Amplificadores

Ventaja práctica de los dispositivos activos

El beneficio práctico de los dispositivos activos es su amplificación capacidad. Ya sea que el dispositivo en cuestión esté controlado por voltaje o por corriente, la cantidad de energía requerida de la señal de control es típicamente mucho menor que la cantidad de energía disponible en la corriente controlada. En otras palabras, un dispositivo activo no solo permite que la electricidad controle la electricidad; permite un pequeño cantidad de electricidad para controlar una gran cantidad de electricidad.

Debido a esta disparidad entre controlar y controlado potencias, se pueden emplear dispositivos activos para gobernar una gran cantidad de potencia (controlada) mediante la aplicación de una pequeña cantidad de potencia (control). Este comportamiento se conoce como amplificación .

Ley de conservación de la energía en las máquinas

Es una regla fundamental de la física que la energía no se puede crear ni destruir. Declarada formalmente, esta regla se conoce como Ley de Conservación de Energía y hasta la fecha no se han descubierto excepciones. Si esta Ley es cierta, y una abrumadora masa de datos experimentales sugiere que lo es, entonces es imposible construir un dispositivo capaz de tomar una pequeña cantidad de energía y transformarla mágicamente en una gran cantidad de energía. Todas las máquinas, incluidos los circuitos eléctricos y electrónicos, tienen un límite superior de eficiencia del 100 por ciento. En el mejor de los casos, la salida es igual a la entrada como se muestra en la siguiente figura.

La potencia de salida de una máquina puede acercarse, pero nunca superar, la potencia de entrada para una eficiencia del 100% como límite superior.

Por lo general, las máquinas ni siquiera alcanzan este límite, perdiendo parte de su energía de entrada en forma de calor que se irradia al espacio circundante y, por lo tanto, no forma parte de la corriente de energía de salida. (Figura siguiente)

Una máquina realista suele perder parte de su energía de entrada en forma de calor al transformarla en el flujo de energía de salida.

Máquinas de movimiento perpetuo

Mucha gente ha intentado, sin éxito, diseñar y construir máquinas que produzcan más potencia de la que consumen. No solo un movimiento perpetuo de este tipo máquina prueba que la Ley de Conservación de la Energía no era una Ley después de todo, pero marcaría el comienzo de una revolución tecnológica como el mundo nunca ha visto, ya que podría alimentarse en un circuito circular y generar energía excedente de forma “gratuita”. (figura a continuación)

¿La hipotética “máquina de movimiento perpetuo” se potencia sola?

A pesar de mucho esfuerzo y muchas afirmaciones sin escrúpulos de "energía libre" o unidad excesiva máquinas, nadie ha pasado la simple prueba de alimentarse a sí mismo con su propia producción de energía y generar energía de sobra.

Amplificadores

Sin embargo, existe una clase de máquinas conocidas como amplificadores , que pueden recibir señales de pequeña potencia y señales de salida de mucha mayor potencia. La clave para comprender cómo pueden existir los amplificadores sin violar la Ley de Conservación de Energía radica en el comportamiento de los dispositivos activos.

Debido a que los dispositivos activos tienen la capacidad de controlar una gran cantidad de energía eléctrica con una pequeña cantidad de energía eléctrica, pueden disponerse en circuito para duplicar la forma de la señal de entrada de energía de una mayor cantidad de energía suministrada por una fuente de energía externa. El resultado es un dispositivo que parece magnificar mágicamente la potencia de una pequeña señal eléctrica (generalmente una forma de onda de voltaje de CA) en una forma de onda de forma idéntica de mayor magnitud.

La Ley de Conservación de Energía no se viola porque la energía adicional es suministrada por una fuente externa, generalmente una batería de CC o equivalente. El amplificador no crea ni destruye energía, sino que simplemente la transforma en la forma de onda deseada, como se muestra en la figura siguiente.

Si bien un amplificador puede escalar una pequeña señal de entrada a una gran salida, su fuente de energía es una fuente de alimentación externa.

En otras palabras, el comportamiento de control de corriente de los dispositivos activos se emplea para dar forma Energía de CC de la fuente de energía externa en la misma forma de onda que la señal de entrada, produciendo una señal de salida de forma similar pero de magnitud de potencia diferente (mayor). El transistor u otro dispositivo activo dentro de un amplificador simplemente forma una copia más grande de la forma de onda de la señal de entrada a partir de la potencia de CC "bruta" proporcionada por una batería u otra fuente de alimentación.

Limitaciones de los amplificadores

Los amplificadores, como todas las máquinas, tienen una eficiencia limitada a un máximo del 100 por ciento. Por lo general, los amplificadores electrónicos son mucho menos eficientes que eso y disipan cantidades considerables de energía en forma de calor residual. Debido a que la eficiencia de un amplificador es siempre del 100 por ciento o menos, nunca se puede hacer que uno funcione como un dispositivo de "movimiento perpetuo".

El requisito de una fuente de alimentación externa es común a todos los tipos de amplificadores, eléctricos y no eléctricos. Un ejemplo común de un sistema de amplificación no eléctrico sería la dirección asistida en un automóvil, que amplifica la potencia de los brazos del conductor al girar el volante para mover las ruedas delanteras del automóvil. La fuente de energía necesaria para la amplificación proviene del motor. El dispositivo activo que controla la "señal de entrada" del conductor es una válvula hidráulica que transporta la energía del fluido desde una bomba unida al motor a un pistón hidráulico que ayuda al movimiento de la rueda. Si el motor deja de funcionar, el sistema de amplificación no amplifica la potencia del brazo del conductor y el automóvil se vuelve muy difícil de girar.

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