3.15: Una Computadora Muy Simple
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- Tres baterías, cada una con un voltaje diferente
- Tres resistencias de igual valor, entre 10 kΩ y 47 kΩ cada una
Al seleccionar resistencias, mida cada una con un ohmímetro y elija tres que sean los más cercanos en valor entre sí. ¡La precisión es muy importante para este experimento!
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 10: “Análisis de Redes DC”
Objetivos de aprendizaje
- Cómo puede funcionar una red de resistencias como un promedio de señal de voltaje
- Aplicación del Teorema de Millman
Diagrama esquemático
Ilustracion
INSTRUCCIÓN
Este circuito engañosamente crudo realiza la función de promediar matemáticamente tres señales de voltaje juntas y así cumple un papel computacional especializado. En otras palabras, se trata de una computadora que sólo puede hacer una operación matemática: promediar tres cantidades juntas.
Construya este circuito como se muestra y mida todos los voltajes de la batería con un voltímetro. Escribe estas cifras de voltaje en papel y promediarlas juntas (E 1 + E 2 + E 3, dividido por tres). Cuando mida el voltaje de cada batería, mantenga la sonda de prueba negra conectada al punto de “tierra” (el lado de la batería unido directamente a las otras baterías mediante cables puente) y toque la sonda roja al otro terminal de la batería. ¡La polaridad es importante aquí! Notarás una batería en el diagrama esquemático conectada “hacia atrás” a las otras dos, lado negativo “arriba”. El voltaje de esta batería debe leerse como una cantidad negativa cuando se mide mediante un medidor digital correctamente conectado, las otras baterías miden positivo.
Cuando el voltímetro está conectado al circuito en el punto que se muestra en el esquema y las ilustraciones, debe registrar el promedio algebraico de los voltajes de las tres baterías. Si los valores de resistencia se eligen para que coincidan entre sí muy estrechamente, el voltaje de “salida” de este circuito también debe coincidir muy estrechamente con el promedio calculado.
Si se desconecta una batería, el voltaje de salida será igual al voltaje promedio de las baterías restantes. Si los cables puente que anteriormente conectaban la batería extraída al circuito promedio están conectados entre sí, el circuito promediará los dos voltajes restantes junto con 0 voltios, produciendo una señal de salida más pequeña:
La pura simplicidad de este circuito disude a la mayoría de la gente de llamarlo “computadora”, pero innegablemente realiza la función matemática de promediar. ¡No solo realiza esta función, sino que la realiza mucho más rápido de lo que puede hacer cualquier computadora digital moderna! Las computadoras digitales, como las computadoras personales (PC) y las calculadoras de pulsadores, realizan operaciones matemáticas en una serie de pasos discretos. Las computadoras analógicas realizan cálculos de manera continua, explotando las leyes de Ohm y Kirchhoff con un propósito aritmético, la “respuesta” calculada tan rápido como el voltaje se propaga a través del circuito (¡idealmente, a la velocidad de la luz!).
Con la adición de circuitos llamados amplificadores, las señales de voltaje en redes informáticas analógicas pueden potenciarse y reutilizarse en otras redes para realizar una amplia variedad de funciones matemáticas. Tales computadoras analógicas sobresalen al realizar las operaciones de cálculo de diferenciación e integración numéricas, y como tales pueden usarse para simular el comportamiento de sistemas mecánicos, eléctricos e incluso químicos complejos. En un momento, las computadoras analógicas fueron la herramienta definitiva para la investigación de ingeniería, pero desde entonces han sido suplantadas en gran medida por la tecnología informática digital. Las computadoras digitales disfrutan de la ventaja de realizar operaciones matemáticas con una precisión mucho mejor que las computadoras analógicas, aunque a velocidades teóricas mucho más lentas.
SIMULACIÓN COMPU
Esquema con números de nodo SPICE:
Con este netlist SPICE, podemos obligar a una computadora digital a simular una computadora analógica, que promedia tres números juntos. Obviamente, no estamos haciendo esto para la tarea práctica de promediar números, ¡sino para aprender más sobre circuitos y más sobre simulación por computadora de circuitos!