una función que representa la tasa de cambio de una variable en comparación con otra se llama la derivada. Este circuito simple ilustra el concepto de la derivada produciendo un voltaje de salida proporcional a la tasa de cambio del voltaje de entrada a lo largo del tiempo. Debido a que este circuito realiza la función de cálculo de diferenciación con respecto al tiempo (emitiendo la derivada de tiempo de una señal entrante), se denomina circuito diferenciador.
Al igual que el circuito promedio mostrado anteriormente en este capítulo, el circuito diferenciador es una especie de computadora analógica. La diferenciación es una función matemática mucho más compleja que la promediación, especialmente cuando se implementa en una computadora digital, por lo que este circuito es una excelente demostración de la elegancia de los circuitos analógicos en la realización de cálculos matemáticos.
Se pueden construir circuitos diferenciadores más precisos combinando redes de resistencia-condensador con circuitos amplificadores electrónicos. Para más detalles sobre los circuitos computacionales, vaya al capítulo “Circuitos integrados analógicos” en este volumen Experimentos.