Introducción

La fuente de voltaje ideal
1. Definición y aclaración
La primera vez que se encuentra uno a la idea de la fuente de voltaje ideal es en los libros de textos que tratan sobre aspectos básicos. Por definición, el voltaje no varía independientemente de cuanta corriente se extraiga de la fuente. Quizá usted ignora el hecho de que uno crea una fuente de voltaje perfecta al medir la respuesta en frecuencia de un amplificador o filtro. En la siguiente sección se explicará cómo se produce este desempeño aparentemente perfecto.

2. La fuente de voltaje ideal no reconocida
El procedimiento utilizado en el laboratorio o en el campo generalmente consiste en lo siguiente: definir la amplitud de la señal de entrada a 0.2 V rms y a una frecuencia al límite más bajo. Medir la salida V0 mantener Eent a 0.2 V rms en cada medición. Se grafica V0 o V0/Eent en función de la frecuencia. Cuando se llega a las frecuencias más altas Eent empieza a disminuir (debido a la carga de la capacitancia de entrada). Hay que aumentar automáticamente el control del volumen del generador de funciones para mantener Eent a un valor de 0.2 V. Por definición, se acaba de crear asi una fuente “ideal de voltaje”. Eent nunca varía durante la secuencia de prueba, por grande que sea la corriente que se le haya extraído. Este es un ejemplo de una fuente ideal de voltaje no reconocida como tal.

3. Fuente de voltaje ideal practica
En un diagrama de circuito se muestra el símbolo de batería identificado como -7.5 V. Su tarea consistirá ahora en haceruna. Se dispone de un adecuado voltaje de alimentación de +15 V y un divisor sencillo de voltaje que genera 7.5 V, como se puede ver en la figura 3-12(a). Con esta fuente de 7.5 V no surge ningún problema siempre y cuando no se utilice al mismo tiempo que se conecta una carga.
Como se muestra en la figura 3-12(b), Ri del inversor esta en paralelo con R2 para formar asi una resistencia equivalente de 10kΩ||10kΩ =5kΩ. Esta fuente de 15 V se divide entre R1=10kΩ y 5kΩ, por lo que entonces Vref cae al valor de 5 V.



Para poder conservar el valor de un voltaje cualquiera de referencia, basta con aislarlo con seguidor de voltaje. El voltaje de referencia de 7.5 V esta conectado a un seguidor de voltaje en la figura 3-12(c). La salida del seguidor es igual a Vref. A la salida del seguidor se le puede extraer más de 5 mA sin que se produzca un cambio en el Vref.
El aislador constituye un excelente espía clandestino. Le permite a uno monitorear lo que esté sucediendo en cualquier punto del circuito. El seguidor tiene alta impedancia de entrada de manera que no toma corriente del circuito. Por lo tanto, es prácticamente imposible detectarlo.




Objetivo
Diseñar una fuente ideal de un voltaje determinado y con polaridad negativa a la salida final.






Material y equipo

Construya primeramente, la red atenuadora que proporcionara el voltaje que pretendemos que la fuente nos proporcione, en una segunda instancia, conecte esta red a un circuito inversor depolaridad con una ganancia AVCL unitaria. Para lo anterior utilice resistencias de 10kΩ. Posteriormente, si hay necesidad de no controlar los valores de los componentes pasivos del amplificador inversor, utilizar también un amplificador separador (buffer

Fuentes de Alimentación
Resistencias de diferentes valores
Opamp LM741
Multimetro.



Desarrollo
1. Red atenuadora para una fuente de 5v

Utilizando el circuito de la siguiente figura, acóplelo al circuito anterior y
verifique si el voltaje se mantiene. Seleccione un Q1 con una β =100.

La red atenuadora se conecta a un amplificador inversor con una AVCL igual a 1, con componentes pasivos de 10KΩ.

Al conectar el amplificador inversor con una ganancia de 1 los valores calculados en el primer punto fueron diferentes. Ya que se atenuó el voltaje.

3 Al momento de añadir al circuito un amplificador inversor se atenúa el voltaje y no obtenemos el calculado en varios valores de resistencias
R1 y R2 = 1k

Con valor de R1 y R2 = 1M
Con valores de resistencia de 10M

Solución de la Discrepancia:
Esto es debido a que R3=2Rs, para quitar el efecto de carga es recomendable en un amplificador inversor el valor de R1>>100 Rs, por lo tanto la solución a esteproblema es que R3=500kΩ y R4=500kΩ, resultando de la siguiente manera.

4. Ahora si nos olvidamos de los valores de los componentes pasivos, de tal forma que la salida sea la deseada. Se logra mediante el Acoplador de Impedancia o Seguidor de Voltaje.

Sus características del Seguidor de Voltaje son




Donde la Ganancia de Lazo Cerrado Avcl aproximadamente igual a 1

Voltaje de salida aproximadamente igual al voltaje de entrada
𝑒0 𝑒1
Impedancia entrada efectiva

Impedancia efectiva de Salida


5. Circuito con Seguidor de Voltaje donde lo que se tiene en la entrada es igual a la salida del opamp.


Características del Fabricante del opamp LM741





Donde e1 = 5v


Donde la Impedancia Efectiva es






Donde Rs = Zo(ef)
















Circuito Final con Seguidor de Voltaje


















Conclusiones y Resultados:
Tabla de Voltajes Teóricos Y Prácticos

Condiciones
e 0 Teórico
e 0 Practico
% Error
R1 y R2 = 1kΩ
-0.8333v


R1 y R2 = 10kΩ
-3.333V


R1 y R2 =500kΩ
-4.95V


R1 y R2 = 1MΩ
-4.997V


R1 y R2 = 10MΩ
-5V



Al momento de medir los voltajes de e0 la resistencia de retroalimentación y entrada los valores variaban por decimas lo que provocaba que la salida del opamp variara con respecto a la salida de la red atenuadora.
Al comparar el voltaje e0 y la red atenuadora disminuía el cual se debía principalmente a que la tolerancia de las resistencias las hacia variar.