Convertidor voltaje a corriente constante con carga flotante
Esta configuración del convertidor de voltaje a corriente constante está caracterizada básicamente por una entrada de voltaje (Vi), con una corriente de salida (IL).
Por lo que, debido a la retroalimentación negativa, tenemos un cortocircuito virtual, por lo que Vi = VR y que IL = IR. Por lo tanto, IR = VR/R = Vi/R.
Observamos que la corriente de salida (en la carga) es función del voltaje de entrada, multiplicado por un factor (inverso de la resistencia); a esto se le llama factor de transconductancia y por eso esta configuración también se llama amplificador de transconductancia Por ejemplo, si tenemos que IR = 3v/1k = 3mA.
Fig. 1 Amplificador de transconductancia Con Vi = 3 y R1 = 1k y R3 = 1k.
Ahora el mismo voltaje Vi, pero con diferente resistencia R1. Ver Fig. 2
Fig. 2 Amplificador de transconductancia Con Vi = 3 y R1 = 2.2 K y R3 = 1 K.
Ahora sí, a la resistencia R1 la dejamos igual, pero cambiamos la resistencia R3:
Fig. 3 Amplificador de transconductancia Con Vi = 3V y R1 = 2.2 K y R3 = 3K.
Claro que la configuración tiene un límite. Tenemos la resistencia de carga máxima: RLmax = (Vomax-Vi)/IL, RLmax = (Vcc-Vi)/IL, y sustituyendo IL también podemos expresar que: RLmax = (Vcc – Vi)*R / Vi, o que RLmax = (Vcc/Vi – 1)*R
En este caso, RL sería RLmax = (Vcc/Vi – 1)*R1 RLmax = (15/3 – 1)*1k RLmax = 4K.
Entonces, con valores mayores a los 4K, la transconductancia ya no se cumplirá. Por lo que, si agregamos una resistencia R3 = 10k, la corriente empezará a variar.
Fig. 4 Amplificador de transconductancia con Vi = 3 y R1 = 1K y R3 = 10K
La diferencia es muy pequeña, pero conforme se aumente la resistencia R3, la corriente aumentará.
Convertidor de voltaje a corriente constante con carga aterrizada
Considerando que la retroalimentación negativa es mayor que la positiva, el sistema es estable y se puede observar un cortocircuito virtual en las entradas del OPAMP.
El análisis en esta configuración es muy parecido al de carga flotante. La corriente que pasa por IRF1 = IRF2, por lo que (VI – VL) / RF1 = (VL – Vo)/RF2, factorizando Vo = VL – (-RF1/RI1)(VI – VL) IL = IF2 – II2, 
IL = (Vo – VL)/RF2 – VL/R I2.
Si sustituimos Vo en la ecuación de IL, tenemos: IL = – (RF1/RI1 x RF2) x Vi + ( RF1/RI1 x RF2 – 1 /RI2) x VL.
En esta última expresión, IL depende de VL, por lo que debemos hacer cero ese término para así no depender de otros voltajes.
Por lo que, si hacemos VL = 0, (RF1/RI1 x RF2 – 1/RI2) x VL RF1/RI1 x RF2 = 1 /RI2 RF1/RI1 = RF2/RI2, entonces solo quedaría esta ecuación IL = – (RF1/RI1 x RF2) x Vi, pero como: RF1 = RF2 x RI1/RI2 IL = (-1/RI2) Vi.
Un ejemplo sería: IL = -(1/5k) 5v, IL = 1mA, ver Fig. 5
R2 = RL; RI2 = R7
Fig. 4 Amplificador de transconductancia Con Vi = 5 y RL = 1 y RI2 = 5K.
Vemos que la corriente es igual a 1 mA con una resistencia de carga igual a 1 Ω; entonces, si cambiamos la resistencia RL a 3 KΩ,
Fig. 5 Amplificador de transconductancia con Vi = 5 y RL = 3K y RI2 = 5 K.
Ahora, si cambiamos la resistencia RI2, obtendremos una variación en la corriente IL.
Fig. 5 Amplificador de transconductancia Con Vi = 5 y RL = 3K y RI2 = 10K.
Volviendo al ejemplo de la fig. 4, si cambiamos RL por un valor mayor a la RLmax, veremos que la corriente que pasa por RL ya no será igual. Esto quiere decir que el amplificador de transconductancia tiene una RLmax, la cual no se debe rebasar para así cumplir con esta configuración.
Fig. 6 Amplificador de transconductancia Con Vi = 5V y RL = 12K y RI2 = 10K.
La manera de calcular esta RLmax es la siguiente:
RL = VL / IL (VI–VL)/RI = (VL–V0) / RF
VI x RF1 – VL x RF2 = VL x RI1 – V0 x RI1
VL = (VI x RF1 + V0 x RF1) / (RF1 + RI1)
IL = (- RF1 x VI) / (RI1 x RF2)
Si igualamos RL a toda la expresión, quedará así:
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BIBLIOGRAFÍA:
- http://www.imse.cnm.es/~huertas/SETI/Apendice1.pdf
- http://fisica.udea.edu.co/~gicm/lab_electronica/Propiedades20AO.pdf
Por: Jesús Ariel López V. (Draker), ariel_lopez@ieee.org, pabelo_el_yaqui@hotmail.com, México.
