Control
Páginas: 37 (9125 palabras)
Publicado: 2 de junio de 2011
6. Realización electrónica de sistemas de control
353
6. Realización electrónica de sistemas de control
En este capítulo se pretende abordar la forma de llevar a la práctica todos aquellos conceptos que se han estudiado en los capítulos anteriores acerca del diseño de los distintos sistemas de control, es decir, se dará una perspectiva general de la tecnología propia de los sistemaselectrónicos de control. Para realizar este estudio se ha tratado de evitar descripciones demasiado detalladas de los componentes en constante evolución, y también se ha tratado de demostrar que un mismo problema puede resolverse por distintos procedimientos. Así pues, si bien se han analizado los desarrollos más adecuados a las técnicas modernas (electrónica digital, instrumentación virtual, etc.),tampoco se han olvidado las técnicas más clásicas, como puedan ser las técnicas analógicas.
6.1 Circuitos analógicos
6.1.1 Introducción Existen diversas posibilidades de llevar a cabo un sistema de control mediante electrónica analógica, ya sea mediante complejos circuitos a base de transistores y componentes discretos, o bien, mediante circuitos integrados diseñados específicamente para llevara cabo una acción de control. En este apartado se analizará un caso intermedio, es decir, no bajaremos al nivel del transistor, ni estudiaremos circuitos integrados específicos, sino que los sistemas de control que se verán, estarán diseñados de forma sencilla y serán de simple construcción. Para ello se hará uso de las características del amplificador operacional, un componente formado a base dediversas etapas de transistores y de uso muy extendido, por lo que su precio es moderado, además de ser de uso sencillo en el diseño de circuitos, comparado con los circuitos formados por transistores discretos. Este amplificador se denomina operacional, ya que puede utilizarse para realizar diferentes operaciones con las señales eléctricas (adición, derivación, integración, ...), pudiendo servirigualmente como amplificador de un sistema de control.
6.1.2 El amplificador operacional Un amplificador operacional es un amplificador diferencial de corriente continua que posee una elevada ganancia. Su uso es habitual en configuraciones de circuitos que disponen de características determinadas por redes externas de realimentación.
354
Teoría de control. Diseño electrónico
Lafunción de transferencia de cualquier circuito electrónico es, como ya se vio en capítulos anteriores, la relación entre la función de salida y la función de entrada. Para un amplificador de tensión, la función de transferencia o ganancia viene determinada por la expresión: Av = Vo Vi (6.1)
La mejor aproximación para el diseño de circuitos es suponer que el amplificador operacional es ideal, lo quepermite realizar el cálculo de la función de transferencia de forma mucho más sencilla. Con posterioridad al diseño inicial, se deberán comprobar las características no ideales del amplificador operacional para determinar cómo afectan al circuito. Si los efectos no son importantes, el diseño estará completo; en otro caso, se necesitará realizar un diseño adicional. La figura 6.1 representa elcircuito equivalente simplificado de un ampliador operacional (AO). El modelo consiste en una impedancia de entrada Rd conectada entre dos terminales de entrada V1 y V2. La etapa de salida está formada por una fuente de tensión controlada en serie con una resistencia de salida Ro conectada al terminal de salida. La diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada provoca un flujo de corrientea través de R d. La tensión diferencial es multiplicada por A, la ganancia del AO, para generar la tensión de salida.
Fig. 6.1 Circuito equivalente de un amplificador operacional (AO)
Para simplificar los cálculos de diseño, deberemos asumir las siguientes características para un amplificador operacional ideal: - Ganancia en lazo abierto = ∞ - Impedancia de entrada Rd = ∞ - Impedancia de...
353
6. Realización electrónica de sistemas de control
En este capítulo se pretende abordar la forma de llevar a la práctica todos aquellos conceptos que se han estudiado en los capítulos anteriores acerca del diseño de los distintos sistemas de control, es decir, se dará una perspectiva general de la tecnología propia de los sistemaselectrónicos de control. Para realizar este estudio se ha tratado de evitar descripciones demasiado detalladas de los componentes en constante evolución, y también se ha tratado de demostrar que un mismo problema puede resolverse por distintos procedimientos. Así pues, si bien se han analizado los desarrollos más adecuados a las técnicas modernas (electrónica digital, instrumentación virtual, etc.),tampoco se han olvidado las técnicas más clásicas, como puedan ser las técnicas analógicas.
6.1 Circuitos analógicos
6.1.1 Introducción Existen diversas posibilidades de llevar a cabo un sistema de control mediante electrónica analógica, ya sea mediante complejos circuitos a base de transistores y componentes discretos, o bien, mediante circuitos integrados diseñados específicamente para llevara cabo una acción de control. En este apartado se analizará un caso intermedio, es decir, no bajaremos al nivel del transistor, ni estudiaremos circuitos integrados específicos, sino que los sistemas de control que se verán, estarán diseñados de forma sencilla y serán de simple construcción. Para ello se hará uso de las características del amplificador operacional, un componente formado a base dediversas etapas de transistores y de uso muy extendido, por lo que su precio es moderado, además de ser de uso sencillo en el diseño de circuitos, comparado con los circuitos formados por transistores discretos. Este amplificador se denomina operacional, ya que puede utilizarse para realizar diferentes operaciones con las señales eléctricas (adición, derivación, integración, ...), pudiendo servirigualmente como amplificador de un sistema de control.
6.1.2 El amplificador operacional Un amplificador operacional es un amplificador diferencial de corriente continua que posee una elevada ganancia. Su uso es habitual en configuraciones de circuitos que disponen de características determinadas por redes externas de realimentación.
354
Teoría de control. Diseño electrónico
Lafunción de transferencia de cualquier circuito electrónico es, como ya se vio en capítulos anteriores, la relación entre la función de salida y la función de entrada. Para un amplificador de tensión, la función de transferencia o ganancia viene determinada por la expresión: Av = Vo Vi (6.1)
La mejor aproximación para el diseño de circuitos es suponer que el amplificador operacional es ideal, lo quepermite realizar el cálculo de la función de transferencia de forma mucho más sencilla. Con posterioridad al diseño inicial, se deberán comprobar las características no ideales del amplificador operacional para determinar cómo afectan al circuito. Si los efectos no son importantes, el diseño estará completo; en otro caso, se necesitará realizar un diseño adicional. La figura 6.1 representa elcircuito equivalente simplificado de un ampliador operacional (AO). El modelo consiste en una impedancia de entrada Rd conectada entre dos terminales de entrada V1 y V2. La etapa de salida está formada por una fuente de tensión controlada en serie con una resistencia de salida Ro conectada al terminal de salida. La diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada provoca un flujo de corrientea través de R d. La tensión diferencial es multiplicada por A, la ganancia del AO, para generar la tensión de salida.
Fig. 6.1 Circuito equivalente de un amplificador operacional (AO)
Para simplificar los cálculos de diseño, deberemos asumir las siguientes características para un amplificador operacional ideal: - Ganancia en lazo abierto = ∞ - Impedancia de entrada Rd = ∞ - Impedancia de...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.