Principios de análisis instrumental

L os circuitos más modernos que actúan sobre la señal analógica han tenido gran aceptación porque utilizan una clase de circuitos integra– dos conocidos como amplificadores operacionales o AO. Los amplificadores operacionales se encuentran ampliamente distribuidos. Abra cualquier instrumento o pieza de un equipo electrónico o inspeccione cual– quier esquema de algún instrumento y encontrará uno o varios amplificadores operacionales. Este hecho, junto con la facilidad con la que realizan funciones relati– vamente complejas, recalca la importancia de entender los principios de operación de estos amplificadores. En este capítulo se tratan varios amplificadores operacio– nales y sus aplicaciones, y se investigan sus propieda– des, ventajas y limitaciones. ~ En todo el capítulo, este logotipo indica la oportuni– ~ dad de autoaprendizaje en línea en www.tinyurl.com/ skoogpia7*; le enlaza con clases interactivas, simu– Laciones y ejercicios. 'Este material se encuentra disponible en inglés. 52 3A PROPIEDADES DE LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES El nombre de los amplificadores operacionales proviene de la aplicación original que tenían en las computadoras analógicas, en las que se utilizaban para efectuar operaciones matemáticas como sumas, multiplicaciones, derivación e integración. 1 Asimismo, los amplificadores operacionales se utilizan mucho en las mediciones precisas de voltaje, intensidad de corriente y resistencia, las cua– les son variables que se miden con los transductores que vienen incorporados en los instrumentos químicos. Este tipo de ampli– ficadores también son muy útiles como fuentes de corriente y de voltaje constantes. 2 3A.1 Simbolos para los amplificadores operacionales En la figura 3.1 se ilustra una representación de un circuito equi– valente de un amplificador operacional. En la figura, los voltajes de entrada se representan mediante v+ y v _. La diferencia de vol– taje de entrada v, es la diferencia entre las dos tensiones, es decir, v, - v + - v _. Las conexiones de la fuente de poder se llaman + FP y - FP y por lo regular son de + 1S y -1S V cd, o bien, algunas veces +S y -S V. La llamada ganancia de lazo abierto del ampli– ficador operacional se muestra como A, y el voltaje de salida V 0 es V 0 =Av,. Finalmente, Z¡ y Z 0 son las impedancias de entrada y de salida del amplificador operacional. La señal de entrada puede ser ca o cd y la señal de salida tiene que corresponder con esto. 3 Observe que todos los voltajes de los circuitos del amplificador operacional se miden respecto al circuito común que se ilustra en la figura 3.1. Con frecuencia, al circuito común o básico se le llama en forma errónea tierra. Estos términos se definen con mayor cuidado y su significado se analiza en la sección 3A.2. 'Si desea información general sobre electrónica. computadoras e instrumentos, sin olvidar los amplificadores operacionales y sus características, refiérase a H. V. Malmstadt, C. G. Enke y S. R. Crouch, Microcomputers and Electronic Instrumenta– /ion: Making the Right Connections, Washington, DC: American Chemical Society, 1994; P. Horowitz y W. Hill, The Art of Electronics, 2a. ed., New York: Cambridge University Press, 1989. 2 Para información más detallada sobre los amplificadores operacionales consulte S. Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog lntegrated Circuits, New York: McGraw-Hiii, 2014. 3 En todo el libro se sigue la convención de usar letras mayúsculas l , V y Q para representar respectivamente la corriente, el voltaje y la carga en la corriente directa o continua, y con minúsculas se representan las cantidades ca: i, v y q.