Construye una carga electrónica

Construcción de una carga electrónica, muy útil para comprobar el estado de carga de pilas-baterías, así como el correcto funcionamiento de cargadores y fuentes de alimentación. Los amplificadores operacionales, teoría y sus diferentes modos de funcionamiento: comparador, amplificador, filtro, oscilador, buffer. La carga electrónica se alimenta con una fuente de alimentación estabilizada de 5 VDC, pudiendo utilizar un cargador convencional de tipo USB. Esta carga electrónica incluye un voltímetro y un amperímetro. Con el amperímetro comprobaremos la corriente de carga, a la vez que medimos la tensión que está entregando el dispositivo bajo prueba.

Esquema: Carga electrónica
Esquema: Carga electrónica

Los primeros circuitos operacionales se comenzaron a fabricar en la década de los ‘60, por la empresa Fairchild. Se utilizaban estos circuitos para construir unidades encargadas de sumar, restar, dividir, derivar, integrar, etc. De ahí viene el origen de su nombre: Amplificador Operacional.

El amplificador operacional consta de dos entradas V1 V2 y una sola salida Vout. En la salida se obtiene la diferencia entre las dos entradas, multiplicada por un factor de ganancia G.  Un amplificador operacional ideal tiene una ganancia G infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda (rangos de frecuencias a los cuales puede operar) también infinito, una impedancia de salida igual a cero, y ningún ruido. Como consecuencia, si tiene una impedancia de entrada infinita, sus corrientes de entrada serán nulas. En la práctica, un amplificador operacional tiene un ancho de banda del orden de MHz, con impedancias de entrada de algunos MOhm y una ganancia típica de 100.000. Aún así, con una diferencia de tensión de 50uV en sus entradas, se pueden obtener 5 voltios en la salida.

Esquema por bloques de un amplificador operacional
Esquema por bloques de un amplificador operacional

Todos los amplificadores operacionales comparten una misma estructura interna:

  • Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y alta impedancia de entrada.
  • Amplificador de tensión: proporciona una ganancia de tensión.
  • Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, con una baja impedancia de salida, y normalmente protegida frente a cortocircuitos.
Ganancia de los amplificadores operacionales
Ganancia de los amplificadores operacionales

OPERACIONAL COMO AMPLIFICADOR

En circuitos con ganancias superiores a 100.000, es muy fácil que la tensión de salida (teórica) llegara a superar a la tensión de alimentación. Llegado a este punto, se dice que el amplificador está saturado.

Cuando la tensión aplicada a la entrada V+ comienza a subir, la tensión en la salida Vout también sube, ya que es función de la diferencia de tensión entre sus entradas. Si conectamos una realimentación (R) entre la salida y V, la tensión en la entrada V también subirá, de manera que la diferencia de tensión entre las dos entradas se reduce y disminuye la tensión de salida (ganancia). Así es como podemos definir y limitar la ganancia de un amplificador operacional.

Filtro y oscilador, con amplificador operacional
Filtro y oscilador, con amplificador operacional

OPERACIONAL COMO COMPARADOR

Un amplificador operacional se puede utilizar como comparador. Esta característica hace que un amplificador operacional sea útil como elemento para adaptar niveles lógicos, o pudiendo generar la señal de error de un comparador de fases en un circuito PLL.

Comparador de fases con operacional
Comparador de fases con operacional

OPERACIONAL COMO BUFFER-SEGUIDOR

Operacional seguidor
Operacional seguidor

Si conectamos un amplificador operacional de la manera que nos muestra la figura, obtenemos lo que se conoce como circuito seguidor o buffer. Con esta configuración se eliminan los efectos de cargas importantes en salidas y se adaptan las impedancias, al conectar un dispositivo con una gran impedancia a otro con una impedancia pequeña o viceversa. En este caso, la tensión de salida será igual a la tensión de la entrada y la impedancia de entrada, teórica, sería infinita.

5 comentarios sobre “Construye una carga electrónica”

  1. J-rpm, he estado probando, para hacerme una y veo que el mosfet trabaja en región lineal calándose mucho y en la resistencia no se aprecia calor, he probado con un pwm controlador de motor con la resistencia y ahora si se calienta pero el mosfet no, creo que esto es mas correcto.

    ¿Sabrias como adaptar al circuito quizás un 555 para que el mosfet solo funcione en on/off a pesar de aumentar el ruido?

    Gracias

    1. Lo bueno de esta carga es que es lineal. No debería importarte que se caliente más el transistor o la resistencia, poniendo un buen disipador se soluciona el problema.

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