Circuito Promediador Analógico Simple: Un Promediador de Voltaje Práctico

Circuito Promediador Analógico Simple

Componentes y Materiales

• Tres baterías de voltajes diferentes
• Tres resistencias idénticas (10 kΩ–47 kΩ)

Al seleccionar las resistencias, usa un óhmetro para elegir tres que tengan el valor más cercano posible. La precisión es crítica para este experimento.

Referencias Cruzadas

"Lessons In Electric Circuits", Volumen 1, Capítulo 10: "Análisis de Redes CC".

Objetivos de Aprendizaje

• Demostrar cómo una red de resistencias puede promediar tres señales de voltaje
• Aplicar el Teorema de Millman a un circuito práctico

Diagrama Esquemático

Ilustración

Instrucciones

Este circuito engañosamente simple realiza una sola operación matemática: promediar tres señales de voltaje. Construye el circuito exactamente como se muestra y mide el voltaje de cada batería con un voltímetro. Anota las lecturas (E₁, E₂, E₃), luego calcula el promedio algebraico: (E₁ + E₂ + E₃)/3.

Al medir, mantén la punta negra en la tierra común del circuito (el lado de la batería conectado por cables puente) y la punta roja en el terminal opuesto. Observa la polaridad: una batería está cableada "al revés" respecto a las otras dos; su voltaje aparecerá negativo en un medidor correctamente conectado.

Conectando el voltímetro al nodo indicado en el esquema debería mostrar el promedio algebraico de los tres voltajes de batería. Con resistencias bien igualadas, el voltaje de salida coincidirá con el promedio calculado con alta precisión.

Quitar una batería cambia la salida: el circuito promediará los voltajes restantes, o si se puentearan los cables de la batería desconectada, promediará los dos voltajes restantes más 0 V, produciendo una salida menor.

La velocidad del circuito está limitada solo por la propagación del voltaje a través de la red resistiva, efectivamente a la velocidad de la luz. Aunque las computadoras analógicas como esta no son tan precisas como los sistemas digitales, sobresalen en cálculos de tiempo continuo como diferenciación e integración, una vez amplificadas y combinadas con circuitos adicionales.

Simulación por Computadora

Esquemático con números de nodo SPICE:

Netlist (crea un archivo de texto que contenga lo siguiente exactamente):

Promediador de voltaje
v1 1 0
v2 0 2 dc 9
v3 3 0 dc 1.5
r1 1 4 10k
r2 2 4 10k
r3 3 4 10k
.dc v1 6 6 1
.print dc v(4,0)
.end

Este modelo SPICE permite simular la operación de promediado analógico en una computadora digital, útil para aprender sobre simulación de circuitos más que para cálculos prácticos.

Hojas de Trabajo Relacionadas

• Hoja de Trabajo del Teorema de Millman