Tema IV: Ruidos e Interferencias: Técnicas de reducción.

Transcripción

1 SCUA TÉCNICA SUPIO D INGNIOS INDUSTIAS Y D TCOMUNICACIÓN UNIVSIDAD D CANTABIA INSTUMNTACIÓN CTÓNICA D COMUNICACIONS (5º Curso Igría d Tlcomucacó) Tma IV: udos Itrrcas: Téccas d rduccó. José María Drak Moyao Dpto. d lctróca y Computadors Satadr, 005

2 Cotdo: IV.1 Cocpto d rudo. IV. Caractrzacó d los vls d rudo. IV.3 Caractrzacó d las uts d rudo. IV.4 udo crcutos co amplcadors opracoals. IV.5 Naturalza y causa d las trrcas. IV.6 Bldajs, apatallamtos y pustas a trra. IV.7 Amplcadors d aslamto.

3 CAPITUO 4 UIDOS INTFNCIAS: TÉCNICAS D DUCCIÓN 4.1 CONCPTO D UIDO. Por rudo s td toda compot d tsó o tsdad dsada qu s suprpo co la compot d sñal qu s procsa o qu trr co l procso d mdda. l rudo d u sstma s pud clascar uo d los dos sguts grupos: - udo tro o hrt: qu corrspod al qu s gra los dspostvos lctrócos como coscuca d su aturalza ísca (rudo térmco, rudo por cuatzacó d las cargas, rudo d smcoductor, tc.). l rudo hrt s d aturalza alatora. - udo xtro o trrcas: qu corrspod al qu s gra u puto dl sstma como coscuca d acoplamto léctrco o magétco co otro puto dl propo sstma, o co otros sstmas aturals (tormtas, tc.) o costrudos por l hombr (motors, qupos, tc.). l rudo d trrca pud sr pródco, trmtt, o alatoro. Normalmt s rduc, mmzado l acoplo léctrco o lctromagétco, b a través d bldajs, o b, co la rortacó adcuada d los drts compots y coxos. l rudo s pud abordar dsd dos putos d vsta, - Mdat métodos qu trata d rducr l rudo sus uts y su propagacó, como so las téccas d cablado, bldaj, o dsño d dspostvos d bajo rudo. stas téccas so las más óptmas ya qu o dgrada las prstacos dl sstma, auqu su aplcacó o smpr s caz o posbl. - Mdat métodos d ltrado y promdado d la sñal, para amortguar l vl d rudo rt a la sñal qu s procsa. stas téccas sul sr d aplcacó más gral y ctva, pro sul rducr las prstacos (por jmplo, achura d bada) dl sstma. st capítulo s tratará las magtuds qu s utlza para dscrbr l rudo, las uts d rudo y su caractrzacó, y las téccas báscas d rduccó d los ómos d trrca ya sa léctrcas o magétcos. 1

4 4. CAACTIZACIÓN D OS NIVS D UIDO. Co dpdca d qu dsñ u bldaj apropado o s optmc l dsño para rducr la ut qu gra l rudo, smpr hay u crto vl d rudo trísco l crcuto. Por llo, s mportat dspor d téccas d valoracó dl vl d rudo, así como métodos para dtrmar sus compots, ya haya sdo gradas los lmtosd dl sstma o haya sdo troducdas por l propo sstma d mdda. Sgú sa la aturalza dl rudo qu xsta, s db utlzar drts crtros d mdda: - l caso d qu s trat d rudo blaco, la dstrbucó d valors s d tpo gaussaa, y la magtud mas adcuada para mdr su tsdad s l valor cuadrátco mdo (valor rms) ya sa aturalza ísca ua tsó, ua tsdad o potca. Probabldad d qu l valor statáo d (t) supr a S (t) (o (t)) s la orma d oda d ua tsó (o tsdad) corrspodt a ua sñal d rudo, l valor cuadrátco mdo (rms) (o I )dl rudo, s d como: 1 T T 0 ( t) dt ( mv ) I ( t) dt ( ma ) rms 1 T T 0 rms sdo T ua vtaa d mdda adcuada. l cuadrado dl valor rms d ua tsó o tsdad I rprsta la potca mda dspada por l rudo sobr ua rsstca d 1 Ω. P I µ (1 Ω) (1 Ω) ( W )

5 - l caso d rudos d tpo mpulsvo (como l qu s produc sstmas dgtals, o l qu duc l crcuto d gcó d u motor d xplosó) su valor o potca mda o dscrb su vl, y s mucho más adcuado utlzar valors pco- a-pco, qu prmt prdcr s l rudo pud producr u allo por suprar los umbrals lógcos. v D (t) V T V T t Mdda y obsrvacó dl rudo. os strumtos habtuals para mdr las caractrístcas d ua sñal y partcular su rudo so l oscloscopo y l voltímtro. rms pp/ rms / rms pp (t) - Cuado s utlza l oscloscopo, s sul mdr l valor d pco d la sñal d rudo, sto s, la cota máxma y míma qu su varacó alatora alcaza. l valor rms d rudo qu s cosdra s la sxta part dl valor d pco: t 6 pp - Cuado s utlza u voltímtro (rms) l valor qu md, corrspod drctamt co l valor rms dl rudo. - Cuado l voltímtro md l valor mdo dl valor absoluto, la mdda db sr multplcada por l actor 1.13,

6 Composcó d sñals d rudos o corrlacoados: Cuado varas sñals o corrlacoadas s suma u puto dl sstma, l valor rms rsultat o s la suma d los valors rms dvduals, so 1 T T T [ 1 ( t) ( t) ] dt 1 [ 1( t) ( t) ] 0 1 T 0 dt rsultado gral, 1... m I I 1 I... I m spctro rcucal dl rudo: a potca d rudo s dstrbuy por todo l spctro d rcuca. Por llo, cuado s hac rrca al valor rms dl rudo, s csaro dcar l rago d rcucas sobr l qu s hac la mdda. l caso d rudo blaco, la achura d bada s por dcó ta, lo qu mplca qu cuado s aplca a ua rsstca, la potca dl rudo qu rsulta s ta ( la práctca la achura d bada lmtada dl crcuto, acota la potca, y o da lugar a ua lbracó ta d rgía). cualqur caso, la mdda dl rudo s ucó d la achura d bada co la qu s md. as drts mddas dl rudo, db star rrdas a ua achura d bada. a dsdad spctral d potca dl rudo p (), d la potca d la sñal d rudo por udad d bada d rcuca, d ( ) d p ( ) ( ) ( 1Ω ) di ( ) d ( ) ( 1Ω ) a gráca d la dsdad spctral d potca d rudo p () rt a la rcuca rprsta la dstrbucó d la potca d la sñal d rudo las drts rcucas. as dsdads spctrals d potca d tsó () tsdad (), s md rspctvamt V /z y A /z. as magtuds () () so llamados rspctvamt dsdad spctral d rudo d tsó tsdad, stas magtuds s md rspctvamt V/ z y A/ z. 4

7 5 os abrcats d compots utlza dsttamt la dsdad spctral d potca d rudo tsó o tsdad () o () mdda V /z o A /z, o la dsdad spctral d rudo d tsó () o d tsdad () mddas V/ z y A/ z. Para pasar d uas a otras magtuds, basta lvar al cuadrado o calcular la raíz cuadrada. Para calcular los valors rms d tsó o tsdad I d rudo, ucó d las dsdads spctrals d potca, s csaro spccar la bada d rcuca a la qu corrspod la mdda, l d I d ) ( ) ( Clascacó dl rudo por su spctro rcucal: udo blaco: s aqul qu pos ua dsdad spctral d tsó d rudo o d tsdad d rudo costat. costat costat w w Para l rudo blaco, l valor rms s proporcoal a la raíz cuadrada d la achura d bada, ) ( ) ( w w w w s I I s > > coscuca, la potca rms vara d orma proporcoal a la achura d bada, ( ) ( ) w w I udo rosa o rudo 1/: s aqul qu pos ua dsdad spctral d potca d rudo qu s vrsamt proporcoal a la rcuca, K K K K / / / / Para l rudo blaco, l valor rms s, K I K (V/ z) (pa/ z) (V/ z) (pa/ z)

8 coscuca, la potca rms vara d orma proporcoal al logartmo d la razó d las rcucas xtrmas d la bada d rcuc, K I K sto sgca 1qu la potca por octava o por década d rcuca s costat. udo d crcutos tgrados: los crcutos tgrados s rcut qu s prst mzclados rudo blaco y rudo rosa. l rudo rosa doma a baja rcuca (por dbajo d ua rcuca d cort c ) y l rudo blaco s l rsdual a alta rcuca. st caso la dsdad spctral d potca () s, c w 1 Itgrado sta dsdad, s pud xprsar l valor rms d rudo corrspodt a la bada d rcuca - como w (V/ z) c (pa/ z) w c w c Propagacó dl rudo u amplcador Ua tara rcut l studo d los vls d rudo d u sstma s calcular los valors rms a la salda dl sstma, ucó d la dsdad spctral dl rudo d la trada, y d la rspusta rcucal dl sstma. Cosdérs qu () s la dsdad spctral d rudo la trada dl sstma, o () s la msma magtud para la salda dl sstma, y A (j) la rspusta rcuca trada/salda dl sstma, sto s, o ( ) A ( j ) ( ) s v s A (j) o l valor total rms d rudo la salda o s obt tgrado la dsdad spctral d rudo d tsó, sobr l rago d mdda, o 0 A ( j ) ( ) d Para u amplcador d tsdad, s podría xprsar d orma smlar la tsdad rms d salda. 6

9 S s cosdra qu l rudo d trada s blaco y d dsdad spctral w costat, y qu l amplcador quda dscrto por ua ucó d trasrca, co u polo domat su A (j) achura d bada BW, l valor rms dl rudo la A salda o, o A A A o / o o A ( j ) A ( ) 1 j BW 1 BW 1 BW NB o Ao w d Ao w 1. 57BW 0 1 BW Comparado la xprsó dl valor rms d rudo co la d u rudo blaco valuado sobr u rago d rcuca, rsulta qu l valor d salda d u amplcador d achura d bada BW, sra quvalt al qu s obtdría s l amplcador s comportara como u ltro d paso bajo dal d ua rcuca d cort 1.57 BW. A sta rcuca d cort quvalt s doma Achura d bada quvalt para rudo (NB). A NB o o la sgut tabla s mustra l NB para otras ucos d trasrca d trés. w P(Prmr ord) P(Sgudo ord) P(Trcr ord) P (Cuarto ord) BP (Sgudo ord) 1 NB1.57 o 1 j 1 1 j 1 1 j 1 o o o 1 j o j j 1 j 3 4 NB1.11 o NB1.05 o NB1.05 o NB l caso gral, l qu l spctro d la dsdad d rudo a la trada dl amplcador s cooc grácamt, y así msmo s cooc l dagrama d Bod dl amplcador, la tgracó csara para calcular valor rms dl rudo a la salda dl amplcador, s pud obtr mdat tgracó gráca. 7

10 azó sñal-rudo (SN): Prmt comparar l vl d sñal y d rudo qu xst u puto dl sstma. S md como razó xprsada dcblos tr la potca d la sñal y la potca dl rudo, P s s SN 10 log 0 log ( db) P a razó sñal-rudo pud rducrs d trs ormas: - ducdo l vl d rudo. - Icrmtado l vl d sñal. - ducdo la achura d bada dl rudo. Ssbldad: s ua magtud qu stablc la capacdad d u sstma para rspodr a sñals muy bajas. S md como l vl d sñal d trada para l qu la razó sñal- rudo s d 0 db. a ssbldad s md µv para -0 db. Factor d rudo (F): s ua magtud qu md la cotrbucó a los vls d rudo qu ralza u amplcador o sstma d mdda. S d como la rlacó admsoal S N F S o N o sdo: S /N la razó tr la potca d sñal y la potca d rudo a la trada dl amplcador. S o /N o la razó tr la potca d sñal y la potca d rudo a la salda dl amplcador. S A p S o /S s la gaaca d potca dl amplcador, ua xprsó altratva para l actor d rudo F s, F 1 N A N p o u amplcador dal, la sñal y l rudo srá amplcador co gual gaaca, y l actor d rudo srá 1. sto s po mjor d masto, s cosdramos qu la potca d rudo a la salda dl amplcador, s la suma dl la d trada amplcada, más l añaddo por l amplcador N o F A A p p N A N p N N N a a 1 N a A N p 8

11 Frcutmt, l actor d rudo s xprsa db, y s caso s sul domar gura d rudo (NF). NF 10 log(f) (db) Cuado l actor d rudo s calcula utlzado ua achura d bada muy strcha alrddor d ua rcuca, s doma actor d rudo para ua rcuca, mtras 4.3 CAACTIZACIÓN D AS FUNTS D UIDO. udo Térmco o rudo Johso: s u rudo qu stá prst toda rsstca y qu s causado por la agtacó térmca d los lctros (o hucos l caso d smcoductors). l rudo térmco s dpdt d la aturalza dl matral co qu stá costruda, o d la tsdad d cotua qu la atravsa. st rudo s gra co gual vl cuado la rsstca s cutra u crcuto, como cuado s cutra s l cajó d compots. l rudo térmco pud modlars como ua ut d tsó sr co ua rsstca o gradora d rudo. l spctro d la sñal d rudo térmco s d tpo blaco, y t ua dsdad d potca d valor, T 4 k T T 4 k T Sdo: k Costat d Boltzma J/ºK T Tmpratura absoluta ºK T T jmplo: Ua rsstca 1M, a tmpratura ambt d 5ºC 98 ºK. 4 k T V /(Ωz) t 4 k T /z t A /z t (4 k T ) 1/ 18 V/ z t 0.18 pa/ z S s cosdra l rago d audo 0 z - 0 Kz, t t ( - ) 1/ 18 ( ) 1/ 18. µv rms I t t / 18. pa rms S s cosdro qu s vría co u oscloscopo d 00 Mz d achura d bada t t ( - ) 1/ 18 ( ) 1/ 1.8 mv rms I t t / 1.8 µa rms 9

12 udo d dsparo (Shot os): s l rudo qu s gra cuado ua tsdad atravsa ua barrra d potcal, y s coscuca d la aturalza dscrta d las cargas. a corrt d bas d los trasstors BJT prsta st tpo d rudo. l spctro dl rudo d dsparo s d tpo blaco, y su dsdad d potca s uorm para todas las rcucas y d valor sh q I sdo, q Carga dl lctró Culombo I Itsdad mda (d cotua) l valor rms d rudo para ua achura d bada d mdda BW, srá I sh rms q I BW jmplo: Calcular la razó sñal rudo (SN) d la corrt d u dodo mdda co ua achura d bada d 1 Mz. 1) S I DC 1µA > I sh ( q I D BW) ½ 0.57 A > SN 0 og(i D /I sh ) 64.9 db ) S I DC 1A > I sh ( q I D BW) ½ 0.1 pa > SN 0 og(i D /I sh ) 34.9 db udo d luctuacó (Flckr Nos): sta prst todos los dspostvos actvos y pasvos, auqu su org dpd dl tpo d dspostvo. s u rudo d tpo rosa (1/) y qu s caractrza por sr ucó d la tsdad qu atravsa l dspostvo, t K I α sdo, K: ua costat qu dpd dl dspostvo. I: s la tsdad cotua qu atravsa l dspostvo. α: s ua costat propa dl tpo d dspostvo y qu varía tr 0.5<α<. Causas dl rudo d lckr so: - trasstors BJT, sta rlacoado co la captura y lbracó d lctros y hucos las trampas d rcombacó dl smcoductor. - los MOSFT, sta rlacoado co los stados d rgía atípca qu s cra la tras tr l slco y l óxdo, los cuals juga l papl d trampas para las cargas. - las rsstcas pasvas s mucho mas acusado las rsstcas d carbó, qu las d lamto rrollado, y aparc como u rudo xcso sobr l rudo térmco, y s dpdt d la tsdad qu la atravsa. 10

13 4.4 UIDO N CICUITOS CON AMPIFICADOS OPACIONAS. l modlado d gracó d rudo u amplcador opracoal s pud hacr utlzado ua ut d rudo d tsó, y dos uts d rudo d tsdad p, como s mustra la gura. as dos uts d tsdad - so d caractrístcas smlars, pro o stá corrlacoadas, por lo qu s covt - matrlas co drt domacó durat la obtcó d las xprsos, auqu al al, l p cálculo d los valors, hagamos p. Para valuar los vls rms d rudo o la salda d u crcuto basado amplcador opracoal, s studa l crcuto básco d amplcador vrsor y o vrsor, l qu las uts d sñal s ha cortocrcutado a trra. la sgut pága s mustra las curvas caractrstcas d rudo d u aplcador opracoal M741. w w c c os parámtros qu caractrza l rudo d tpo tgrado qu orc l amplcador AD741, so, udo tsó: w V /z c 00 z udo d tsdad: w A /z c 000 z 11

14 la sgut gura s mustra l modlo para l aálss d rudo d ua tapa básca. A cto d modlar las drts uts d rudo tras dl amplcador, s ha cludo l modlo dl amplcador opracoal, y así msmo, para modlar l cto d las rsstcas, s cluy las uts d rudo térmco corrspodts o 1 - o 3 3 p 3 Icalmt calculamos la dsdad spctral d tsó la trada dl amplcador: - a ut d tsó cotrbuy drctamt co la dsdad spctral d potca. - as uts d rudo d corrt p 3, luy a través d 3, y cotrbuy co la dsdad spctral d potca, p ( p ) p p k T p as uts d rudo d corrt, 1 y luy a través dl parallo d las rsstcas 1 y, y cotrbuy co la dsdad spctral d potca, ( ) k T 4 1 abdo domado p 3 y ( 1 // ). stablcdo p y combado los drts uts d potca d rudo, rsulta para la dsdad spctral d tsó d trada, ( ) k T ( ) 4 p s mportat obsrvar, qu sta xprsó, s po d masto qu cuado las rsstcas so altas, doma las uts d rudo d tpo tsdad, y qu cuado las mpdacas so bajas, doma la ut d rudo d tsó. Cuado p y so tals qu, Z p la cotrbucó d y so guals. A Z s l doma rsstca d rudo caractrístcas dl amplcador opracoal. Nóts qu a cto dl rudo, s más adcuado qu p 0, cotra d lo rqurdo a cto d mmzacó dl ost. p 1

15 Valor rms d rudo la salda: Para su cálculo s cosdra qu la gaaca d rudo A s, o A sdo A sdo, α T T 1 1 l valor rms total d rudo o la salda, s obt tgrado o, l rago comprddo tr, o 1 1 w ( ) p c w c 4 k T ( )( 1.57 ) p 1 sdo la vrsa dl tmpo T d obsrvacó dl rudo. sta cuacó, stablc qu para rducr l rudo u crcuto basado amplcador opracoal, s db: - Slccoar u amplcador co los mímos valors d w, w, c y c. - stablcr los valors d las rsstcas y p ta pquñas como sa posbl, y co llo rducr l rudo grado por las uts d tsdad. - mtar la achura d bada quvalt d rudo al valor mímo qu sa posbl. 13

16 azó sñal-rudo: Calculado l valor rms d rudo la salda o s calcula l valor rms corrspodt al puto d trada d la sñal, dvddo por la gaaca d sñal A dl amplcador, A o y d st valor s obt la razó sñal-rudo SN a la trada dl amplcador, V( SN 0 log rms) V( 0log rms) o A Mdda d las caractrístcas d rudo d trada d u amplcador opracoal: as caractrístcas d rudo d u amplcador opracoal pud dtrmars xprmtalmt co mddas apropadas sobr l crcuto ats studado. Itroducdo valors suctmt bajos d y p, l rudo domat s l dbdo a la ut d rudo d tsó, y coscuca, s pud obtr la potca spctral d tsó d trada, A o (Ω) p (Ω) 1 (kω) - A 1 1 // / 1 o Itroducdo valors suctmt altos d y p, l rudo domat s l dbdo a la ut d rudo d tsdad, y coscuca s pud obtr la potca spctral d tsdad d trada, 1 o A p 1.57 ( ) 4kT p ( Ω) 0 (1 MΩ) p 0 (1MΩ) 1 ( kω) - o A 1 / 1000 o 1 // 1MΩ 14

17 4.5 NATUAZA Y CAUSA D AS INTFNCIAS. Por trrcas s td cualqur tpo d lucas íscas qu cotam las sñals o qu rduzca la capacdad o prstacos dl sstma. as trrcas pud procdr dl propo sstma, d qupos xtros o dl toro ambtal. as trrcas léctrcas s pud troducr por coduccó, acoplo capactatvo, duccó magétca, o radacó lctromagétca. xst otras causas o léctrcas qu també produc trrcas, como las vbracos, la radacó térmca, tc... Futs típcas d trrca so: 1) a rd léctrca d potca, qu spaña s d 50 z, s la prcpal ut d trrca, ya qu s omprst y qu por lla luy altos vls d tsdads. ) as varacos d la tmpratura, y los gradts d tmpraturas los sstmas lctrócos t ua gra luca sobr todos los dspostvos smcoductors. 3) os golps y vbracos mcácas gra allos y mcrotrrupcos las coxos y soldaduras dcts. 4) os motors d xplosó, gra ua sñal dsruptva d alta potca y co u spctro rcucal muy amplo l rago tr 30 y 300 Mz. 5) os sstmas dgtals s almta mdat tsdads qu camba d orma mpulsva durat los cambos d stado, a la rcuca dl rloj. Su magtud y spctro rcucal s urtmt dpdt d los tmpos d cambo tr stados. 6) os comutadors d potca gra mpulsos d gra ampltud qu so ut d tsas trrcas. os comutadors lctrócos basados trstors, y dspostvos lctrócos d comutacó, qu s utlza l cotrol d motors y uts d potca, so gradors d rudos d amplo spctro, como coscuca d la rapdz d sus cambos y dl vl d las tsdads qu comuta. 7) a scobllas d los colctors d los motors léctrcos costtuy uos trruptors mcácos qu opra a gra vlocdad, y qu gra u rudo co spctro tr 1 y 10 Kz. 8) as dscargas d arco qu s produc los sstmas d muy alta tsó, cuado stá mal stado, o cuado la atmósra la qu opra s húmda, proporcoa u spctro blaco d gra ampltud. 9) las lámparas d dscarga, como los tubos luorscts o d ó, gra u rudo d trrca co spctro rlvat por cma d 1 Mz. st caso, u lmto d ltro, como pud sr ua duccó qu trat d matr costat la corrt, lo rduc drástcamt. 15

18 10) Otras uts d trrcas habtuals so los qupo qu opra co spctros rcucals muy strchos, como los gradors d F magtros, qupos d soldadura y cualqur tpo d trasmsor. as trrcas pud lmars báscamt a través d las sguts mddas: a) Aljado y ortado d orma adcuada los qupos d las uts d trrca, d orma qu su captacó s míma. b) Utlzado bldajs los cabls y cajas d aslamto y protccó sobr los qupos, para dsmur l acoplamto tr stos y las uts d trrca.. b) Utlzado amplcadors d aslamto, qu bloqu la trasmsó d las sñals gradas por las trrcas. jmplo: Itrrca d la rd sobr l curpo humao. Cosdérs l caso d la tsó troducda sobr la puta d ua soda d u oscloscopo cuado ua prsoa la toca. Valors típcos d los parámtros qu trv st caso so: la mpdaca d trada dl oscloscopo s d 1 MΩ, la mpdaca d trascó tra al curpo s tr 500 KΩ, y la capacdad tr la rd y l curpo ua habtacó ormal s C 5 pf. Bajo stas codcos l modlo quvalt d trrca qu s produc s l qu s mustra la gura. A 50 z, la mpdaca dl codsador s, 1 1/jwC π Z c -1 a tsó a la trada dl oscloscopo srá: V tr 600 MΩ V m V m 0.38V 1/jwC Z c 16

19 ACOPO CONDUCTIVO l acoplo coductvo s produc como coscuca d qu dos o mas crcutos o qupos compart ua sñal d rtoro comú. Bajo sta stuacó, la corrt d rtoro d u crcuto luy a través d la mpdaca ta dl la lía d rtoro comú grado lla ua varacó d potcal qu s obsrva dsd l otro crcuto, como ua trrca por cambo d su rrca d su trra. l acoplo coductvo rqur más d dos cabls d rtoro para crrar la corrt d trrca (uo sul sr la propa trra). v s1 v 1 v s1 -v cc v s qupo 1 v cc qupo r cc r1 v o1 v o sstca a trra comú s1 v s1 s1 v s v 1 v r1 r cc 1 v cc A 1 v 1 A v 1 v o v o1 s muy comú sstmas dstrbudos co cabls d trasrca d sñal y d almtacó largos. Ua caractrístca qu solo s prsta la trrca d tpo coductva, s qu pud prstar ua sñal co vl mdo o ulo. Itrrca co vl d cotua Dada la rlvaca d los udos d rrca u sstma d strumtacó o léctrco gral, s d trs tpos d trra, a los qu s l asga drts símbolos para rprstarlos. Trra d sgurdad: Coxó léctrca al plata, a través d la structura mtálca dl dco y d cabls dstrbudos a st. Trra d sñal: Tsó qu s toma como rrca para trprtar ua sñal d tsó u qupo. Trra d rtoro: ía qu s utlza para soportar la tsdad d rtoro d las lías d sñal y d las lías d rtoro. 17

20 comdacos para rducr las trrcas coductvas so: 1) Asgurar qu las lías d rtoro d rrca a trra, d la sñal y d las uts d almtacó sa drts y sólo s ua u úco udo. Ua sola coxó V cc V Fut sñal qupo Dsplay Fut almtacó V cc V ) No coctar qupos d mdda ssbls, y qupos gradors d trrca (motors, maquas d soldadura, tc.) sobr la msma lía d rd d almtacó. 3) Coctar las rrcas a trra d las drts tapas mdat lías d trra dpdts qu s trcoxoa tr sí u úco udo. 4) Fut Fut d almtacó Carga tapa 1 tapa tapa 5) Garatzar qu los cabls a trra d las drts platas dl dco sa dpdts y s cutr coctados u úco puto comú d trra. qupo 1 qupo qupo 18

21 6) a rsstca d u coductor s urtmt dpdtmt d la rcuca, ya sa por cto sk o por la gomtría d la lía d acoplo alta rcuca. Por llo, sstmas d rtoro a trra qu cotua so acptabls, o lo so para alta rcuca. Así, s db utlzar como lías d trra cabls mallados d muchos hlos, y també s db vtar matr hlos d rtoro d sñal parallos a los plaos d trra. CONDUCCIÓN N UN PANO ía d míma mpdaca ía d míma rsstca FCTO SKIN 1/ Z { [w-(1/wc) ] Sccó coductora Cobr: 50 z > λ0.117 mm 500 Kz > λ 1.17 µ m λ λ 1 πµσ Sccó o coductora 7) Itroducr ltros qu bloqu las sñals d trrca. Para llo s utlza choqus ductvos sr co las lías d sñal y cortocrcutos capactatvos parallo tr las lías d almtacó. U choqu ductvo como l d la gura, aclta l paso d las sñals DC y modo drcal s trasmt, mtras qu la sñal modo comú s bloqua. v CM v CM Choqu modo comú INTFNCIAS CTICAS Y MAGNTICAS Cuado tr los drts udos d u crcuto xst drcas d potcal, s prsta campos léctrcos tr llos, y s stos so varabls l tmpo, tr sos udos s produc trrcas capactatvas o léctrcas. Cuado por u coductor luy ua corrt léctrca gra l spaco qu lo roda u campo magétco, cuado la corrt vara l tmpo, duc ua urza lctromotrz sobr cualqur bucl qu atravs l campo varabl qu gra. 19

22 l cto d trrca d los campos léctrcos y magétcos dsmuy co la dstaca a la ut. A cortas dstacas, sto s a dstacas rors a λ/π /π (λ logtud d oda mtros, rcuca z), l campo domat s o b léctrco, o b magétco: Campo magétco domat s, Z [dv(t)/dt]/[d(t)/dt] «377 Ω Campo léctrco domat s, Z [dv(t)/dt]/[d(t)/dt]» 377 Ω jmplo 1: U sstma d soldadura por arco troduc trrcas l cotrolador dl robot qu lo maja. st caso l sstma d soldadura hac uso d tsos d 1 Voltos tsdads d 10 Ampros. os tmpos d varacó s la msma para la tsó tsdad. Por lo qu la mpdaca d acoplo s st caso: ZD (1/ t)/(10/ t) 0.1 Ω l acoplo domat s d tpo magétco. jmplo : Ua tarjta d adquscó d sñals aalógcas rcb trrca dl computador qu stá stalada. l computador comuta tsos l rago tr 1 y 4.5 V co tmpos d 10 s, y así msmo, l computador comuta la tsdads l rago 0 10 ma tmpos d 100 s. a mpdaca d acoplo st caso s, ZD (3.5/10-8)/(10-3/10-7) 3500 Ω l acoplo domat s d tpo léctrco. A largas dstacas l campo léctrco y magétco s propaga orma combada como odas plaas lctromagétcas, y stos casos s habla d trrcas lctromagétcas o d radacó. Comparacó tr los drts tpos d trrcas ucó d la dstaca: o Acoplo Coductvo: qur coxó ísca. o Acoplo lctrco o magtco: Doma a dstacas rors a d < λ/π / p o Acoplo lctromagétco: Doma a dstacas suprors a, Frcuca d 50 z 1000Km 1 Mz 48m 00 Mz 4 cm 1Gz 5 cm d >λ/π / p 0

23 INTFNCIAS PO CAMPO CTICO O CAPACITATIVO s l qu s produc tr coductors próxmos qu stá somtdos a potcals qu varía l tmpo y qu por llo da lugar a campos léctrcos varabls qu acta a aqullos otros qu s cutra su toro. qupo A qupo B v s C p a trrcas d tpo léctrco s modla dsd l puto d vsta crcutal como las trrcas qu s produc tr dos sstmas como coscuca d las capacdads parástas qu xst tr los coductors qu prtc a cada uo d llos. tr dos coductors próxmos xst ua capacdad parásta qu s proporcoal al ára d los coductors vrsamt proporcoal a la dstaca tr llos, Codsador plao A C ε d tr dos coductors qu trasr sñal s produc u trrca como coscuca dl acoplo tr los udos léctrcos qu rprsta por la xstca d ua capacdad tr llos. Para aalzar cualtatvamt l cto d las trrcas léctrcas, cosdrmos l caso d dos coductors mtálcos prtcts a drts crcutos qu s cutra acoplados mdat ua capacdad C 1. a tsó l crcuto ducdo por l prmr crcuto s, 1

24 V V ( s) ( ) ( jω ) 1 1 s 1 l caso d qu S «1/wC, C s1 v s1 Coductor 1 C 1 1 V j ( s) C1V ω 1 s v s Coductor D acurdo co st rsultado, s pud rducr la trrca, utlzado los sguts crtros: o ducdo la capacdad tr los coductors. o cual s pud ralzar, b aljado los coductors, o dsmuydo l ára d suprposcó. o o ducdo la mpdaca dl crcuto actado. Ya sa por dsmucó d la rsstca d carga o d la rsstca d ut S. o Dsmuydo l vl d sñal dl crcuto qu gra la trrca. o Dsmuydo la rcuca d la ut d rudo. o cual o sul sr habtualmt posbl. l método más caz d rducr l acoplo capactatvo s troducdo u bldaj d apatallamto tr ambos coductors, y coctado st a trra. s1 v s1 Coductor 1 C 1 1 l bldaj d apatallamto solo s ctvo s s cutra coctado a trra. U bldaj lotat pud crmtar la trrca ya qu pud crmtar l acoplamto capactatvo tr los coductors qu spara. s v s C 1 Coductor

25 INTFNCIA MAGNTICA a trrca magétca s produc cuado l campo magétco grado por l crcuto ut, atravsa u bucl crrado dl crcuto actado. sta trrca dpd dl lujo d campo qu atravsa l bucl dl sgudo crcuto, y sto s ucó dl águlo tr l campo y l plao dl bucl y dl ára d st. Φ BA µ o As v dφ dt qupo A qupo B B A db dt s v S1 Cosdérs l caso d dos crcuto co orma d bucl, qu s cutra magétcamt acoplados. v S1 Crcuto 1 I 1 1 la gura ror s mustra l modlo quvalt, ucó d las autoduccos d cada crcuto y d la duccó mutua tr ambos. l caso d qu los crcutos tga orma d ua spra, los valors d los parámtros ductvos so: v S S Crcuto I 1 k1µ A1 k µ A M k1 1 a urza lctromotrz l sgudo crcuto, s també ucó d la urza lctromotrz ducda por la tsdad I 1. V S jω I jωm I V 1 v S1 v S S1 S Crcuto 1 k Crcuto I I 1 1 3

26 Aspctos mportats para vtar la trrca magétca los qupos, so: o S db rducr las áras d los bucls d los crcutos. Para llo, las lías d cabls largos db star trzados. qupo 1 qupo o a utlzacó d u cabl coaxal també lma l acoplo magétco, o por l apatallamto qu supo, so por la smtría d los coductors vta la prsca d bucls. o o S db rducr los vls d corrt, para lo qu hay qu crmtar los valors d las mpdacas d los crcutos. o S db ortar los crcutos d orma qu los actors d acoplo tr llos s rduzca. - os bldajs y apatallamtos mtálcos habtuals, so cacs a cto d lmar trrcas magétcas. S cstaría utlzar matrals magétcos. 4

27 4.6 BINDAJS, APANTAAMINTOS Y PUSTAS A TIA. S ha platado la csdad d troducr bldajs d cabls y apatallamtos d qupos para lmar las trrcas léctrcas por acoplamto capactatvo, y así msmo, la csdad d qu los bldajs y los apatallamtos sté coctados a trra para qu sa cacs. Así msmo, s ha platado qu para vtar las trrcas coductvas y las trrcas magétcas, s db vtar las coxos múltpls tr qupos, qu provoca corrts d drva, y bucls qu capta campos magétcos. Ambas codcos so a vcs cotradctoras. jmplo: Cosdérs l caso d dos qupos trcoctados a trabs d u cabl bldado y coctado a dos putos d trra drts, tr los qu como s comú hay ua drca d potcal d voltos. Supógas qu la rsstca d los apatallamtos y d los qupo 1 qupo bldajs tr los dos putos d masa s d 0.5 ohmos. I Bldaj st caso la tsdad qu luy por l bldaj s, V CM I bldaj v CM bldaj V 4 A. 0.5 Ω stas tsdads ta lvadas, produc trrcas coductvas mportats, y así msmo, luydo putos ta próxmos a las lías d sñal, produc tsas trrcas magétcas. l caso d u qupo co u úco apatallamto, s mportat qu la trcoxó dl udo d rrca dl crcuto, co l apatallamto dl qupo, solo s ralc u puto. caso cotraro, la caídas d tsó coductvas a través dl bldaj produc u cto d trrca. 5

28 I CM I CM V CM v s A V AB B V CM v s l caso d sstmas co múltpls cajas d apatallamtos, també s adcuado buscar qu l cojuto d qupos solo haya ua coxó tr l udo comú d sñal y l apatallamto. st caso hay qu utlzar cabls bldados d múltpls hlos, para trasrr la lía d rrca comú. V CM v s I Bucl A V CM B V AB V CM v s I Bucl A V CM B V AB V CM v s I Bucl A V CM B V AB 6

29 BINDAJS Y TIAS N SISTMAS CON MÚTIPS QUIPOS. Sstma co coxó a trra solo la ut Trasductor Acodcoador d sñal Computador o dsplay v s Sstma co coxó a trra solo l qupo d mdda. Trasductor Acodcoador d sñal Computador o dsplay v s Sstma co coxó a trra la ut y l qupo d mdda. Trasductor Acodcoador d sñal Computador o dsplay v s Amplcador d aslamto No hay coxó 7

30 4.7 AMPIFICADOS D AISAMINTO. os amplcadors d aslamto so amplcadors los qu las tapas d trada, d salda y d almtacó stá léctrcamt asladas. sto supo qu tr las tradas, saldas y almtacos, s pud matr drcas d tsos muy lvadas (ctos o mllars d voltos). Co los amplcadors d aslamto s rsulv trs problmas: 1) S asgura l aslamto léctrco tr drts qupos. tr llos solo luy la sñal. sto s a vcs rqurdo por ormas d sgurdad. ) Prmt oprar co vls modo comú muy lvados. 3) Aísla íscamt los drts qupos, y co llo s lma trrcas, coductvas y magétcas. la sgut tabla s compara las caractrístcas d u amplcador d strumtacó y u amplcador d aslamto. Cocpto Amplcador d aslamto Amplcador d strumtacó CM gaaca utara (dc a 100 z) ago d voltaj modo comú ago d voltaj drcal d trada Coguracó d trmals d trada Achura d bada (pquña sñal) Nolaldad la gaaca Dpdca d la gaaca d la tmpratura Dpdca dl ost dla tmpratura 115 db 80 db ±.5 KV dc (±7.5 KV pco) ± 10 V 40 V rms (±6.5 KV pco) ± 10 V qur solo dos coductors d trada DC a kz 0.05 % 0.01 % qur trs coductors d trada (uo d rtoro) Dc to 1.5 Mz ± 0.01 %/ºC ± %/ºC ± 300 µv/ºc ± 150 µv/ºc xst drts tcologías para dsñar amplcadors d aslamto: - Basados trasormadors y acoplos ductvos. - Basados dspostvos optolctrócos. - Basados acoplos capactatvos. 8

31 AMPIFICADOS D AISAMINTO BASADOS N TANSFOMADOS a sñal s trasr tr la tapa d trada y la tapa d salda por duccó a través d u trasormador. sto lmta urtmt la achura d bada dl amplcador. Como jmplo d amplcador basado trasormadors s mustra las caractrístcas dl amplcador d aslamto AD04 d Aalog Dvcs. st s u amplcador d aslamto d propósto gral qu pud sr utlzados ua ampla gama d aplcacos las qu las sñals d trada db sr mdda s coxó galváca. 9

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33 AMPIFICADOS D AISAMINTO BASADOS N FOTOACOPADOS os amplcadors d aslamto basados otoacopladors, s basa trasrr la sñal tr la tapa d trada y d salda mdat ua sñal lumosa, co lo qu ambos crcutos quda prctamt léctrcamt aslados. as vtajas d los amplcadors d aslamto basados otoacopladors, rt a los basados trasormador, s pud obsrvar la sgut tabla. Acoplo ductvo Acoplo óptco Caractrístcas Modulacó ampltud Modulacó achura-pulso Modulacó ts-luz Nolaldad max. (%) Tsó aslamto > 7.5 KV > 5 KV > 5 KV CM (60 z) y (0 db) > 10 db > 10 db 100 db Achura d bada.5 Kz.5 Kz Kz Itrrca grada Baja Baja Ngua Sucptbldad F Alta Baja Muy baja Tamaño (cm 3 ) < 1 Prco > pts > pts >.500 pts la gura s mustra la structura tra d u amplcador d aslamto basado otoacopladors comrcal. os otododos D 1 y D so d caractrístcas détcas, lo qu garatza la laldad dl amplcador: I I v 1 o o I I 1 I I I o V st caso l crcuto o cluy las uts d almtacó d las tapas d trada y d salda. stas hay qu proporcoarlas xtramt, y tr llas s db garatzar l aslamto. o s G o Vs G v s s v s V CM I G - I 1 V V - V CC V - I O D D - 1 D I o v o 31

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35 AMPIFICADOS D AISAMINTO CON ACOPOS CAPACITATIVOS So amplcadors d aslamto qu corpora ua técca d modulacó/ dmodulacó rcuca, y trasmt la sñal a través d pf qu costtuy la barrra d aslamto. a barrra o acta a la tgrdad d la sñal y da lugar a ua abldad xclt y ua complta mudad al rudo xtro. U jmplo d st tpo d amplcador d aslamto s l modlo ISO14 d Burr Brow, cuyo dagrama d bloqus y prcpals caractrístcas s mustra, 33

36 FNCIAS Futs y caractrzacó dl rudo trsco [FA88] [BUC9] FANCO S.: "Dsg wth opratoal amplrs ad aalog tgratd crcuts". Mc Graw ll, 1988 BUCA D. y McACAN W.: "Apld lctroc Istrumtato ad Masurmt" MacMlla Publshg Co., 199. Itrrcas [JAC93] JACOB J.M.: "Idustral Cotrol lctrocs: Applcatos ad dsg" Prtc all, [PUT88] PUTTN A.: "lctroc masurmt systms" Prtc all,