Capítulo 4. R a. R b -15 V R 3 R P R 4. v Z. Palabras clave: termopar tipo T, compensación de la unión de referencia, termómetro, AD590.

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1 5//8 Senore generadore y u acondicionadore apítulo Nota: La ecuacione, figura y problema citado en el dearrollo de lo problema de ete capítulo que no contengan W en u referencia correponden al libro impreo. Problema..W El circuito de la figura.w e un termómetro baado en un termopar tipo T, con compenación electrónica de la unión de referencia, baada en el AD59. uál e la expreión de la tenión de alida en función de la fuerza termoelectromotrice y la tenión de alida del circuito de compenación, c? En el circuito de compenación, a e añade por i el AD59 etá alejado del amplificador operacional. uál e la expreión de la tenión c i el amplificador operacional e conidera ideal? uále deben er lo valore de y para tener la compenación deeada cuando la temperatura ambiente varía entre y 6, precindiendo de la condición de cero? Si el diodo Zener ofrece una tenión etable de 6,9 cuando u corriente invera etá entre,6 ma y 5 ma, cuále deben er lo valore de, 3, y p para que cuando T la alida ea nula? T A B T a AD 59 a b kω kω 5 v o v c P v Z LM39 5 Palabra clave: termopar tipo T, compenación de la unión de referencia, termómetro, AD59. Figura.W ircuito para medir la temperatura con un termopar tipo T, que incluye compenación electrónica de la unión de referencia baada en el AD59 El AD59 e una fuente de corriente que ofrece μa/k. Dado que la corriente a no e nula ino 73 K, e neceario compenar la tenión debida a eta corriente. Si e conidera la fuerza termoelectromotriz producida en cada unión obtenemo ( Au) ( AB) ( Bu) ( AB) ( AB) v E E E E E o Ta T Ta c T Ta c La tenión de compenación e la tenión de alida del amplificador operacional: Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

2 5//8 Senore generadore y u acondicionadore S T ʹ 3 c Ta a b z ʹ ʹ 3 donde Ta debe etar expreada en kelvin y la reitencia del potenciómetro e ha repartido entre 3 y ( 3 y ). Si e utituye eta expreión en la de la tenión de alida y e decribe la fuerza termoelectromotriz de cada unión como producto de u enibilidad por la temperatura correpondiente, obtenemo v S T S T T ʹ 3 o T T ( )( )( ) a a μa K a 73 K kω z ʹ ʹ 3 Para que la alida no dependa de la temperatura ambiente hace falta que e cumpla S T Ta a ( μa K)( T 73 K)( k ) Ω a La enibilidad del termopar T a temperatura ambiente e puede deducir de u tabla S T a,67,39 m,5 μ 6 Deberá er, pue,. Si elegimo Ω, neceitamo kω (±, %). Para tener ademá alida nula a, tiene que cumplire también ( μa K)( 73 K)( k ) Ω ʹ 3 z ʹ ʹ 3 que, dada la relación necearia entre y, y z 6,9, lleva a,53 3. Si elegimo 3 kω y 5 kω, podemo tomar p kω y ajutar ete potenciómetro hata que la relación entre 3 y ea la deeada. la podemo elegir para tener, por ejemplo, ma a travé del diodo Zener, lo que exige 8 Ω. Ete valor no e crítico, de manera que e puede tomar 8,6 kω (± %). omentario:. La impedancia de alida del circuito no e baja, por lo que la etapa que procee la tenión de alida debe er de alta impedancia de entrada.. El potenciómetro no tiene por qué ajutare con la unión de medida a. Se puede ajutar con la do unione a temperatura ambiente. Problema..W Se dipone de un acelerómetro piezoeléctrico cuya enibilidad e de p/(m/ ) y que preenta una capacidad de nf en paralelo con una reitencia muy elevada. Para aplicarlo a la medida de aceleracione variable, con frecuencia de, Hz a khz, e conecta al circuito de la figura.w, donde lo amplificadore operacionale e uponen ideale. La banda Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

3 5//8 Senore generadore y u acondicionadore 3 paante e determina con un filtro no incluido en la figura. Si e deea obtener una enibilidad de alida ajutable entre m/(m/ ) y m/(m/ ), cuál debe er el valor de lo componente del circuito? Palabra clave: acelerómetro piezoeléctrico, amplificador de carga, ganancia ajutable. v a v Acelerómetro TL TL v 3 TL v o Figura.W Amplificador de carga con ganancia ajutable mediante una reitencia En lo do amplificadore inverore de alida tenemo v v v o 3 v que llevan a v v o 3 En el acelerómetro, coniderando que e drena una corriente hacia, tendremo I a jω a a a y en la entrada inverora del amplificador operacional de entrada e cumple: Z a Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

4 5//8 Senore generadore y u acondicionadore Si e utituyen la tenione e impedancia e llega finalmente a o I jω jω a a 3 A frecuencia uficientemente alta como para que la impedancia de predomine obre la de, y uficientemente baja como para que la impedancia de a ea mucho mayor que la de, la tenión de alida erá Q S a a a o 3 3 La enibilidad de la alida a la aceleración e entonce S a o a 3 Lo valore extremo de la ganancia deben cumplir m p G m m min m p G m m max que llevan a la condicione G ( nf) G ( pf) min max Si elegimo Gmin, neceitamo nf y Gmax. Podemo elegir, por ejemplo, 3 kω y Ω 99 Ω (ajutable, por ejemplo un potenciómetro de kω). Para que y cumplan la condicione upueta anteriormente deberán cumplir >>,5 GΩ π (, Hz)( nf) << 5 kω π ( Hz)( nf) Podríamo tomar kω (que ya limita batante la poible corriente de entrada al amplificador operacional) y GΩ. Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

5 5//8 Senore generadore y u acondicionadore 5 omentario:. Para coneguir el valor deeado para e puede uar una red en T. Aunque eto conlleva un aumento del efecto de la tenión y corriente de offet, el filtro poterior eliminará eta componente continua.. La ganancia e ha repartido de forma muy deigual entre lo amplificadore operacionale. Si e deearan ganancia má elevada, convendría repartir la ganancia de forma má equitativa, pue de lo contrario el ancho de banda limitado de lo amplificadore operacionale podría limitar la repueta a alta frecuencia. Problema..W3 En el amplificador de carga de la figura.w3, la reitencia protege al amplificador operacional cuando eté deconectado el enor y evita que la corriente de polarización e uperpongan a la eñal de entrada. El enor e un acelerómetro piezoeléctrico con enibilidad p/(m/ ) y capacidad nf. Si e deea tener una alida de m/(m/ ) e inicialmente e ignora la preencia de, y, cuánto debe valer? Si e deea un ancho de banda de Hz a khz y e acepta que la tenión de alida debida la corriente de polarización ea hata un % del margen dinámico, cuánto deben valer, y? Palabra clave: acelerómetro piezoeléctrico, amplificador de carga. 5 Acelerómetro TL v o 5 Figura.W3 Amplificador de carga modificado para reducir el efecto de la corriente de polarización en la alida Si e modela el enor con una fuente de tenión v en erie con un condenador, y en el amplificador ólo e conidera, la tenión de alida e puede exprear como q vo v El condenador de ganancia debe er, pue, ( ) ( ) p m/ pf m m/ Si e conideran todo lo componente del circuito, el análii de la corriente en lo do nodo de entrada lleva a Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

6 5//8 Senore generadore y u acondicionadore 6 o jω Si e depeja y e utituye, e obtiene ( ) ω ( ) jω j o jω jω jω o ( jω) jω donde e puede reconocer la repueta ideal en lo do primero factore del egundo miembro. Interea, pue, que el tercer factor ea en la banda de frecuencia de medida. Para ello e neceario que ω ea mucho menor que, incluo a la frecuencia má alta, y que ω ea mucho mayor que ( )/ incluo a la frecuencia má baja. Ademá, viene limitada por el nivel de continua que e acepte a la alida debido a la corriente de polarización, que para el TL on de pa como máximo. Tenemo, pue, tre condicione que e deberán cumplir: << 6 kω π f π( khz)( nf) nf π ( Hz) >> pf, ( ) < GΩ I pa b Podemo elegir, por ejemplo, kω y GΩ. Neceitamo entonce, >> 8 pf. Podemo elegir nf, que cumplirá con crece la condición y permite reducir el valor de. omentario:. El margen dinámico de alida e ha tomado prácticamente igual al margen de la tenión de alimentación porque el amplificador operacional e de tipo MOS.. Ete circuito tiene la ventaja, repecto al amplificador de carga convencional, de independizar la ganancia de la frecuencia de corte en la repueta a baja frecuencia. Problema..W Uno de lo problema que e deben tener en cuenta en lo ordenadore portátile on lo choque (golpe) que pueden deplazar el cabezal de ecritura del dico duro fuera de la zona de detino previta. Para evitarlo e propone el circuito de la figura.w donde el enor e un acelerómetro piezoeléctrico que tiene una enibilidad de,7 m/g, donde g 9,8 m/, y una capacidad equivalente de 5 pf. El objetivo e detectar lo golpe y obtener un impulo de alida que interrumpa la actividad del cabezal de ecritura. Si e deea que un choque de g produzca una alida de, cuál debe er la ganancia del amplificador? Si el amplificador operacional e conidera ideal, qué condicione deben cumplir la reitencia a 6 para tener la ganancia deeada, una frecuencia de corte de Hz y la Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

7 5//8 Senore generadore y u acondicionadore 7 tenión de alida del amplificador centrada en la mitad de la tenión de alimentación? Si e deea que a la alida de lo comparadore (que on de colector abierto) e obtenga un impulo cuando la aceleración de entrada ea mayor de g o menor de g, qué valor deben tener la reitencia 7, 8 y 9? Palabra clave: acelerómetro, choque, amplificador electrométrico. cc 5 v p 3 v a 5 7 OM. kω v o v v b 6 8 OM. 9 Figura.W Acelerómetro e interfaz para detectar choque que excedan de uno de do umbrale preetablecido La ganancia necearia erá g G,6,7 m g Si el amplificador operacional e conidera ideal (vp vn), la ecuacione obtenida al analizar la parte de entrada on Si e tiene en cuenta que a p cc p p 3 p ( p) jω p b cc b b 5 6 b 3 G y e define la reitencia equivalente Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

8 5//8 Senore generadore y u acondicionadore 8 e 5 6 la tenión de alida del amplificador de entrada e puede exprear como jω e G 3 a G cc e 5 e jω jω El enunciado impone tre condicione: la ganancia, la frecuencia de corte y el nivel de continua. Si e <<, la frecuencia de corte aproximada e f c π y de aquí π f c Para tener una frecuencia de corte de Hz neceitamo 53 MΩ π Hz 5 pf ( )( ) Para que el nivel de continua de la alida del amplificador ea la mitad de u tenión de alimentación deberá cumplire cc e 3 cc G 5 Si e utituyen G y e por u expreione y e conidera e <<, la condición anterior e puede exprear como Para que e cumpla eta condición podemo tomar, por ejemplo, 5 6 y. La condición impueta por la ganancia e entonce,6 3 Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

9 5//8 Senore generadore y u acondicionadore 9 Si elegimo kω (), entonce 3 96 kω. Un valor normalizado aceptable e 3 9 kω (±5 %) porque el valor de la ganancia no e crítico. Para que 5 y 6 ean mucho menore que (y aí lo ea también e), podemo elegir 5 6 kω (o kω i e deea reducir la cantidad de valore ditinto). La tenión obtenida para un choque de g erá,5 3,5, y para g,,5,5. El nivel de comparación deberá er del orden de,5, dejando un cierto margen para offet y deriva. Poemo elegir, por ejemplo, 7 9 MΩ y 8 kω. omentario:. Para reducir el tamaño del circuito, e podría emplear un circuito integrado que incluya do comparadore.. Dado que lo umbrale de comparación no on crítico, para la mayor parte de lo componente e pueden aceptar tolerancia de ± %. Senore y acondicionadore de eñal. Problema reuelto.. Pallà Areny, O. aa,. Bragó.

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