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Prefacio

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    ¡Bienvenidos a la tercera edición de este texto! La primera edición fue escrita alrededor de 1990 y fue publicada por West Publishing. El título fue luego comprado por Delmar/Thomson/Cengage algunos años después y alrededor del año 2000 se escribió una nueva edición (aunque nunca fue etiquetada como segunda edición). Esa versión agregó un manual de laboratorio complementario. A principios de la década de 2000 el texto pasó de tapa dura a tapa blanda, y a principios de 2016, Cengage decidió devolverme los derechos de autor a mí, el autor original y singular. Habiendo producido ya una serie de títulos REA (Open Educational Resource), incluido un texto de microcontrolador utilizando la plataforma Arduino y numerosos manuales de laboratorio que cubren circuitos de CC, circuitos de CA, programación Python y dispositivos electrónicos discretos, fue una decisión obvia ir por la misma ruta con esto libro. Esta tercera edición incluye nuevos CI de especialidad y reescrituras de ciertas secciones. Si necesita información sobre ICs heredados obsoletos como el NE565, ICL8038, etc., está disponible una segunda edición REA (y para ustedes fanáticos de la computación analógica, queda el Capítulo 10). El manual de laboratorio REA para acompañar este texto también se ha actualizado a la tercera edición. Cuenta con nuevos ejercicios y expansiones de los ya existentes. Si tienes alguna duda respecto al texto o manual de laboratorio, o estás interesado en contribuir al proyecto, no dudes en ponerte en contacto conmigo. Por último, tenga en cuenta que las versiones más recientes de todos mis textos y manuales de REA sobre electrónica, análisis de circuitos y programación se pueden encontrar en mi sitio web MVCC así como en mi sitio espejo: www.dissidents.com El Prefacio original sigue, ligeramente modificado.

    El objetivo de este texto, como su nombre lo indica, es permitir que el lector sea competente en el análisis y diseño de circuitos utilizando CI lineales modernos. Progresa desde los bloques de construcción fundamentales del circuito hasta los sistemas de conversión analógico/digital. El texto está destinado a ser utilizado en un curso de segundo año de Amplificadores Operativos a nivel Asociado, o para un curso de nivel junior a nivel Bachillerato. Para hacer un uso efectivo de este texto, los alumnos ya deberían haber cursado un curso de circuitos básicos de transistores discretos, y tener una sólida formación en álgebra y trigonometría, junto con la exposición a fasores. El cálculo se utiliza en ciertas secciones del texto, pero en su mayor parte, su uso se mantiene al mínimo. Para los estudiantes sin antecedentes de cálculo, estas secciones pueden omitirse sin pérdida de continuidad. (La única excepción a esto es el Capítulo Diez, Integradores y Diferenciadores, que se basa en el conocimiento del cálculo).

    Al escribir este texto, he tratado de que sea ideal tanto para el profesor como para el alumno. En lugar de inundar al estudiante con página tras página de fórmulas aisladas y colecciones de hechos y cifras disjuntas, este texto se basa en construir primero una base sólida. Si bien puede tomar solo un poco más de tiempo “entrar” en el amplificador operativo que un enfoque más tradicional, el desembolso inicial de tiempo se ve recompensado con una comprensión más profunda y una mejor retención del material posterior. Traté de evitar crear fórmulas de la nada, como suele hacerse en aras de la conveniencia en los textos técnicos. En cambio, me esforcé por proporcionar suficiente material de antecedentes y pruebas para que el estudiante nunca se quede preguntándose de dónde vinieron fórmulas particulares, o peor aún, llegando a la conclusión de que o son demasiado difíciles de entender por completo, o son de alguna manera “mágicas”.

    El texto se puede dividir en dos secciones principales. La primera sección, compuesta por los Capítulos Uno al Seis, puede verse como la base del amplificador operacional. Aquí, se utiliza una presentación metódica, paso a paso, para introducir el amplificador operacional idealizado básico, y eventualmente examinar sus limitaciones prácticas con gran detalle. Estos capítulos deben presentarse en orden. Los seis capítulos restantes comprenden una selección de aplicaciones populares, incluyendo regulación de voltaje, osciladores y filtros activos, por nombrar algunas. Si bien no es imperativo que estos capítulos se presenten en el orden dado (o para el caso, que todos estén cubiertos), el arreglo actual probablemente dará como resultado la progresión más natural. Trate estos capítulos como material de referencia de la aplicación y dé forma a la presentación a sus necesidades.

    Hay algunos puntos que vale la pena destacar sobre ciertos capítulos. Primero, el Capítulo Uno presenta material sobre decibelios, gráficas de Bode y el amplificador diferencial, que es el corazón de la mayoría de los amplificadores operativos. Este capítulo puede omitirse si su plan de estudios cubre estos temas en un curso de semiconductores discretos o análisis de circuitos. En este caso, se recomienda que los alumnos escaneen el capítulo para familiarizarse con la nomenclatura utilizada posteriormente en el texto. Como parte del enfoque en los fundamentos, se presenta un capítulo separado sobre retroalimentación negativa (Capítulo Tres). Este capítulo examina las cuatro conexiones básicas de retroalimentación negativa que podrían usarse con un amplificador operativo, y detalla la acción de la retroalimentación negativa en general. Destaca la popular forma serie-paralelo (VCVS o amplificador de voltaje no inversor) para mostrar cómo se ven afectados el ancho de banda, la distorsión, la impedancia de entrada, etc. El Capítulo Seis presenta una variedad de dispositivos modernos de propósito especial para tareas específicas, como alta corriente de carga, operación programable y muy alta velocidad. En el Capítulo Once se da un tratamiento extenso de los filtros activos. A diferencia de muchos textos que utilizan un enfoque de “memorizar esto” para este tema, el Capítulo Once se esfuerza por explicar el funcionamiento subyacente de los circuitos, pero lo hace sin el requisito matemático más avanzado del tratamiento de ingeniería clásica. El capítulo final, el Capítulo Doce, sirve como puente entre los mundos analógico y digital, cubriendo esquemas de conversión de analógico a digital a analógico. Tenga en cuenta que se han escrito libros enteros sobre los temas de filtros activos y sistemas analógicos/digitales. Los capítulos Once y Doce están diseñados como introducciones a estos temas, no como la palabra definitiva y exhaustiva.

    Al inicio de cada capítulo hay un conjunto de objetivos de capítulo. Estos señalan los principales temas de importancia que se discutirán. Siguiendo los objetivos del capítulo es una introducción. La introducción prepara el escenario para la próxima discusión, y pone el capítulo en perspectiva con el texto en su conjunto. Al final de cada capítulo hay un resumen y un conjunto de preguntas de revisión. Las preguntas de revisión son de carácter general y están diseñadas para probar la retención de conceptos de circuito y sistema. Por último, cada capítulo tiene un conjunto de problemas. Para la mayoría de los capítulos, los problemas se desglosan en cuatro categorías: problemas de análisis, problemas de diseño, problemas de desafío y problemas de simulación por computadora (SPICE). Un punto importante aquí fue en incluir problemas tanto de variedad como de número suficientes. También se puede encontrar un tema ampliado de cobertura opcional al final de muchos capítulos. Un tema extendido está diseñado para presentar discusiones y detalles adicionales sobre una cierta porción de un capítulo. Esto permite personalizar la presentación del capítulo hasta cierto punto. No todos querrán cubrir todos los temas extendidos. Incluso si no se utilizan como parte de la carrera normal del curso, sí permiten una lectura lateral interesante, posibles asignaciones externas y puntos de lanzamiento para discusiones más involucradas.

    Integrados con el texto hay ejemplos que utilizan populares paquetes de simulación de circuitos basados en Spice y derivados como las ofertas comerciales NI Multisim y Orcad PSpice, o versiones gratuitas como TINA-TI y LTspice de Linear Technology de Texas Instruments. Si no estás usando simulaciones por computadora en tus cursos, es posible que estos ítems se salten con poca pérdida de continuidad, sin embargo, si estás usando simulaciones, creo que encontrarás que este enfoque integrado puede valer mucho la pena. Generalmente, no se deben utilizar simulaciones en lugar de un análisis tradicional, y con esto en mente, muchos de los ejemplos se utilizan para verificar los resultados de cálculos manuales, o para investigar efectos de segundo orden que de otra manera podrían llevar demasiado tiempo. Las simulaciones por computadora también son muy valiosas en el aula y laboratorio como medio para plantear preguntas “qué pasaría si”. Algunos de los elementos explorados incluyen los efectos de diferentes modelos de amplificador operacional, la sensibilidad a los barridos de parámetros y el uso del análisis de Monte Carlo para investigar los diferenciales de producción típicos. Los circuitos se presentan utilizando la ventana de captura esquemática de Multisim. Aunque se muestran el editor esquemático y las herramientas gráficas de salida de Multisim, las cifras serían similares en otros paquetes populares. En este nivel, las diferencias entre las cifras de entrada y salida de los distintos paquetes son en gran parte cosméticas. En general, cualquier simulador basado en especias de calidad será suficiente para los circuitos presentados en este libro.

    Por último, hay dos elementos incluidos en este texto que siempre anhelé cuando era estudiante. En primer lugar, además de los ejemplos tradicionales de circuitos utilizados para explicar el funcionamiento del circuito, se han incluido una serie de esquemas para mostrar cómo un determinado tipo de circuito podría ser utilizado en el mundo real. Una cosa es leer cómo funciona un rectificador de precisión, otra muy distinta es ver cómo se está utilizando uno en un amplificador de potencia de audio como parte de un esquema de protección contra sobrecarga.

    El segundo elemento trata sobre el estilo de escritura de este texto. He tratado de ser directo y conversacional, sin ser demasiado lindo o “hablador”. El cuerpo de este texto no está escrito en voz formal pasiva. No se pretende que sea impersonal y frío. En cambio, está destinado a sonar como si alguien te estuviera explicando los temas sobre tu hombro. Se pretende atraerlo al tema, y llamar su atención. A lo largo de los años, he notado que algunas personas sienten que para ser tomadas en serio, un tema debe abordarse de manera desapegada, casi antiséptica. Si bien coincido en que esta mentalidad es crucial para poder realizar un buen experimento, no se traduce particularmente bien a los libros de texto, especialmente a nivel de licenciatura. El resultado, lamentablemente, es un libro minucioso pero completamente ilegible. Si a los profesores les parece poco interesante un texto, no debería sorprender que los alumnos sientan lo mismo. Espero que este texto le resulte serio, completo y atractivo.


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