05/06 ACONDICIONADORES DE SEÑAL PARA TRANSDUCTORES GENERADORES. Juan A. Montiel-Nelson

Transcripción

1 05/06 ACONDICIONADOES DE SEÑAL PAA TANSDUCTOES GENEADOES Juan A. Montiel-Nelson Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

2 Índice Transductores 2

3 Introducción Características de la señal Tensión o corriente débiles Necesidad de etapa de amplificación: Amplificadores de alta ganancia acoplados en alterna Capacidades muy altas. Amplificadores de continua Tensión de desequilibrio. Corrientes de polarización. Derivas. Alta impedancia de salida Consideración de capacidades parásitas. Transductores 3

4 Amplificadores de baja deriva Desequilibrios y derivas en amplificadores operacionales Tensión de desequilibrio y corrientes de polarización en un amplificador operacional. Transductores 4

5 Transductores 5 Amplificadores de baja deriva Desequilibrios y derivas en amplificadores operacionales Análisis El error de entrada Será más grande si se detecta alta impedancia de entrada y alta ganancia ( y 2 / grandes). educiendo todas las resistencias en un mismo factor, el error debido a V 0 no cambia, pero el de I 0 sí. Se desea utilizar resistencias de bajo valor. ; ; ; ; ; // = + = = = = ; = I V V V G I I I I V V V I I V V V e s e s e s

6 Amplificadores de baja deriva Análisis La impedancia de los términos de error dependen del valor de V 0 e I 0 Estos factores dependen de la tecnología y del grado de calidad del amplificador operacional: Los de entrada bipolar tienen menor tensión de desequilibrio y menores derivas. Los de entrada FET tienen menores corrientes de polarización y desequilibrio. Transductores 6

7 Amplificadores de baja deriva Características de tensión de desequilibrio Transductores 7

8 Amplificadores de baja deriva Eliminación de la tensión inicial de desequilibrio en un amplificador operacional. Utilizar el terminal de ajuste interno No siempre es lo mejor dado que este ajuste interacciona con las corrientes de polarización y su desequilibrio, y con la deriva térmica de la tensión de desequilibrio. Sumar una tensión externa al terminal de referencia y aparear las resistencias de entrada Transductores 8

9 Amplificadores de baja deriva Eliminación de la tensión inicial de desequilibrio en un amplificador operacional. Estructura: Elegir 3 = 2 /( + 2 ) no ajustable y /( + 2 ). Ajuste de la tensión de salida a cero Cuando la entrada del circuito está puesta a la tensión de referencia. Una vez el amplificador a alcanzado la temperatura normal de funcionamiento. Transductores 9

10 Amplificadores de baja deriva Eliminación de la tensión inicial de desequilibrio en un amplificador operacional Ajuste de la tensión de salida a cero Cuando la entrada del circuito está puesta a la tensión de referencia. Una vez el amplificador a alcanzado la temperatura normal de funcionamiento. Evitar los gradientes de temperatura en los componentes activos. Emplear componentes pasivos con bajo coeficiente de temperatura. Las fuentes de alimentación deben tener buena regulación, de lo contrario sus fluctuaciones repercuten en la salida. Mejoras obtenidas en los métodos de fabricación de componentes apareados Ajuste electrónico controlado por ordenador. Transductores 0

11 Amplificadores con autocorreción de la deriva Principio de funcionamiento Medir periódicamente cuál es la tensión de desequilibrio, para descontarla luego al medir la tensión de interés Mientras se está procediendo a la medida de la tensión de desequilibrio, un circuito de retención ofrece a la salida la señal de interés. Durante la fase de autocero Mediante el conmutador S la entrada del amplificador queda cortocircuitada y con la tensión del terminal inversor aplicada (tensión en modo común)- La salida de la primera etapa será debida entonces a su tensión de desequilibrio, y al CM- Dicha salida se reduce mediante un lazo de realimentación negativa, a la vez que el condensador CA (externo) y el conmutador S2 constituyen un circuito de muestreo para retener el valor de la tensión necesaria para anular la de desequilibrio propia - Transductores

12 Amplificadores con autocorreción de la deriva Principio de funcionamiento Medir periódicamente cuál es la tensión de desequilibrio, para descontarla luego al medir la tensión de interés Durante la fase de muestreo: El conmutador S conecta la señal de entrada al amplificador en modo diferencial, como es habitual, mientras S2 lleva ahora a la etapa de salida la señal amplificada, sin tensión de desequilibrio gracias a la acción de la fase anterior y a la presencia de CA. El condensador CB (externo) retiene el valor necesario para que en la siguiente fase de autocero a la salida se siga teniendo la tensión correspondiente a la señal de entrada. Transductores 2

13 Amplificadores con autocorreción de la deriva Principio de funcionamiento Transductores 3

14 Amplificadores con autocorreción de la deriva Modelos comerciales Transductores 4

15 Amplificadores electrométricos Introducción Señales débiles Fuentes de corrientes o fuentes de tensión con impedancia de salida elevada Detectores de radiaciones, células fotoeléctricas, tubos fotomultiplicadores, células de ionización, transductores piezoeléctricos. Bajas frecuencias Convertidor tensión corriente mediante un A.O. De baja deriva. Amplificador electrométrico o de carga Descripción Sistema de medida que posea una resistencia de entrada superior a TΩ y una corriente de entrada inferior a pa. Transductores 5

16 Amplificadores electrométricos Métodos Medida directa de la caída de tensión en una resistencia de valor elevado ealizando una conversión corriente-tensión mediante el amplificador Transductores 6

17 Amplificadores electrométricos Métodos Medida directa de la caída de tensión en una resistencia de valor elevado Si es elevada no se pueden medir fenómenos dinámicos, pues la capacidad del transductor, junto con la del cable y la de entrada del amplificador, puede se suficientemente alta como para limitar la respuesta. =TΩ,Cp=00pF=>f=/2ΠCp =,6 0-3 Hz=>t=0,35/f=220s. Transductores 7

18 Amplificadores electrométricos Métodos ealizando una conversión corriente-tensión mediante el amplificador A es la ganancia del A.O. en lazo abierto. C es la capacidad parásita asociada a y su montaje. A baja frecuencia A >>. espuesta paso bajo Frecuencia de corte f=/2πc. =TΩ,C=pF,t=2,2s. Tiempo de respuesta cien veces menos. V ( s) = I( s) + C ( + C / ) A s V ( s) A >> ; = ; I( s) + Cs p ; Transductores 8

19 Amplificadores electrométricos Métodos ealizando una conversión corriente-tensión mediante el amplificador Tiempo de respuesta Impedancia de entrada Menor impedancia de entrada. Antes determinada por. Ahora determinada por /A Menor efecto de carga. Influencia de la resistencia de salida del transductor Si es mayor que la s, el ruido es mayor Ganancia del amplificador +/ s. Transductores 9

20 Amplificadores electrométricos Conversión corriente-tensión de banda ancha Estructura Transductores 20

21 Amplificadores electrométricos Conversión corriente-tensión de banda ancha Si se considera Cp/A<<C, haciendo C= C, con << y C <<C, se obtienen una respuesta final v=-i. esistencias de valor elevado Esquema de una red en T Materiales con alta resistencia volumétrica Teflón, poliestireno. Transductores 2

22 Amplificadores electrométricos Guarda para reducir corrientes parásitas Transductores 22

23 Amplificadores de carga Descripción Un amplificador de carga es un montaje cuya impedancia de entrada está constituida esencialmente por un condensador, ofreciendo así un valor alto a baja frecuencia. Contrariamente a lo que su nombre representa, un amplificador de carga no amplifica la carga eléctrica presente en su entrada Su función es obtener una tensión proporcional a dicha carga y ofrecerla con una impedancia de salida baja. Convertidor carga-tensión. Transductores 23

24 Amplificadores de carga Estructura V ( s) = a( s) = C = C t t S q C c + C Cs + Cs c e + C ; e ; ; Transductores 24

25 Amplificadores de carga Transductor piezoeléctrico y amplificador electrométrico educción de sensibilidad Depende de la longitud del cable. espuesta en frecuencia Tipo paso alto y con una frecuencia de corte que depende tanto de la longitud del cable de conexión como de su aislamiento Variable con la temperatura. Variable con la humedad ambiente. Transductores 25

26 Amplificadores de carga Transductor piezoeléctrico y amplificador de carga Estructura V ( s) a( s) f = S = C q 0 2ΠAC C A + C 0 ; 0 s [ + ( + A) C ] ; s Transductores 26 0

27 Amplificadores de carga Transductor piezoeléctrico y amplificador de carga Si =TΩ, C 0 =0pF y A=0 5, f=0,6hz. Transductores 27

28 Amplificadores de carga Factores de error en amplificador de carga real esistencia de fuga del transductor esistencia de fuga del cable esistencia de fuga a la entrada del amplificador Tensión y corriente de desequilibrio del amplificador Transductores 28