INDICE Prefacio 1 Introducción a los amplificadores operacionales 2 Primeras experiencias de un amplificador operacional

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1 INDICE Prefacio XXVII 1 Introducción a los amplificadores operacionales Objetivos de aprendizaje Introducción 1-1Breve bosquejo histórico Los primeros años Nacimiento y desarrollo del amplificador operacional de circuito integrado Progreso en el desarrollo de los amplificadores operacionales Los amplificadores operacionales se especializan El amplificador operacional de propósito general Símbolos y terminales circuito Esquema del circuito 1-3 Encapsulado y terminales Encapsulado Combinación de símbolo y terminales Como identificar o especificar un amplificador operacional El código de identificación Ejemplo de especificación de pedido 1-5 Fuentes secundarias Conexión de circuitos de amplificadores operacionales Fuentes de poder Sugerencias para conectar de amplificadores operacionales 12 Problemas 13 2 Primeras experiencias de un amplificador operacional Objetivos de aprendizaje Introducción 2-1 Terminales de los amplificadores operacionales Terminales de alimentación de corriente Terminales de salida Terminales de entrada Corrientes de polarización de entrada y desviación del voltaje (offset) 2-2 Ganancia de voltaje en lazo abierto Definición Voltaje diferencial de entrada, ED Conclusiones Detectores de cruce por cero Detector no inversor de cruce por cero Detector inversor de cruce por cero Detectores de nivel de voltaje positivo y negativo Detectores de nivel positivo Detectores de nivel negativo 2-5 Aplicación de los detectores de nivel de voltaje Voltaje de referencia ajustable Interruptor activado por sonido Voltímetro luminoso

2 2-5-4 Detector de humo 2-6 Procesamiento de señales con detectores de nivel de voltaje Introducción Convertidor de onda senoidal a cuadrada 2-7 Conexión de una computadora a detectores de nivel de voltaje Introducción Comparador de voltaje cuádruple, LM Modulador de ancho de pulso no inversor Modulador de ancho de pulso no inversores y no inversores Conversión analógica a digital con una microcomputadora Ejercicio de laboratorio 38 Problemas 40 3 Amplificadores inversiones y no inversiones Objetivos de aprendizaje Introducción 3-1 Amplificador inversor Introducción Voltaje positivo aplicado a la entrada inversora Corrientes de carga y de salida Voltaje negativo aplicado a la entrada inversora Voltaje de ca aplicado a la entrada inversora Procedimiento de diseño Procedimiento de análisis Sumador inversor y mezclador de audio Sumador inversor Mezclador de audio Nivel de cd para desviar una señal de ca Amplificador multicanal Necesidad de un Amplificador multicanal Procedimiento de diseño 3-4 Amplificador inversor de promedio Seguidor de voltaje Introducción Empleo del seguidor de voltaje Amplificador no inversor Análisis del circuito Procedimiento de diseño Fuente ideal de voltaje Definición Fuente ideal de voltaje Fuente de voltaje ideal práctica 3-8 Sumador no inversor Operación con alimentación única Amplificadores diferenciales Restador Amplificador inversor y no inversor 3-11 Servoamplificador Introducción Acción de retardo 66 72

3 Ejercicio de laboratorio 75 Problemas 76 4 Comparadores y circuitos de control Objetivos de aprendizaje Introducción 4-1 Efectos del ruido sobre los circuitos comparadores Retroalimentación positiva Introducción Voltaje de umbral superior Voltaje de umbral inferior 4-3 Detector de cruce por cero con cero con histéresis Definición de histéresis Detector de cruce por cero con histéresis como un elemento de 87 memoria 4-4 Detectores de nivel del voltaje con histéresis Introducción Detector no inversor de nivel de voltaje con histéresis Detector inversor de nivel de voltaje con histéresis Detector de nivel de voltaje con ajuste independiente de histéresis y voltaje central Introducción Circuito de control de un cargador de batería Principios del control apagado-encendido (on-off) Compradores en el control de proceso El terrorismo como comparador Directrices para la selección y diseño 4-7 Controlador con 2 puntos de ajuste independiente Principios de operaciones Características de entrada-salida de un controlador con dos puntos independientes ajustables Selección de los voltajes de los puntos de ajuste Circuito de los voltajes de los puntos de ajuste independiente, K Precauciones Comparador de presión 111/ Introducción Operación de la terminal de salida Operación de la terminal de habilidades Detector de ventana Introducción Operación del circuito 4-10 Tiempo de propagación Definición Medición de tiempo de propagación Ejercicio de laboratorio 108 Problemas Algunas aplicaciones de los amplificadores operacionales Objetivos de aprendizaje Introducción 5-1Voltímetro cd de alta resistencia

4 5-1-1 Circuito básico de medición de voltaje Cambio de escala en el voltímetro Voltímetro universal de lata resistencia Operación de circuito Procedimiento de diseño Convertidores de voltaje a corriente: cargas flotantes Control de voltaje la corriente Probador de diodo zener Probador de diodo Probador de diodo emisor de luz Alimentación de corriente constante a un carga conectada a tierra Convertidor de voltaje diferencial a corriente Fuente de corriente constante alta a carga conectada a tierra Conexión de una microcomputadora a una teleimpresora Fuente de corriente de 4 a 20 ma con control digital Medición de corriente de circuito y conversión de corriente a voltaje Introducción Utilización del amplificador operacional para medir corriente de cortocircuito Celda fotoconductora Fotodiodo 5-8 Amplificador de corriente Mediciones de energía de la celda solar Introducción a los problemas Conversión de la corriente de cortocircuito de una celda solar a voltaje Circuito divisor de corriente (convertidor de corriente a corriente) Desfasador Introducción Circuito Desfasador 5-11 Proceso de grabación a velocidad constante Introducción a los problemas del corte de discos Modulación del surco con grabación a velocidad constante Ruido y sobre corte de grabación Solución a los problemas de ruido y sobre corte en grabación Reproducción de la grabación Necesidad de ecualización para la reproducción Niveles de voltaje de señal y ganancia en el preamplificador Operación de circuito preamplificador de reproducción Control de tono Introducción Circuito de control de tono 5-14 Convertidores de temperatura a voltaje Transductor de temperatura AD Termómetro Celsius Termómetro Fahrenheit 144 Ejercicios de laboratorio Problemas Generadores de señal

5 Objetivos de aprendizaje 6-0 Introducción 6-1Multivibrador de oscilación libre Acción del Multivibrador Frecuencia de oscilación Multivibrador de un disparo Introducción Estado estable Transición al estado temporización Estado temporizado Duración del pulso de salida Tiempo de recuperación 6-3 Generadores de onda triangular Teoría de operación Frecuencia de operación Generador unipolar de onda triangular Generador de onda diente de sierra Operación del circuito Análisis de la forma de onda de diente de sierra Procedimiento de diseño Convertidor de voltaje a frecuencia Modulación de frecuencia y de codificación por corrimiento de frecuencia Desventajas 6-5 Modulador demodulador balanceado, el AD Introducción Terminales de entradas-salida Formas de onda de entrada-salida 6-6 Generador de onda triangular y cuadrada de precisión Operación del circuito Frecuencia de oscilación 6-7 Estudio sobre la generación de onda senoidal 6-8 Generador de función trigonométrica universal el AD Introducción Operación de la función senoidal Generador de onda senoidal de precisión Operación de circuito Frecuencia de oscilación Ejercicios de laboratorio 178 Problemas Amplificadores operacionales con diodos Objetivos de aprendizaje Introducción a los rectificadores de presión Rectificadores lineales de media onda Introducción Rectificador inversor lineal de media onda, con salida positiva Rectificador inversor lineal de media onda, con salida negativa Separador de polaridad de señal 7-2 Rectificadores de precisión circuito de valor absoluto

6 7-2-1 Introducción Tipos de rectificadores de precisión de onda completa Detectores de pico Seguidor y retenedor de pico positivo Seguidor y retenedor de pico negativo Convertidor de ca a cd Conversión de ca a cd o circuito MAV Rectificador de precisión con entradas conectadas a tierra Convertidor de ca a cd Circuitos con zona muerta Introducción Circuitos con zona muerta y salida negativa Circuitos con zona muerta y salida positiva Circuitos con zona muerta y salida bipolar Reportador de precisión 7-7 Convertidor de oda triangular a onda senoidal 205 Ejercicios de laboratorio 206 Problemas Amplificadores diferenciales, de instrumentación y de puente 209 Objetivos de aprendizaje Introducción Amplificador diferencial básico Introducción Voltaje en modo común Comparación entre amplificadores diferenciales y amplificadores de una sola entrada Medición con amplificador de entrada Medición con amplificador diferencial Mejoras en el amplificador diferencial básico Incremento de la resistencia de entrada Ganancia ajustable 8-4 Amplificador de instrumentación Operación del circuito Voltaje referencial de salida Detención y medición co el amplificador de instrumentación Terminal sensora Mediciones de voltaje diferencial Convertidor de voltaje diferencial a corriente Amplificador básico de puente Introducción Operación del circuito básico de puente Medición de temperatura con un circuito puente Amplificador de puente y computadora Aumento de flexibilidad al amplificador de puente Transductores conectados a tierra Sensor deformaciones y medición de pequeños cambios de resistencia Introducción al Sensor de deformaciones Material de los sensores

7 8-8-3 Utilización de información obtenida con el sector de deformación Montaje de los sensores de deformaciones cambios de resistencia del Sensor de deformaciones 8-9 Medición de pequeños cambios de resistencia Necesidad de un puente de resistencia Puente básico de resistencia Efectos térmicos en el balance del puente 8-10 Balanceo de un puente de sensores de deformación Técnica obvia Una técnica mejor Aumento en la salida del puente de detectores de deformación Una aplicación practica del practica del detector de deformación Medición de presión, fuerza y peso 242 Ejercicios de laboratorio 243 Problemas Funcionamiento para corriente continua: polarización, desviaciones y deriva Objetivos de aprendizaje 9-0 Introducción Corrientes de polarización de entrada Desviación de corriente de entrada Efectos de las corrientes de polarización en el voltaje de salida Simplificación Efecto de una corriente de polarización de entrada (-) Efecto de la corriente de polarización de entrada (+) Efecto de la desviación de corriente en el voltaje de salida Seguidor de voltaje compensado por corriente Otros amplificadores compensados por corriente resumen sobre la compensación de la corriente de polarización Desviación del voltaje de entrada Definición y modelo Efecto de la desviación del voltaje de entrada en el voltaje de salida Medición de la desviación del voltaje de entrada 9-6 Desviación del voltaje de entrada para el circuito sumador Comparación de la ganancia de señal y de la desviación de voltaje Como no eliminar los efectos de la desviación de voltaje 9-7Anulacion del efectos de la desviación de voltaje y las corrientes de polarización Diseño o análisis de secuencia Circuitos para la anulación de la desviación de voltaje Procedimiento para la anulación del voltaje de salida Deriva Medición de la desviación del voltaje y las corrientes de polarización 266 Ejercicios de laboratorio Problemas Funcionamiento en CA: ancho de banda, velocidad de respuesta, ruido y compensación de frecuencia

8 Objetivos de aprendizaje 10-0 Introducción 10-1Respuesta en frecuencia del amplificador operacional Compensación interna de frecuencia Curva de respuesta en frecuencia Ancho de banda con ganancia unitaria Tiempo de crecimiento Ganancia del amplificador y respuesta en frecuencia Efecto de la ganancia en lazo abierto sobre la ganancia en lazo cerrado de un amplificador para la operación en cd Ancho de banda para pequeña señal: limites de alta y baja frecuencia Ancho de banda de amplificadores inversores y no inversores Obtención del ancho de banca por el método grafico Velocidad de respuesta y voltaje de salida Definición de la velocidad de respuesta Causa de la limitación en la velocidad de respuesta limite de la velocidad de respuesta para ondas senoidales Simplificación de la velocidad de respuesta Ruido en el voltaje de salida Introducción Ruido en los circuitos de amplificadores operacionales Ganancia de ruido Ruido en el sumador inversor Resumen 10-5 Compensación externa de frecuencia Necesidad de Compensación externa de frecuencia Compensación con un solo capacitador Compensación de frecuencia con prealimentación 290 Ejercicios de laboratorio 291 Problemas Filtros activos Objetivos de aprendizaje Introducción Filtro básico pasabajas Introducción Diseño del filtro Respuesta del filtro Introducción al filtro Butterworth Filtro Butterworth de 40 db/década Procedimiento simplificado de diseño Respuesta del filtro Filtro Butterworth pasabajas de -60 db/decada Procedimiento de diseño simplificado Respuesta del filtro Filtro Butterworth pasa-altas Introducción Filtro de 20 db/decada Filtro de 40 db/decada

9 Filtro de 60 db/decada Comparación de las magnitudes y ángulos de fase Introducción a los filtros pasa-banda Respuesta en frecuencia Ancho de banda Factor de calidad Filtro de banda angosta y de banda ancha Filtro básico de banda ancha En cascada Circuito del filtro de banda ancha Respuesta en frecuencia 11-8 Filtros pasa-banda de banda angosta Circuito del filtro de banda angosta Funcionamiento Filtro de octava para ecualizador estereo Filtros de muesca Introducción Teoría de los filtros de muesca Filtro de muesca de 120 Hz Necesidad de un filtro muesca Planteamiento del problema Procedimiento para consumir un filtro de muesca Componentes del filtro pasa banda Montaje final 325 Ejercicios de laboratorio 326 Problemas Modulación, demodulación y cambio de frecuencia co el multiplicador Objetivos de aprendizaje 12-0 Introducción 12-1Multiplicación de voltajes de cd Factor de escala del multiplicador Multiplicadores por cuadrantes Calibración del multiplicador Elevación al cuadrado de un numero o de un voltaje de cd Duplicación de frecuencia Principio del duplicador de frecuencia Elevación al cuadrado de un voltaje senoidal Detección el ángulo de fase Teoría básica Medidor del ángulo de fase Ángulos de fase mayores que +90o Introducción a la modulación de amplitud Necesidad de la amplitud modulada Definición de la modulación de amplitud El multiplicador usado como modulador Matemáticas del adulador balanceado Suma y diferenta de frecuencias Frecuencias de bandas laterales

10 12-6 Amplitud modulada estándar Circuito modulador de amplitud Espectro de frecuencias del modulador estándar de AM Comparación entre moduladores estándar de AM y los 353 balanceados 12-7 Demodulación de un voltaje en amplitud modulada 12-8 Demodulación de un voltaje en amplitud modulado balanceado Modulación y demodulación de banda lateral única Corrimiento de frecuencia Divisor analógico Extractor de raíz cuadrada Receptor universal de amplitud modulada Sintonizador y mezclador Amplificador de frecuencia intermedia Proceso de dirección Receptor universal de AM Ejercicios de laboratorio Problemas Circuitos integrados temporarizadores Objetivos de aprendizaje Introducción 13-1 Modos de operación del temporizador Terminales del Encapsulado y terminales de alimentación de potencia Terminal de salida Terminal de restablecimiento Terminal de descarga Terminal de voltaje de control Terminal de disparo y de umbral Retardo en el tiempo de encendido Operación en oscilación libre o estable Operación de circuito Frecuencia de oscilación Ciclo de trabajo Ampliación del ciclo de trabajo Aplicaciones del temporizador 555 como multivibrador estable Oscilador con barrido de tonos Desplazador de frecuencia controlado por voltaje Operación monoestable o de un disparo Introducción Circuito de pulso de entrada 13-6 Aplicaciones del temporizador 555 como multivibrador de un disparo Control de nivel de agua Interruptor de tacto Divisor de frecuencia Detector de pulso perdido Introducción a los contadores de tiempo 13-8 Temporación/contador programable XR

11 Descripción del circuito Operación del contador Programación de las salidas Aplicaciones del temporizador/contador Aplicaciones del temporizador Oscilador libre, salidas sincronizadas Generador de señales con patrón binario Sintetizador de frecuencias Temporizador programable por interruptores Intervalos de tiempo Operación del circuito Ejercicios de laboratorio Problemas Convertidores digital a analógico y analógico a digital 15 Objetivos de aprendizaje Introducción 14-1 Características del convertidor digital a analógico Resolución Ecuación de entrada-salida Características del convertidor analógico a digital Ecuación de entrada-salida Error de cuantificación 14-3 Proceso de conversión digital a analógico Diagrama de bloques Red de escalera Corrientes de escalera Ecuación de la escalera Salida de voltaje del convertidor analógico a digital Convertidor digital a analógico multiplicador Convertidor digital a analógico de 8 bits; el DAC Terminales de alimentación de corriente Terminales de referencia (multiplicadora) Terminales de entrada digital Corrientes de salida analógica Voltaje de salida unipolar Voltaje de salida analógica bipolar Compatibilidad con los microprocesadores Principios de interconexión Registros (buffer) de memoria El proceso de selección Convertidor digital a analógico compatible con microprocesadores AD Introducción Fuente de alimentación Entradas digitales Circuitería lógica Salida analógica Circuito de prueba dinámica 14-9 Convertidores integradores analógico a digital

12 Tipos de convertidores analógico a digital Principios de operación Fase integradora de señal T Fase integradora de referencia T La conversión Auto-cero Resumen Convertidor analógico a digital sucesiva Operación del circuito Analogía por aproximación sucesiva Tiempo de conversión Convertidores analógico a digital para microprocesadores Convertidores analógico a digital AD670 compatible con microprocesadores Terminales de voltaje de entrada analógica Terminales de salda digital Terminales de entrada de opción Terminales de salida opcional Terminales de control para el microprocesador Como probar el AD Convertidores flash o paralelo Principios de operación Tiempo de conversión Respuesta en frecuencia de los convertidores analógico a digital Error de apertura Amplificador muestreador y retenedor Ejercicios de laboratorio 450 Problemas Fuente de alimentación Objetivos de aprendizaje Introducción Introducción fuente de alimentación no reguladas Transformador de alimentación Diodos rectificadores Fuentes positivas contra fuentes negativas Capacitor de filtrado Carga Regulación de voltaje de cd Variaciones en el voltaje de carga Curva de regulación del voltaje de cd Modelo en cd para una fuente de alimentación Porcentaje de regulación 15-3 Voltaje de rizo de ca Predicción del voltaje de rizo de ca Porcentaje y frecuencia de voltaje de rizo Control de voltaje de rizo Procedimiento para diseñar una fuente no regulada con rectificador de puente de onda completa Especificaciones generales de diseño

13 15-5 Fuentes de poder no regulada bipolar y de dos valores Fuentes de alimentación bipolar o positiva y negativa Fuentes de alimentación de dos valores 15-6 Necesidad de la regulación de voltaje Historia de los reguladores de voltaje lineales La primera generación La segunda generación La tercera generación 15-8 Reguladores de voltaje lineales en circuitos integrados Clasificación Características comunes Circuitos de autoprotección Protección externa Reducción del rizo Fuente de alimentación para circuitos lógicos Circuito regulador Circuito no regulada Fuente de alimentación de +15 V para aplicaciones lineales Regulador de+ 15 V para alta corriente Regulador + 15 V par abaja corriente Fuente no regulada para reguladores +15 V Regulador de voltaje ajustable de tres terminales (el LM317HV) y regulador de voltaje negativo (el LM337HV) Voltaje de carga ajustable Ajuste de voltaje regulado positivo de salida Características de LM317HVK Regulador de voltaje negativo ajustable Protección externa Regulador de voltaje ajustable tipo laboratorio 483 Ejercicios de laboratorio Problemas 484 Respuesta a problemas selectos de numero impar 488 Apéndice 1 Amplificador operacional con frecuencia compensada 493 Apéndice 2 Amplificador operacional LM301A 503 Apéndice 3 Capacitor de voltaje LM Apéndice 4 Temporizador Apéndice 5 Regulador ajustable de 3 terminales LM Bibliografía 527 Índice analítico 529