Circuitos Rectificadores, Amplificadores Operacionales y Biestables: Fundamentos y Aplicaciones

Rectificadores

Rectificador de Media Onda

El rectificador de media onda es un circuito compuesto por un diodo y una resistencia (R_L). Su funcionamiento se basa en que, cuando los valores de la tensión instantánea son positivos y superiores a la tensión umbral (0.7 V para diodos de silicio), el diodo se polariza directamente, permitiendo el flujo de corriente eléctrica a través de R_L. Cuando la tensión de CA cambia a un valor negativo, el diodo se polariza inversamente, interrumpiendo la corriente en R_L. Por lo tanto, esta parte del ciclo no aparece en la tensión continua de salida. Si se invierte la polaridad del diodo, solo se rectificarían los semiciclos negativos de la CA, transformándolos a CC.

Rectificador de Onda Completa

El rectificador de onda completa (circuito puente) mejora la rectificación al utilizar tanto los semiciclos positivos como los negativos de la corriente alterna. Esto se logra mediante un transformador con toma intermedia o un puente rectificador. En el semiciclo positivo, los diodos D2 y D3 se polarizan directamente, permitiendo la circulación de corriente a través de la carga R_L, mientras que D1 y D4 se polarizan inversamente y no conducen. En el semiciclo negativo, los diodos D1 y D4 conducen, y D2 y D3 dejan de hacerlo. La dirección de la corriente a través de R_L es la misma en ambos casos, resultando en una tensión de salida con la misma polaridad.

Rectificador Trifásico de Media Onda

La alimentación de este rectificador es trifásica y de conexión en estrella. Cada diodo conduce durante el intervalo en el que la onda alterna aplicada entre sus extremos está directamente polarizada en comparación con los otros dos diodos. La salida del rectificador no llega a cero y la frecuencia de la onda es 3ω.

Amplificadores Operacionales

Amplificador Operacional Ideal

Un amplificador operacional ideal se caracteriza por: V₀=aV_d; ganancia de tensión a=infinito; resistencia de entrada R_i=infinito; resistencia de salida R₀=0; ancho de banda B_w=infinito; tensión offset de entrada V₀=0 si V_d=0. La tensión de entrada diferencial es nula, y debido a la resistencia de entrada infinita, no hay flujo de corriente en los terminales de entrada. El amplificador responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, no a su potencial común. Una señal positiva en la entrada inversora produce una señal negativa en la salida, y viceversa para la entrada no inversora.

Amplificador Inversor

En el amplificador inversor, la entrada (+) está conectada a masa y la señal se aplica a la entrada (-) a través de R1, con realimentación desde la salida a través de R2. El amplificador tiene ganancia infinita con tensión de entrada nula. V_d=V_p-V_n, por lo que V_d=0 ya que V_p y V_n están conectados a masa. I=V_i/R_i. Toda la corriente que pasa por R1 también lo hace por R2. La ganancia puede ajustarse variando R1 o R2, desde 0 hasta infinito. El punto de conexión de la entrada y las señales es un nodo de tensión nula, donde se suman las señales de salida y de entrada. En bucle cerrado, la entrada (-) se regula al potencial de entrada (+) o de referencia.

Amplificador No Inversor

En el amplificador no inversor, la tensión V_i se aplica a la entrada (+) y una fracción de la salida V₀ se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión R1-R2. No fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada y la tensión en R1 será igual a V_i. V₀=(V_i/R1)(R1+R2). El límite inferior de ganancia se produce cuando R2=0, dando lugar a una ganancia unidad. R2 puede utilizarse como un control de ganancia lineal, incrementando la ganancia desde el mínimo unidad hasta el máximo de infinito. La impedancia de entrada es infinita, ya que se trata de un amplificador ideal.

Multiplexores y Demultiplexores

Multiplexores

Un multiplexor es un circuito combinacional con varias entradas y una sola salida, junto con líneas de selección. Su funcionamiento es similar a un conmutador de varias posiciones, donde la conmutación se realiza mediante las líneas de selección, permitiendo el envío de datos desde varias líneas a través de una sola.

Demultiplexores

Los demultiplexores son circuitos combinacionales que realizan la función inversa a los multiplexores. Tienen una sola entrada de datos y varias salidas. La salida por la cual se obtendrán los datos de entrada se selecciona mediante las líneas de selección. El funcionamiento es similar a un conmutador de un circuito con varias posiciones. Un ejemplo común es el 74156, que tiene de 1 a 4 líneas con entradas A y B comunes. Para un demultiplexor de 1 a 8, se unen los pines 1 y 15, formando la tercera línea de selección, y los pines 14 y 2 son la entrada de datos.

Comparadores

Los comparadores comparan dos combinaciones presentes en sus entradas, indicando si son iguales o diferentes, y cuál es mayor. Tienen tres salidas: A=B, A>B y A

Biestables

Biestable RS

El biestable RS es una báscula asíncrona con dos entradas: R (reset) y S (set). Existen dos tipos: con entradas de lógica positiva (usando puertas NOR) y con lógica negada (usando puertas NAND). Las salidas Q y Q' deben ser complementarias. Si R y S están a nivel alto (1), el estado de Q es indeterminado (X).

Biestable RST

El biestable RST es un RS controlado por reloj, con una tercera entrada para la señal de reloj (CLOCK). Si la entrada T está a nivel alto (1), la señal aplicada a R o S será asumida por la salida Q. Si T está a nivel bajo (0), la señal aplicada a R o S no tendrá efecto en la salida, manteniéndose el último estado. La entrada de reloj T habilita o inhibe las entradas R y S. Los RST poseen entradas adicionales de control llamadas PRESET y CLEAR, que no pueden utilizarse simultáneamente.

Tipos de biestables: Báscula D activada por nivel, Maestro-esclavo, JK.

Contadores (asíncronos, ascendentes-descendentes, síncronos, BCD, de módulo N, divisores de frecuencia).

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