Fuentes de tensión

Una fuente ideal de tensión continua produce una tensión en la carga que es constante. El ejemplo más sencillo de una fuente ideal de tensión continua es una batería perfecta, cuya resistencia interna es cero. La Figura 1.1a muestra una fuente ideal de tensión conectada a una resistencia de carga variable de valor comprendido entre 1 Ω y 10 MΩ. La lectura del voltímetro es de 10 V, que es exactamente la tensión de la fuente.

La Figura 1.1b muestra una gráfica de la tensión en la carga en función de la resistencia de carga. Como podemos ver, la tensión en la carga se mantiene en 10 V cuando la resistencia de carga varía desde 1 Ω hasta 1 MΩ. En otras palabras, una fuente ideal de tensión continua produce una tensión constante en la carga, independientemente de lo grande o pequeña que sea la resistencia de carga. Con una fuente ideal de tensión continua, sólo varía la corriente de carga cuando varía la resistencia de carga.

Segunda aproximación

Una fuente ideal de tensión es un dispositivo teórico; no puede existir en la naturaleza. ¿Por qué? Cuando la resistencia de carga tiende a cero, la corriente por la carga tiende a infinito. Ninguna fuente de tensión real puede producir una corriente infinita, ya que toda fuente real de tensión tiene una resistencia interna. La segunda aproximación de una fuente de tensión continua incluye esta resistencia interna.

La Figura 1.2a ilustra esta idea. Ahora tenemos una resistencia de fuente RS de 1 Ω en serie con la batería ideal.

La lectura en el voltímetro es de 5 V cuando RL es 1 Ω. ¿Por qué? Porque la corriente por la carga es igual a 10 V dividido entre 2 Ω, es decir, 5 A. Cuando los 5 A pasan a través de la resistencia de fuente de 1 Ω, se produce una caída de tensión interna de 5 V. Ésta es la razón de que la tensión en la carga sea sólo la mitad del valor ideal, cayendo la otra mitad en la resistencia interna.

La Figura 1.2b muestra la gráfica de la tensión en la carga en función de la resistencia de carga. En este caso, la tensión en la carga no se aproxima al valor ideal hasta que la resistencia de carga es mucho mayor que la resistencia de la fuente. Pero, ¿qué es exactamente mucho mayor? O lo que es lo mismo, ¿cuándo podemos ignorar la resistencia de fuente?

Fuente de tensión constante

Ahora es el momento en que nos resultará útil una nueva definición. Así que, vamos a inventarla. Podemos ignorar la resistencia de fuente cuando sea al menos 100 veces más pequeña que la resistencia de carga. Cualquier fuente que satisfaga esta condición será una fuente de tensión constante. La definición sería entonces la siguiente:

Fuente de tensión continua RS < 0,01RL

(Ecuacion 1.1)


Figura 1.1 (a) Fuente ideal de tensión y resistencia de carga variable. (b) La tensión en la carga es constante para resistencias de carga grandes.

(a)

(b)


Figura 1.2 (a) La segunda aproximación incluye una resistencia de fuente. (b) La tensión en la carga es constante para resistencias de carga grandes.

(a)

(b)

Esta fórmula define lo que identificamos como una fuente de tensión constante. El límite de la desigualdad (donde < se cambia por =) nos proporciona la siguiente ecuación:

RS = 0,01RL

Despejando para conocer la resistencia de carga, se obtiene la resistencia de carga mínima que se puede utilizar manteniendo todavía una fuente constante:

RL(min) = 100RS

(Ecuacion 1.2)

En otras palabras, la resistencia de carga mínima es igual a 100 veces la resistencia de fuente.

La Ecuación (1.2) es una derivación. Hemos partido de la definición de fuente de tensión continua y reordenándola hemos obtenido la resistencia de carga mínima permitida en una fuente de tensión continua. Mientras que la resistencia de carga sea mayor que 100RS, la fuente de tensión será constante. Cuando la resistencia de carga es igual a este valor del caso peor, el error de cálculo al ignorar la resistencia de fuente es del 1 por ciento, error lo suficientemente pequeño como para poder desestimarlo en una segunda aproximación.

La Figura 1.3 muestra una gráfica que resume de forma visual el funcionamiento de una fuente de tensión continua. La resistencia de carga tiene que ser mayor que 100RS para que la fuente de tensión sea constante.


Figura 1.3 La región de tensión constante se da cuando la resistencia de carga es suficientemente grande.

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Fuentes:

Libro Principios de Electrónica, Séptima edición, Albert Malvino, capítulo 1.

 

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