Principios de análisis instrumental

v, >-----o vo a) +FP 1 1-------- + t i\ '"'""'' 1- de operación linea l + Límite o ---1n - Límite -FP b) FIGURA 3.4 a) Modo de comparador. Observe que el amplificador operacional no tiene retroalimentación y, por tanto, es un amplifica– dor en lazo abierto. b) Voltaje de salida V 0 del amplificador operacio– nal en función de la diferencia de voltaje de entrada v,. Observe que solo una pequeña diferencia de voltaje en las dos entradas ocasiona que la salida del amplificador vaya a un límite o al otro. de alimentación son ± 13 V, 4 el amplificador estaría en uno de los límites excepto para una pequeña región en la que v, 2: -13V/10 6 o v, ~ 13 V/10 6 • Por consiguiente, a menos que v, esté entre -13 f1 V y + 13 11V, la salida está en un límite, como se muestra en la figura 3.4b. Observe también que el signo del voltaje de salida V 0 señala si v+ > v _ o v+ < v _. Si v+ > v _ por más de 13 f!V, la salida está en el límite positivo ( + 13 V en este caso). En cambio, si v _ > v + por más de 13 f!V, la salida está en el límite negativo ( -13 V) . En las seccio– nes 3F y 4C se proporcionan algunas aplicaciones de los circuitos comparadores. 38.2 Seguidor de voltaje En la sección 2A.3 se trató el problema de cargar una fuente de voltaje y distorsionar su salida. Con la finalidad de evitar esta carga, la resistencia de entrada del dispositivo de medición o cir– cuito conectado debe ser mucho mayor que la resistencia interna inherente de la fuente de voltaje. Cuando esta última es un trans– ductor con alta resistencia interna, como un electrodo de vidrio para pH o un electrodo plon, se requiere introducir un circuito conocido como seguidor de voltaje para evitar el error de carga. Un amplificador operacional seguidor de voltaje típico se muestra en la figura 3.5. La impedancia de entrada de los ampli– ficadores operacionales modernos de alta calidad es de 10 12 a 10 1 sO y las impedancias de salida son menores de 1 D. Por tanto, 4 Con frecuencia los límites a los cuales el amplificador operacional puede operar son ligeramente menores que los voltajes de alimentación (± 15 V) debido a las caí– das de voltaje internas en el amplificador. ))) 3B Circuitos para los amplificadores operacionales 55 t Trayectoria de retroalimentación f--o--------1 ;>-----<o------o "o V· +' - ~ FIGURA 3.5 Seguidor de voltaje. La salida del amplificador se conecta en forma directa de regreso a la salida in versora del ampli– ficador. El voltaje de entrada v; se conecta a la entrada no inversora. El voltaje de salida es la suma del voltaje de entrada y la diferencia de voltaje v,. Si el voltaje de salida no está en un límite, v, es muy pequeño. Por tanto, v 0 = v; y el voltaje de salida sigue al voltaje de entrada. la fuente de voltaje conectada a la entrada no inversora no está car– gada por circuitos o medidores conectados a la salida del amplifi– cador V 0 . Además, la salida tiene el mismo voltaje que la entrada, pero aislado de ella. El seguidor de voltaje es un amortiguador casi ideal que protege a las fuentes de alta impedancia de ser cargadas. Cuando la señal de salida de un amplificador operacional se conecta a una de las entradas, el proceso se denomina retroa– limentación . En el caso del seguidor de voltaje, la señal de salida se conecta a la entrada inversora de modo que sea de sentido opuesto al de la señal de entrada V;. Este tipo de retroalimentación que reduce los errores se llama retroalimentación negativa. En realidad, v, no es cero en los circuitos seguidores de vol– taje. Siempre debe haber un pequeño error, dado por v,, para pro– ducir el voltaje de salida del amplificador. En el caso del seguidor, es posible escribir, de acuerdo con la ley de voltaje de Kirchhoff que, V 0 =V;+ V 5 (3.1) Si el amplificador no está en un límite, v, = -v 0 /A. Al sustituir en la ecuación 3.1, (3.2) Cuando el amplificador no está en un límite, v, debe ser muy pequeño (-13 f!V a + 13 f.! V para un amplificador operacio– nal con una ganancia de 10 6 y límites de ± 13 V). Por tanto, si lvol 2: 10mV, el error v, ~ 0.13%. Para fines prácticos, V 0 =V;. Observe que aunque este circuito tiene una ganancia de voltaje unitaria (v 0 /V; = 1), puede tener una ganancia de poten– cia muy grande porque los amplificadores operacionales tienen impedancias de entradas altas, pero bajas impedancias de salida. Simulación: Aprenda más acerca de los seguidores de voltaje en www.tinyurl.com/skoogpia7 * 'Este material se encuentra disponible en inglés.