Dispositivos Lineales y No Lineales

1. TEMA:  DISPOSITIVOS LINEALES Y NO LINEALES  COMO DETERMINAR SI UNA FUNCION ES LINEAL 2. OBJETIVOS:  Analizar los diferentes tipos de dispositivos electrónicos si son lineales o no lineales  Determinar a través de un análisis si la función es lineal o no lineal 3. INTRODUCCION 3.1 ELEMENTOS NO LINEALES Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores. Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal. Los componentes activos semiconductores derivan del diodo de Fleming y del triodo de Lee de Forest. En una primera generación aparecieron las válvulas que permitieron el desarrollo de aparatos electrónicos como la radio o la televisión. Posteriormente, en una segunda generación, aparecerían los semiconductores que más tarde darían paso a los circuitos integrados (tercera generación) cuya máxima expresión se encuentra en los circuitos programables (microprocesador y microcontrolador) que pueden ser considerados como componentes, aunque en realidad sean circuitos que llevan integrados millones de componentes. En la actualidad existe un número elevado de componentes activos, siendo usual, que un sistema electrónico se diseñe a partir de uno o varios componentes activos cuyas características lo condicionará. Esto no sucede con los componentes pasivos. En la siguiente tabla se muestran los principales componentes activos junto a su función más común dentro de un circuito. 3.1.1 FUNCIONES NO LINEALES Los sistemas no lineales representan funciones cuyo comportamiento no es expresable como la suma de los comportamientos de sus descriptores. Las funciones no lineales no cumplen ningun requerimiento para la linealizacion de un sistema. Entre las funciones no lineales tenemos:  Funciones cuadraticas  Funciones exponenciales  Funciones logaritmicas. Componente

Función más común

Amplificador operacional Amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.

Biestable

Control de sistemas secuenciales.

PLD

Control de sistemas digitales.

Diac

Control de potencia.

Diodo

Rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión.

Diodo Zener

Regulación de tensiones.

FPGA

Control de sistemas digitales.

Memoria

Almacenamiento digital de datos.

Microprocesador

Control de sistemas digitales.

Microcontrolador

Control de sistemas digitales.

Pila

Generación de energía eléctrica.

Tiristor

Control de potencia.

Puerta lógica

Control de sistemas combinacionales.

Transistor

Amplificación, conmutación.

Triac

Control de potencia.

3.1.2 Lámpara incandescente: Una lámpara incandescente es un elemento no lineal puesto que la resistencia de su filamento depende de la temperatura del mismo, y ´esta a su vez depende, entre otras variables, de la corriente que por ´el circule. De modo que no se puede establecer una relación de proporcionalidad directa entre la tensión, V, que se aplique a sus extremos y la corriente circulante, I.

Se puede afirmar entonces que en lugar de la conocida relación V = R I, que es lineal sólo para resistencias R constantes, en el caso de la lámpara incandescente debe escribirse, por ejemplo V = R(I) 3.1.3 Resistencia dinámica: Dado un elemento de circuito para el que la relación entre la caída de potencial V entre sus extremos y la corriente I que entre ellos circula, puede describirse mediante una expresión diferenciable del tipo F(V, I, p) = 0 3.1.4 Diodo común: El diodo es un importante elemento no lineal que permite la circulación de corriente en un solo sentido. Esto significa, por ejemplo, que si entre sus terminales se aplica tensión alterna, sólo circulará corriente a través de ´el, en la mitad de los semiciclos.

Figura 1. Diodos 3.1.5 Diodo rápido: La velocidad de conmutación de un diodo real, esto es, la velocidad con que puede pasar del estado de no-conducción al de conducción o viceversa, es limitada. Esto significa, por ejemplo, que si a un diodo real que está en estado de no-conducción porque la diferencia de potencial entre sus extremos es nula, se le aplica súbitamente una polarización positiva, no pasarla instantáneamente al estado de conducción. 3.1.6 Diodo Zener: En la zona de polarización directa el Zener se comporta como un diodo común, pero cuando es polarizado en inversa existe una tensión, VZ, denominada tensión Zener o tensión de ruptura, en la que el diodo permite la circulación de corriente sin que varíe, prácticamente, la caída de tensión entre sus extremos.

Figura 2. Curva característica del Diodo Zener

3.1.7 Diodo LED: El diodo LED (Light Emitting Diode, o diodo emisor de luz) tiene la particularidad de emitir luz cuando está en estado de conducción. Los colores fácilmente disponibles en la actualidad son rojo, amarillo, verde y azul, pero también existen LEDs que emiten en el infrarrojo y el ultravioleta. Para distinguirlos entre sı, se habla entonces de LEDs rojos, amarillos, verdes, etc. Desde el punto de vista eléctrico los LEDs presentan curvas características parecidas a las de los diodos comunes. La principal diferencia entre ellas es el valor de la tensión umbral, Vd, que para los LEDs resulta ser mayor que la correspondiente a los diodos comunes y dependiente del color. Para LEDs rojos se tiene, típicamente, 1.6V ≤ Vd 3.2 DISPOSITIVOS LINEALES Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su correcto funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito. Los componentes pasivos se dividen en: Componente

Función más común

Condensador

Almacenamiento de energía, filtrado, adaptación impedancia.

Inductor o Bobina

Almacenar o atenuar el cambio de energía debido a su poder de autoinducción.

Resistor o Resistencia

División de intensidad o tensión, limitación de intensidad.

3.2.1 FUNCIONES LINEALES Una función lineal es una función polinómica de primer grado; es decir, una función cuya representación en el plano cartesiano es una línea recta. Esta función se puede escribir como:

y =0,5X+ 2 Y=-x+5

Figura 3. Respuesta de las funciones lineales. Un requerimiento para que un sistema sea lineal son:

  

Homogeneidad. Aditividad. Invariabilidad en el tiempo.

Pruebas de linealidad:  Linealidad estatica  Fidelidad sinusoidal 3.2.2 HOMOGENEIDAD Cuando una función es homogenia cuando un cambio de amplitud en la señal de entrada, produce una variación proporcional en la señal de salida.

Figura 4. Homogeneidad de una funcion. 3.2.3 ADITIVIDAD. Una función es aditiva cuando la señal de salida es igual a la suma de las salidas generadas por las diferentes señales de entrada.

Figura 5. Aditividad de una funcion. 3.3.3 INVARIAVILIDAD EN EL TIEMPO Significa que al mover la señal de entrada en el tiempo se produce un movimiento idéntico en la señal de salida.

Figura 6. Invariavilidad en el tiempo de una funcion. 3.3.4 linealidad Estatica. Significa que la señal de salida es la multiplicación de una señal de entrada por una constante.

Figura 5. Linealidad Estatica de una funcion. 3.3.5 FIDELIDAD SINUSOIDAL Si la entrada de un sistema lineal es una señal sinusoidal, la salida será también una onda sinusoidal con la misma frecuencia. CONCLUSIONES:  Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo.  Los sistemas no lineales representan funciones cuyo comportamiento no es expresable como la suma de los comportamientos de sus descriptores.  Los dispositivos no lineales necesitan de una curva caracteristica par su funcionamiento y uso  Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su correcto funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.  Una función lineal es una función polinómica de primer grado; es decir, una función cuya representación en el plano cartesiano es una línea recta.

BIBLIOGRAFIA https://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nico www.slideshare.net/pablillo/dispositivos-electrnicos es.scribd.com/doc/1011362/circuitos-y-dispositivos-electronico TeoriaCircuitosNoLineales.pdf consideraciones_para_el_analisis_y_disenio_de_Sistemas_de_control.pdf Ingenieria De Control Moderna 3 Edicion - K. Ogata - Sistemas Lineales http://circuitos-de-electronica.blogspot.com/2007/10/clasificacin-de-los-circuitos.html