Tema 3: Adaptadores de Señal

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1 Tema 3: Adaptadores de Señal Sstema GENERAL de nstrumentacón (bloques( funconales): Señal sensor Fltrado, A/D Amplfcacón Rado, nternet bus de datos Medo Sensor prmaro Transductor de entrada Adaptacón de la señal Transmsón de la señal Medda Actuador Control Señal eléctrca Transductor de salda Controlador Adaptacón de la señal Presentacón de datos Almacenamento Cada sstema de nstrumentacón contene alguno o todos de estos bloques funconales

2 Tema 3: Adaptadores de Señal Adaptadores o acondconadores de señal Conerten una señal (eléctrca o no) en una señal eléctrca de característcas especales Al realzar las meddas es mportante no qutar mucha energía del d medo (no perturbarlo) ) Las señales de los sensores son muy débles es necesaro amplfcarlas Amplfcadores: : necesaros para procesar o presentar las señales con la nstrumentacón estándar (oscloscopos, ordenadores, etc.) Adaptacón del rango Las señales pueden tener rudo (asocado por ejemplo a la red eléctrca: e 50 Hz) que puede elmnarse utlzando: FILTROS o INTEGRANDO la señal Conersores A/D, D/A, etc. La mayoría de estos crcutos están basados en : Amplfcador Operaconal 2

3 Tema 3: Característcas del AO Ideal/Real Amplfcador: crcuto que a la salda proporcona más potenca de la que toma de la señal entrada El Amplfcador Operaconal Ideal/Real: 0 G ) ( 2 Se representa como un trángulo G 0 =G Entrada dferencal y salda smple Gananca en tensón nfnta: G= = 2 (0 5-0 ) Desde el punto de sta de mpedancas: 2 -V cc Impedanca de entrada nfnta: (Rn( = ) ) : M -00 M M M toma poca corrente Impedanca de salda nula: (Rout=0):( proporcona mucha corrente a la salda Sus característcas no dependen de la frecuenca o la temperatura En él no se produce n dstorsón n rudo G 3 +V cc

4 Tema 3: Amplfcador Operaconal El Amplfcador Operaconal Real El más utlzado es el µa 74 Vene en una gran aredad de empaquetados, la mas usual es la de 8 pns duales en línea: Pn nº 4: - Vcc = -0 Voltos y Pn nº 7 + Vcc = +0 V de almentacón contnua Pn nº 2: Entrada nersora, Pn nº 3: Entrada nersora Pn nº 6: Salda del AO J. Turner, et al

5 Tema 3: Amplfcador Operaconal Estructura del Amplfcador Operaconal Real V CC R 5 39K 2 C C 3 2 V CC 7 4 V CC 6 R K R 6 R 7 22 o K R 8 R R9 4 K K 5K R R 2 50K 00 50K Ajuste externo de offset -V EE 5

6 Tema 3: Característcas del AO Real El Amplfcador Operaconal Real: El dseño de un AO real está encamnado a que sus propedades se aproxmen a las del deal Los límtes de amplfcacón enen dados por la almentacón dc: V cc Consttucón nterna genérca (en bloques) de un amplfcador operaconal o real y sus característcas de transferenca Entrada no nersora 2 Etapas de amplfcacón Etapa dferencal Etapa de salda Salda V CC =+0V (típcamente) Regón de amplfcacón 0 Saturacón Pendente=G Típcamente: 0V/ =0.05mV - 2 Entrada nersora Saturacón -V CC =-0 V (típcamente) 6

7 Tema 3: Aplcacón AO sn realmentacón Crcuto COMPARADOR: (ejemplo de amplfcador sn realmentacón) Se llea a saturacón posta o negata de acuerdo con la dferenca de oltajes de entradas S > 2 : Entonces 0 = +V+ CC =0 V Vss=+0V (típcamente) 0 Saturacón S < 2 : Entonces 0 = + V CC =0 V Entradas + Amplfcador G Salda Regón de amplfcacón Saturacón Pendente=G Típcamente: 0V/ =0.05mV -Vss =-0 V (típcamente) - 2 Dado que NO hay realmentacón, las entradas NO tenen que estar al msmo oltaje 7

8 Tema 3: Aplcacón AO sn realmentacón Ejemplo de Crcuto COMPARADOR: (amplfcador sn realmentacón) Las dos señales que comparamos son: 2 = 0 (debemos conectarlo a terra) es una señal senodal Entradas + Amplfcador G Salda Montar en el Laboratoro De esta manera podemos conertr una señal senodal en una señal Cuadrada Hemos sto que se utlza para obtener los Pulsos de sncronsmo del oscloscopo Señal en Onda cuadrada 8 E. Mandado, et al. 995

9 Tema 3: AO realmentado Normalmente el AO se usa en crcutos con algún tpo de realmentacón: Entrada Amplfcador Salda G 0 0 G 0 r Entrada G 0 r Amplfcador G r 0 Bloque de realmentacón G G Salda 0 0 G es la gananca en lazo aberto Como la gananca G del AO es muy eleada: la salda no depende de la gananca G sno que sólo depende de la de la red de realmentacón La gananca en lazo cerrado: 0 9

10 Tema 3: Aplcacones AO realmentado Reglas que han de cumplrse en práctcamente todos los crcutos de AO deales con realmentacón externa: Regla nº = Dado que la gananca G= asumr que no hay dferenca de oltaje entre los dos termnales de entrada 2 El AO ajusta 0 de modo que la realmentacón sea capaz de hacer que (-2) 2) sea lo más próxma a cero. En caso contraro la salda 0 tomaría el alor de saturacón: +V CC o - V CC Regla nº 2= Debe asumrse que la mpedanca de entrada Rn= No entra corrente a nnguna de las dos entradas del operaconal: 2 x y R R R R 2 0 0

11 Tema 3: Aplcacones AO realmentado Aplcacones LINEALES: Ejemplo nº : Crcuto Amplfcador NO INVERSOR 0 Aplcando las reglas Obtenemos la gananca: R 2 R R R 2 Montar en el Laboratoro Caso partcular: R =,, R 2 = 0 : 0 SEGUIDOR DE SEÑAL asla la entrada de la salda: puede proporconar corrente a aros crcutos conectados a la salda sn afectar a la entrada (que puede ser un sensor)

12 Tema 3: Aplcacones AO realmentado Aplcacones LINEALES: Ejemplo nº 2: R R 2 Crcuto Amplfcador INVERSOR Aplcando las reglas Obtenemos la gananca: 0 R R 2 Montar en el Laboratoro S R=R2 (es sólo INVERSOR: : gananca = - ) 2

13 Tema 3: Aplcacones AO realmentado Aplcacones NO LINEALES: Ejemplo nº 3: Crcuto INTEGRADOR: déntco al Amplfcador Inersor en el que la resstenca R2 ha sdo susttuda por un condensador Aplcando las dos reglas : 2 2 R C Montar en el Laboratoro 2 0 Obtenemos: 0 dt C RC La señal a la salda, 0, es la ntegral de la entrada y además está nertda (sgno - ) 3

14 Tema 3: Aplcacones AO realmentado Aplcacones NO LINEALES: Ejemplo nº 4: 2 C R C Crcuto DIFERENCIADOR Aplcando las reglas dos reglas, Obtenemos: 0 2 d RC dt 2 Montar en el Laboratoro 0 La señal a la salda, 0, es la derada de la entrada y además está nertda (sgno - ) 4

15 Tema 3: Aplcacones AO realmentado Aplcacones NO LINEALES: Ejemplo nº 3: Crcuto INTEGRADOR R C 2 Aplcando las reglas dos reglas Obtenemos: Ejemplo nº 4: Crcuto DIFERENCIADOR 2 0 dt C RC C R C 0 Aplcando las reglas dos reglas, obtenemos: 0 d RC dt 5 0

16 Tema 3: Aplcacón AO sn realmentacón Crcuto COMPARADOR: (ejemplo de amplfcador sn realmentacón) Se llea a saturacón posta o negata de 0 Saturacón acuerdo con la dferenca de oltajes de entradas S > 2 : Entonces 0 = +V+ CC =0 V S < 2 : Entonces 0 = + V CC =0 V Dado que NO hay realmentacón, las entradas NO tenen que estar al msmo oltaje Entradas + Amplfcador G Ejemplo Comparador: 2 =0 y senodal: conertmos una señal senodal en una señal cuadrada Pulsos de sncronsmo del oscloscopo Salda Vss=+0V (típcamente) Regón de amplfcacón Saturacón Señal en Onda cuadrada 6 Pendente=G Típcamente: 0V/ =0.05mV -Vss =-0 V (típcamente) - 2 E. Mandado, et al. 995

17 Agradecmentos Danel Pardo Collantes. Departamento de Físca Aplcada. Unersdad de Salamanca. Fguras cortesía de Pardo Collantes, Danel; Balón Vega, Luís A., Unersdad de Valladold. Secretarado de Publcacones e Intercambo Edtoral.999. J. Turner,, M. Hll. Instrumentaton for Engneers and Scentsts. Oxford Unersty Press

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