Práctica 5 Circuito acondicionador de señal

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Javier Rico Moreno
hace 7 años
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1 Práctica 5 Circuito acondicionador de señal Objetivo de la práctica Analizar Al terminar esta práctica, el discente será capaz de: Diseñar una red resistiva que cumpla con acondicionamiento analógico. Crear un circuito acondicionador de señal a partir de amplificadores operacionales. Establecer sus características principales. Realizar una aplicación con un circuito acondicionador de señal. Material: Resistencia de 1k (3) Resistencia de 10k(5) Resistencia de 30k(1) Resistencia de 50k (1) Amplificadores Operacionales 741(4) ó LM324 (1) Fuente de voltaje variable (2) Multímetro Introducción Las señales que presentan los transductores en ocasiones no cumplen con los requerimientos necesarios para que la aplicación pueda utilizarlas. Por ejemplo, si un dispositivo presenta información desde -10 volts hasta +10 volts, pero los valores mínimos y máximos son 0 y 5 volts, dicha señal no es utilizable. Con análisis de circuitos y electrónica es posible acondicionar dicha señal a la requerida. 1

2 Se plantea una situación donde se requiere acondicionar una señal Vx 5 con las siguientes características: cuando Vx=-5, Vy=0; cuando Vx=+5, Vy=+2.5; VA=5 y VB=0 Analizando el circuito de la figura 1 es posible determinar ecuaciones que obedezcan una relación lineal (aprovechando las LCK) y, de esta manera establecer un patrón. Va 5V Va R2 Vx R1 Vy R3 0, Vb Figura 1.- Circuito resistivo 0 R1 I R2 I R3 I R R1 R2 3 Ecuación 1 Vx Vy Va Vy Vb Vy 0 R1 R2 R3 Ecuación 2 2

3 Al establecer la ecuación que rige al sistema, es posible acondicionar las variables en función de lo requerido por el acondicionamiento. En primer término se evalúa para la condición -50, con esto se obtendrá una ecuación para dicho comportamiento: R1 R2 R3 Ecuación R1 R2 Ecuación 4 Posteriormente se evalúa la segunda condición , obteniendo la segunda ecuación que rige al sistema lineal: R1 R2 R3 Ecuación R1 R2 R3 Ecuación 6 La determinación de las variables (R1,R2 y R3) se realiza desde el primer planteamiento, ya que si se supone un valor de 200k para R1, R2 (ecuación 4) sería 200k. Al contar con R1 y R2, es posible determinar R3 (ecuación 6), la cual tomaría el valor de 100k. 3

4 El problema con este planteamiento resulta evidente: no se está considerando el efecto de carga que impone el circuito. Además, el análisis se planteó con valores ideales, por lo que no deben variar con respecto a la temperatura y el tiempo. Un último punto a considerar es la potencia disipada de cada variable, por lo que la corriente deberá ser pequeña. En el siguiente apartado realizará un circuito acondicionador de señal mediante amplificadores operacionales, los cuales brindan beneficios adicionales que un simple circuito resistivo. Se desea realizar un circuito acondicionador de señal que cumpla con las siguientes características: cuando Vx=-1, Vy=+5 y, cuando Vx=+2, Vy=0. En primera instancia se deben plantear las ecuaciones que rigen el comportamiento del sistema. La intención es generar una relación lineal entre las dos condiciones, por lo que se recurre a y mx b donde, expresado en función de voltaje, toma la forma de Vo mvi b. Lo anterior se resuelve mediante ecuaciones simultáneas, para una de las condiciones (+20): 0 2 m b Ecuación 7 b m 2 Ecuación 8 para la otra condición (-15) 5 1 m b Ecuación 9 sustituyendo la ecuación 8 en la 9 b 5 b 2 Ecuación 10 4

5 10 b 3 Ecuación 11 La ecuación 11 se sustituye en la 7, resultando la ecuación lineal que rige el sistema: V o Vi 3 3 Ecuación 12 Desarrollo P1.- Genere los valores que se piden para la siguiente tabla, en función de la ecuación 12. V i V o Tabla 1.- Valores de V o en función de V i calculados P2.- Realice el circuito de la figura 2. Recuerde que puede utilizar fuentes de voltaje duales o dos variables. Si no están disponibles, puede realizar divisores de voltaje. De no ser posible generar los voltajes de 10 volts, utilice cualquier otro valor de voltaje para la polarización (9, 12, 15, etc.) pero deberá realizar los cálculos para el divisor en la constante b. 5

6 10V -10V Vi R1 30kΩ Op.Amp#1 R2 50kΩ R8 R3 2kΩ Op. Amp. #3 R9 R5 Vo R4 1kΩ R6 Op. Amp. #4 R7 Op. Amp. #2 Figura 2.- Circuito representativo de la ecuación 12 P3.- Produzca los valores de V i que se muestran en la siguiente tabla y registre mediciones en V o para cada valor. V i V o Tabla 2.- Medición de V o en el circuito P4.- Registre los valores de entrada y salida del Op Amp #2. P5.- Elimine el Op Amp #2 del circuito; conecte directamente el divisor de voltaje (R 3 y R 4 ) con R 6. Repita el apartado P3. P6.- Responda lo siguiente: La función de transferencia del circuito acondicionador de señal se cumple para P1, P3 y P5? Explique (analíticamente) el por qué de cada apartado; Genere un circuito acondicionador de señal con las siguientes características: y 35 (las unidades son volts). De acuerdo con la información recabada durante la práctica, redacte una conclusión de lo que obtuvo de la misma, para qué sirve un circuito acondicionador de señal? 6

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