Circuitos analógicos realimentados / Roberto Angel Rivero.

CONTENIDO
Capítulo 1 - Introducción 13
1.1. Los sistemas analógicos realimentados 13
1.2. Un poco de Historia 15
1.3. Algunas ideas básicas 16
Capítulo 2 - Transmitancias de sistemas analógicos realimentados
Primera parte: Circuitos simple entrada-simple salida con un solo lazo de Realimentación 19
2.1. Introducción 19
2.2. Esquema generalizado de una realimentación 19
2.3. Los conceptos de la Transmitancia del camino directo, de la Ganancia del lazo y de la Transmitancia del camino de fuga 22
2.3.1. Transmitancia del camino directo 23
2.3.2. Ganancia del lazo 25
2.3.3. Transmitancia del camino de fuga 26
2.4. Expresión general de la transmitancia de un circuito simple realimentado 27
2.5. Algunas características importantes a tener en cuenta 28
2.6. Ejemplos 30
2.6.1. Circuito rápido amplificador de pulsos 31
2.6.2. Filtro pasabajo de segundo orden 34
2.6.3. Uso de un "generador controlado explicitado auxiliar de ganancia unitaria" 37
2.6.4. Regulador de corriente 39
2.6.5. Filtro activo pasabanda 40
2.6.6. Filtro ranura 42
2.6.7. Amplificador no inversor 44
2.6.8. Amplificador inversor sin camino de fuga 45
Capítulo 2 - Transmitancias de sistemas analógicos realimentados
Segunda parte: Circuitos con múltiples caminos directos, ganancias del lazo y caminos de fuga 47
2.7. Transmitancias con múltiples caminos directos, ganancias del lazo y caminos de fuga 47
2.7.1. Transmitancia de un circuito con varios lazos de realimentación 47
2.7.2. Ejemplos de aplicación 48
2.7.2.1. Regulador de corriente 48
2.7.2.2. Regulador de tensión 50
2.7.2.3. Filtro pasabajo de segundo orden 53
2.7.3. Expresión general de la transmitancia 54
2.7.4. Ejemplos de aplicación 55
2.7.4.1. Filtro muesca 55
2.7.4.2. Filtro universal de variable de estado 57
2.7.4.3. Filtro bicuadrático 58
2.8. Ejemplo de transmitancias de circuitos que utilizan otras variables y/o subsistemas digitales. El Phase-Iock Loop 59
Capítulo 3 - Signo de una realimentación. Tipos y modos de realimentación 63
3.1. Introducción 63
3.2. Signo de una realimentación 63
3.3. Modos de realimentación 65
3.4. Tipos de realimentación 67
3.5. Efectos producidos por los modos de realimentación en los circuitos 69
3.5.1. Efectos producidos por la realimentación negativa 69
3.5.1.1. Estabilización de transmitancias 69
3.5.1.2. Cortocircuito virtual o tierra virtual 70
3.5.1.3. Circuito abierto virtual 73
3.5.2. Efectos producidos por la realimentación positiva 75
3.6. Ejemplos 77
3.6.1. Circuito amplificador de pulsos 77
3.6.2. Amplificador diferencial 78
3.6.3. Amplificador de alta ganancia 79
3.6.4. Amplificador de instrumentación con control lineal de realimentación 80
3.6.5. Regulador de tensión 82
3.6.6. Amplificador para carga flotante 83
Capítulo 4 - Variación de impedancias debido a la realimentación 85
4.1. Introducción 85
4.2. Diferencia de retorno para entrada nula 85
4.3. Diferencia de retorno para salida nula 86
4.4. Diferencia de retorno complementaria 87
4.5. Expresión de una transmitancia utilizando los conceptos anteriores 90
4.6. Relación causa-efecto 91
4.7. Cálculo de impedancias 92
4.8. Cálculo de admitancias 964.9. Casos particulares de cálculo 97
4.9.1. Cálculo de la impedancia sobre un nodo de realimentación 97
4.9.2. Cálculo de la impedancia en una malla de realimentación 98
4.9.3. Cálculo de impedancia de salida 1004.10. Efectos de la realimentación en las impedancias 101
4.10.1. Variación de la impedancia debido al tipo de realimentación negativa 102
4.10.2. Variación de la impedancia debido al tipo de realimentación positiva 104
4.10.3. Variación de la impedancia debido al modo de realimentación negativa 104
4.10.4. Variación de la impedancia debido al modo de realimentación cuando la realimentación es positiva 106
4.10.5. Efectos producidos por generadores que alimentan directamente a una malla o a un nodo de realimentación 106
4.11. Teorema de Millar 108
4.12. Ejemplos 108
4.12.1. Seguidor emisivo 109
4.12.2. Circuito tirabota 110
4.12.3. Circuito tirabota con dos Amplificadores Operacionales 111
4.12.4. Circuito amplificador de pulsos 113
4.12.5. Circuito regulador de tensión 114
4.13. Variación de la impedancia en cualquier punto del circuito debido a la realimentación negativa. Inyección serie y paralelo de señal 116
4.14. Extensión de la fórmula de Blackman para circuitos con más de un lazo de realimentación 119
4.15. Ejemplos de aplicación 120
4.15.1. Convertidor tensión- corriente 120
4.15.2. Potenciómetro activo 122
4.15.3. Cambiador de impedancias 123
4.15.4. Filtro aguja 124
Capítulo 5 - Otras propiedades de la realimentación 127
5.1. Introducción 127
5.2. Variación de la Transmitancia sin realimentar 127
5.3. Estabilización del valor de una transmitancia para realimentaciones negativas 127
5.4. Reducción de distorsiones no lineales, zumbidos, señales espurias, etc., cuando se usa realimentación negativa 129
5.5. Efecto de la realimentación negativa sobre señales que circulan parcialmente por tramos de uno o varios lazos de realimentación 130
5.6. Sensibilidad de circuitos realimentados 135
5.6.1. Definición de sensibilidad 135
5.6.2. Algunas propiedades de la función sensibilidad 136
5.6.3. Efecto de la realimentación negativa en la sensibilidad 137
5.6.4. Ejemplos de aplicación 138
5.6.5. Efecto del camino de fuga Tcf 141
Capítulo 6 - Ancho de banda y fase de circuitos realimentados 143
6.1. Introducción 143
6.2. Ancho de banda 143
6.3. Producto de ganancia por ancho de banda 145
6.4. Ancho de banda de los amplificadores inversor y no-inversor 146
6.5. Ancho de banda de circuitos realimentados positivamente 149
6.6. Consideraciones sobre el ancho de banda de circuitos de orden superior 150
6.7. Análisis de la fase de circuitos realimentados 152
6.8. Fase de circuitos que usan un amplificador operacional 153
6.9. Ejemplo de aplicación 154
Capítulo 7 - Estabilidad 157
7.1. Introducción 157
7.2. Definiciones de estabilidad 157
7.2.1. Estabilidad según el Criterio de Lyapunov 157
7.2.2. Estabilidad asintótica 158
7.2.3. Estabilidad asintótica global 158
7.2.4. Definición de inestabilidad 158
7.3. Ejemplos aclaratorios 159
7.3.1. Amplificador operacional real en conexión inversora 159
7.3.2. Amplificador operacional ideal 160
7.3.3. Oscilador ideal 160
7.3.4. Circuito ideal de un integrador 160
7.3.5. Circuito simple de un integrador 160
7.3.6. Dos polos en el semiplano derecho 161
7.4. Estabilidad de sistemas lineales 161
7.5. Ejercicios de aplicación 163
7.6. Importancia de la función Diferencia de Retorno para Entrada Nula Fa 165
7.7. Criterios de estabilidad 167
7.7.1 . Criterio de Routh-Hurwitz 168
7.8. Comentarios importantes 175
Capítulo 8 - Análisis clásico de la estabilidad en los diagramas de Bode 177
8.1. Introducción 177
8.2. Análisis clásico de la estabilidad en los diagramas de Bode 177
8.3. Márgenes de ganancia y de fase 183
8.4. Ejemplos 184
8.4.1. Amplificador de c.c. de tres etapas 184
8.4.2. Filtro de variable de estado 190
8.4.3. Filtro pasabanda de Delyiannis 193
Capítulo 9 - Análisis general de estabilidad de sistemas analógicos lineales 195
9.1. Introducción 195
9.2. Signo y fase de la realimentación 196
9.3. Bandas de superficie - Características de las clases de realimentación 197
9.4. Efectos de los ceros en el semiplano derecho de la Ganancia del Lazo en el signo de la realimentación 198
9.4.1. Un cero en el semiplano derecho de la Ganancia del Lazo 198
9.4.2. Dos ceros en el semiplano derecho de la Ganancia del Lazo 200
9.5. Resumen de los puntos anteriores 201
9.6. Interpretación del criterio de Nyquist en los diagramas de Bode 202
9.7. Interpretación de criterio de Nyquist en las curvas de Bode cuando la ganancia del lazo posee polos en el semiplano derecho 204
9.8. Criterio de Estabilidad General 206
9.9. Ejemplos 207
9.9.1. Ejemplo 1 207
9.9.2. Ejemplo 2 208
9.9.3. Ejemplo 3 - Circuito oscilador de relajación 210
9.9.4. Ejemplo 4 - Transformador de impedancia 212
9.9.5. Ejemplo 5 - Oscilador 216
9.9.6. Ejemplo 6 218
9.9.7. Ejemplo 7 - Amplificador de tres etapas acopladas en alterna 220
9.10. Ejemplos de análisis de estabilidad para sistemas con Ganancias del Lazo que posean polos en el semipiano derecho 222
9.10.1. Ejemplo 1 222
9.10.2. Ejemplo 2 223
9.11. Ejemplo de Análisis de Estabilidad utilizando el Método del Peor Caso 224
Capítulo 10 - Oscilaciones y osciladores senoidales 231
10.1. Condiciones necesarias para una oscilación 231
10.2. Ejemplos de osciladores de audio 232
10.2.1. Oscilador por atraso de fase 232
10.2.2. Oscilador puente de Wien 234
10.3. Funcionamiento no lineal de osciladores senoidales 236
10.3.1. Introducción 236
10.3.2. Estudio de la estabilidad usando función descriptiva 237
10.3.3. Cálculo de la amplitud de oscilación 241
10.3.3.1. Oscilador por atraso de fase 241
10.3.3.2. Oscilador Puente de Wien 242
10.4. Características importantes a tener en cuenta en el diseño de circuitos y osciladores 243
10.4.1. Error de cálculo de la frecuencia de oscilación debido a desfasajes espurios. Ejemplo en un oscilador puente de Wien 243
10.4.2. Puntos estables e inestables de oscilación 245
10.4.2.1. Caso 1 245
10.4.2.2. Caso 2 247
10.4.3. Circuitos condicionalmente estables 247
10.4.4. Osciladores con más de una frecuencia de oscilación 248
10.4.5. Oscilaciones "blandas" y "oscilaciones duras" 249
10.4.6. Estados estacionarios debido a saturaciones 250
Anexo I - Método de Blackman para el cálculo de impedancias 255
Anexo II - Criterio de Routh-Hurwitz 261
Anexo III - Transmitancias de fase no mínima - Transmitancias pasatodo 269
Anexo IV - Criterio de estabilidad de Nyquist 279
Anexo V - La Función Descriptiva 281
Bibliografía 289