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7.1: Introducción a los amplificadores de acoplamiento directo

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    Los amplificadores operacionales incorporan configuraciones de circuito que pueden ser relativamente desconocidas para el diseñador de circuitos con un fondo en otras áreas. La comprensión de estas técnicas especiales es necesaria para el uso más efectivo de los amplificadores operativos.

    Uno de los problemas más desafiantes surge en el diseño de la etapa de entrada de un amplificador operacional. Una consideración importante es que esta etapa proporciona ganancia a frecuencia cero. Por lo tanto, no se pueden utilizar las técnicas de polarización isual que incorporan capacitores que reducen la ganancia de baja frecuencia. Los circuitos que proporcionan ganancia útil a frecuencia cero se denominan amplificadores de acoplamiento directo o de corriente continua (d-c). El diseño de la etapa de entrada de acoplamiento directo (Obviamente es necesario que todas las etapas de un amplificador operacional estén acopladas directamente si el circuito completo va a proporcionar ganancia útil a frecuencia cero. Aquí se hace énfasis en la etapa de entrada porque representa el problema de diseño más desafiante.) de un amplificador operacional se complica aún más por el hecho de que debe tener baja corriente de entrada.

    Los amplificadores de acoplamiento directo también son útiles además de ser la etapa de entrada de un amplificador operacional. Las aplicaciones incluyen el procesamiento de ciertas señales de origen biológico o geológico que pueden contener componentes significativos a una fracción de un hercio. Aunque teóricamente se pueden usar amplificadores de paso de banda para tales señales, los diversos condensadores requeridos pueden llegar a ser prohibitivamente grandes o costosos. Además, el tiempo de recuperación asociado con capacitores grandes después de sobrecarga o encendido es intolerable en algunas aplicaciones. En otros casos, las señales de interés contienen frecuencias de ciclos por semana, y la respuesta a la frecuencia cero es obligatoria en estas situaciones. Alternativamente, el diseñador puede estar interesado en realizar un amplificador de alta frecuencia, donde la minimización de la capacitancia a tierra en ciertos nodos críticos es de principal preocupación. Si se utiliza un condensador de acoplamiento grande, su capacitancia parásita a tierra puede deteriorar el rendimiento de alta frecuencia.

    El diseño de amplificadores d-c plantea nuevos problemas debido a la deriva asociada con dichos amplificadores. La deriva es un fenómeno por el cual la salida de un amplificador cambia no por un cambio en la tensión de entrada aplicada al amplificador sino en respuesta a cambios en los elementos del circuito. En los circuitos de acoplamiento directo, no es posible distinguir entre una salida que es resultado de una señal de entrada aplicada y una que ocurre en respuesta a la deriva. Por esta razón, la deriva limita la señal mínima de entrada que se puede detectar.

    Se requiere una nueva técnica de circuito para el diseño de un amplificador que proporcione una deriva suficientemente baja para ser útil en aplicaciones d-c. En este capítulo nos concentraremos en un circuito, el amplificador diferencial, que se utiliza casi exclusivamente para la amplificación d-c. Este circuito es particularmente valioso cuando se realiza con transistores bipolares, ya que sus características altamente predecibles se explotan fácilmente para producir un rendimiento de baja deriva. (Un comentario humorístico sobre la dificultad de lograr una realización aceptable del amplificador d-c antes de que se desarrollaran los transistores bipolares modernos se proporciona en L. B. Argumbau y R. B. Adler, Vacuum-Tube Circuits and Transistors, Wiley, Nueva York, 1956 . El capítulo III, sección 15 de este libro se titula “Amplificadores de voltaje directo: por qué evitar construirlos”.)

    La discusión en este capítulo se centra en las técnicas utilizadas para reducir la deriva y la corriente de entrada de un amplificador d-c, y así las técnicas descritas son útiles en una variedad de aplicaciones. Hacia el final de ampliar la aplicabilidad de las técnicas descritas en este capítulo, ciertos aspectos se tratan con mayor detalle de lo necesario para una comprensión básica de los amplificadores operativos. Así, como es el caso con el material sobre los sistemas de retroalimentación, los amplificadores operativos se utilizan como vehículo para ilustrar la tecnología valiosa en una variedad de problemas de diseño de circuitos electrónicos y sistemas. Las formas específicas en que estas técnicas de diseño se incorporan a los amplificadores operativos se reservan para su discusión en secciones posteriores.


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