1.1: Introducción

Antes de que podamos comenzar nuestro estudio del amplificador operacional, es muy importante que ciertos elementos de fondo estén en su lugar. El propósito de este capítulo es presentar los conceptos y herramientas de análisis muy útiles asociados con el esquema de medición de decibelios y el dominio de frecuencia. También estaremos examinando el amplificador diferencial que sirve como el corazón de la mayoría de los amplificadores operativos. Con un profundo conocimiento práctico de estos elementos, encontrará que el diseño y el análisis de circuitos procederán a un ritmo mucho más rápido y eficiente. Considera este capítulo como una inversión en el tiempo, y trátelo adecuadamente.

El esquema de medición de decibelios tiene un uso muy amplio, particularmente en el campo de las comunicaciones. Estaremos examinando sus ventajas sobre el sistema ordinario de medición, y cómo convertir valores de una forma en la otra. Uno de los parámetros más importantes de un circuito es su respuesta de frecuencia. Para ello, veremos las representaciones generales en el dominio de frecuencia de la ganancia y fase de un circuito. Esto incluirá técnicas de análisis y gráficos tanto manuales como generados por computadora. Si bien nuestro énfasis principal eventualmente se concentrará en la aplicación con amplificadores operativos, las técnicas exploradas se pueden aplicar por igual a circuitos discretos. En efecto, nuestros ejemplos iniciales usarán circuitos simples discretos o de caja negra exclusivamente.

Finalmente, examinaremos el funcionamiento de CC y CA del amplificador diferencial. Se trata de un amplificador que utiliza dos dispositivos activos y ofrece entradas duales. Ofrece ciertas características que lo hacen adecuado como la primera sección de la mayoría de los amplificadores operativos.

1.1.1: Convención de nomenclatura de variables

Un elemento que a menudo confunde a los alumnos de casi cualquier materia es la nomenclatura. Es importante, entonces, que decidamos desde un principio una convención consistente de nomenclatura. A lo largo de este texto, estaremos examinando numerosos circuitos que contienen varios componentes pasivos y activos. Estaremos interesados en una variedad de parámetros y señales. Aunque utilizaremos las convenciones estándar, como\(f_c\) para la frecuencia crítica y\(X_c\) para la reactancia capacitiva, existen muchas otras posibilidades. Para mantener la confusión al mínimo, utilizaremos las siguientes convenciones en nuestras ecuaciones para nombrar dispositivos y señales que no han sido estandarizados.

\(R\)	Resistencia (CC o componente de circuito real)
\(r\)	Resistencia (equivalente a CA, donde la fase es 0 o se ignora)
\(C\)	Capacitor
\(L\)	Inductor
\(Q\)	Transistor (bipolar o FET)
\(D\)	Diodo
\(V\)	Voltaje (CC)
\(v\)	Voltaje (CA)
\(I\)	Corriente (CC)
\(i\)	Corriente (CA)

Las resistencias, capacitores e inductores se diferencian a través de un subíndice que generalmente se refiere al dispositivo activo al que está conectado. Por ejemplo,\(R_E\) es una resistencia de polarización de CC conectada al emisor de un transistor, mientras que\(r_C\) se refiere a la resistencia equivalente de CA vista en el colector de un transistor. \(C_E\)se refiere a un condensador conectado al cable emisor de un transistor (muy probablemente un condensador de derivación o acoplamiento). Tenga en cuenta que los subíndices relacionados con el dispositivo siempre se muestran en mayúsculas, con una excepción: Si la resistencia o capacitancia es parte del modelo del dispositivo, el subíndice se mostrará en minúsculas para distinguirlo de los componentes del circuito externo. Por ejemplo, se llamaría la resistencia dinámica de CA de un diodo\(r_d\). Si no hay dispositivos activos presentes, o si existen varios elementos en el circuito, se utiliza un esquema de numeración simple, como\(R_1\). En circuitos muy complejos, se le dará un nombre específico a componentes particularmente importantes, como en\(R_{source}\).

Los voltajes normalmente reciben un subíndice de dos letras que indica los nodos en los que se mide. \(V_{CE}\)es el potencial de CC desde el colector hasta el emisor de un transistor, mientras que\(v_{BE}\) indica la señal de CA que aparece a través de la unión base-emisor de un transistor. Un subíndice de una sola letra, como en\(V_B\), indica un potencial relativo al suelo (en este caso, potencial base a tierra). Las excepciones a esta regla son las fuentes de alimentación, a las que se les da un subíndice de doble letra que indica el punto de conexión (\(V_{CC}\)es la fuente de alimentación del colector), y potenciales particularmente importantes que se denominan directamente, como en\(v_{in}\) (voltaje de entrada de CA) y\(V_{R1}\) (voltaje de CC que aparece a través de \(R_1\)). Si una ecuación para un potencial específico es válida tanto para los circuitos equivalentes de CA como de CC, se prefiere la forma en mayúscula (esto hace que las cosas sean mucho más consistentes con la gran mayoría de los circuitos de amplificador operacional que están acoplados directamente y, por lo tanto, pueden amplificar señales de CA y CC). Las corrientes se nombran de manera similar, pero generalmente usan un solo subíndice que se refiere al nodo de medición (\(I_C\)es la corriente del colector de CC). Todos los demás artículos se nombran directamente. Al usar este esquema, siempre podrá determinar si el ítem expresado en una Ecuación es un equivalente de CC o CA, su ubicación aproximada del circuito y otros factores al respecto.