Transformadores

Hay dos tipos de transformadores, el Transformador ideal (T.I.) y el Transformador Perfecto.

Un transformador ideal se base en dos bobinas acopladas magnéticamente en torno a un núcleo.
Este tipo de transformador en la realidad no existe, solo sirve como modelo teórico y responde a las siguientes relaciones.

El transformador que sí que tiene modelo físico se conoce como transformador perfecto.
Unos ejemplos físicos.

Este se basa en dos devanados superpuestos, el primario y el secundario, entorno a un núcleo generalmente formado de pigmentos de ferrita, dada la elevada permeabilidad magnética (μ) de este material. Los devanados suelen ser de cobre, ya que este es un buen conductor.

Su modelo circuital es el siguiente:

El transformador ideal no funciona en continua ya que ω es 0 lo que implica que la inductáncia L1 = 0.
Este tiene una relación de transformación N basada en las siguientes relaciones.

El núcleo esta compuesto ferrita dada su elevada permeabilidad pero, por qué no usamos una barra de hierro en lugar de las virutas de este elemento (ferrita)?
Pues no usamos la barra de hierro ya que este se interpreta como una única espira en cortocircuito dada la gran conductividad de este material.

Un transformador tiene dos aplicaciones que nos van a interesar a lo largo de la asignatura.

• Cambiar la Tensión y la corriente.
• Cambiar la Impedancia (Z).

La segunda aplicación la usaremos para cambiar el valor que una linea de transmisión con una Zo (impedancia característica) espera ver en los terminales de salida.
Para hacer esto viable se suele anular la L1 para transformar nuestro transformador perfecto en un transformador ideal.

¿Cómo anulamos esa inductancia característica de los transformadores perfectos?
La primera opción sería trabajar a una frecuencia elevadisima con tal de hacer tender L a infinito.
La segunda forma, y la que suele ser la mas utilizada, es que pongamos un condensador en paralelo a la inductancia. Para que se anulen mutuamente se debe fijar una frecuencia (frecuencia de resonancia) que cumpla:

Si trabajamos a esa frecuencia, entonces nos queda un T.I. con una relación Rin= RL · n^2, lo que nos permite modificar el valor de la impedancia.

Lineas de Transmisión

Las lineas de transmisión tienden a ser circuitos de grandes dimensiones que solo cumplen las leyes de kirchhof dado que estas están constituidas por agrupaciones de células formadas por un serie condensador - bobina.

Estas están en zona de validez si y solo si cumplen las siguientes condiciones:

Una Linea de Transmisión nos permite transferir la carga conectada los terminales de salida a la entrada.

Para ello la impedancia Zl debe ser equivalente a la impedancia característica (Zo) de la linea.

                  

La linea de transmisión tiende a ser un cable coaxial que cumple una geometría especifica y que si lo encerramos en una caja negra lo único que veríamos seria un conductor que tiene unas pérdidas elevadas a grandes frecuencias. 

A partir del GHz se produce el efecto pelicular, este nos dice que ha grandes frecuencias la sección se reduce. Lo que hace que se eleve la Resistencia de un material.
                                                                      
Por lo tanto a mayor frecuencia mayores son las perdidas y menor será la potencia transferida a la salida.
Si tenemos que la impedancia parasitaria del propio generador es igual a la impedancia de salida entonces se  produce la transferencia de máxima potencia.
Donde P = (Vg^2)/(8Rg).

Potencias

La potencia, expresada en Watts puede ser Potencia Media (Pm), que varia con el tiempo.

Esta potencia se obtiene de la siguiente expresión en Corrientes Continuas (DC).

En corrientes alternas si la función es bipolar hay que calcular el valor de la tensión eficaz. 

Para ello necesitamos saber que valor de tensión en continua en el intervalo delimita la misma área que determina nuestra función en el mismo intervalo.

Para hallar el valor eficaz utilizamos la siguiente expresión:

En el caso de que la función sea una senoide el valor eficaz es:

Entonces la Potencia (P) en tensiones Alternas (AC) es:

Potencia en señals en general

Potencias en Señales Senoidales.
Vm es la amplitud de la excitación.

La potencia también se puede expresar en dBm (escala logarítmica).

Tambien sabemos que la potencia de salida expresada en dBm es equivalente a la suma de la ganancia en dB y la potencia suministrada en dBm.

PL dBm = GdB + PindBm

Amplificadores Operacionales (A.O)

Los Amplificadores operacionales se pueden dividir en dos grandes grupos.

• Amplificadores con función de amplificación de señal (realimentados).
• Amplificadores como comparadores (no están realimentados).

Primero hablaremos de los amplificadores cuya función principal es amplificar la señal.

- Modelo circuital.

- Estos amplificadores están realimentados negativamente.

AO realimentado negativamente.
Su región lineal es cortada solo en un punto. Es decir una única solución.

Los AO's realimentados positivamente tienen 3 cortes. Dos de ellos con
 las regiones de saturación y solo uno el comportamiento lineal.

Cuando la realimentación es negativa decimos que la entrada del AO esta Corto Circuitada Virtualmente (CCV), es decir, la puerta inversora tiene el mismo valor que la puerta no inversora.

- Tienen la impedancia de entrada infinita lo que implica que la intensidad de entrada es cero. 

- La impedancia de salida es 0.
- Por mucha ganancia que tengamos el valor final no podrá sobrepasar los valores de saturación.

Hay diferentes tipos.

También tenemos el seguidor de tensión que tiene una ganancia con valor la unidad. Pero este A.O. es especial ya que nos permite conectar cualquier circuito externo a cualquiera de las puerta (inversora/no inversora) y no sufrir alteraciones ya que la intensidad en estas entradas tiene un valor nulo.
En otras palabras, no extraigo corriente del circuito que me proporciona la excitación.

Para conectados amplificadores en cascada usamos bloques de A.O's. El terminal de salida de un Amplificador es una fuente dependiente por lo tanto cualquier elemento conectado después es superfluo para el análisis.

Para el Análisis de circuitos con estos dispositivos usamos el método nodal modificado.
Identificar los nodos "incognitas" (los que tengan fuentes independientes o dependientes de tensión conectadas a masa no cuenta como nodo "incognita"). Aplicar KCL en los nodos "incognita".

Segundo uso de los A.O. Comparadores.

- No estan realimentados.
- A la salida tendremos el valor de Saturación positivo o el de la saturación negativa.
   Esta salida depende de:

                                                            Vout= Vcc · sign (V2 - V1).

Ultimo apunte sobre AOs. Diseño Modular de circuitos mediante bloques funcionales con AO's.

Si nos proporcionan unas determinadas funciones de red estas las podemos representar mediante la agrupación de bloques de amplis. En la siguiente imagen tenemos una ficha de los distintos bloques.