T2: Amplificadores de Instrumentación

Transcripción

1 T2: 21 T2: Carácteristicas: Modo diferencial, CMRR, Resistencia de Entrada, Control de Ganancia. Estructuras con varios OPAMPs. Selección del canal de entrada: Reles, llaves analógicas. Multiplexores. Amplificadores de Aislamiento. Transformadores. Opticos. Amplificadores de Baja Deriva. Autocero. Chopper. BIBLIOGRAFIA: [PARA98] M. Parada, J. I. Escudero y P. Simón: Apuntes de Instrumentación, Técnicas de Medida y Mantenimiento. Facultad de Informática y Estadística, Sevilla [SEDR91]A. S. Sedra and K. C. Smith: Microelectronic Circuits. Saunders Collegue Publishing, Third Edition [COUG98]R. F. Coughlin and F. F. Driscoll: Operational Amplifier and Linear Integrated Circuits. Fihth Edition, PrenticeHall

2 T2: 22 CARACTERISTICAS: Entrada Diferencial. CMRR elevado. Resistencia de entrada elevada. Ganancia controlable. V id = ( V 1 ) V 1 = G d V id G cm V icm R id R icm CMRR

3 T2: 23 Amplificadores de Instrumentacion Amplificadores diferenciales: Trajan con SEÑALES DIFERENCIALES, rechazando el modo común (ruido) Transmisión de señales a equipos remotos. (cable coaxial, par trenzado). Corrigen las derivas de tierra. Son versatiles (Inversoresno inversores). CIRCUITO DIGITAL V1Vr V2Vr CIRCUITO REMOTO CIRCUITO DIGITAL GND1 R GND2 CIRCUITO REMOTO Elimina el ruido común Caida de tensión en las tierras

4 T2: 24 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL BASICO R 4 = V 1 R 1 R 4 V1 Resistencia de entrada R in = Diferencial = R 4 R 4 CMRR Función del apareamiento entre resistencias (80dB para esta configuración) EJEMPLO 1: Diseñar un amplificador diferencial con Rin=20KΩ, y G D =10. Solución: Se puede seleccionar R1=R3=10KΩ y R2=R4=100KΩ. El factor determinante para la aparición de respuesta al modo común es el desapareamiento entre las resistencias. PROBLEMAS: Baja resistencia de entrada (seguidor) Ganancia poco controlable (variación de las resistencias por pares potenciómetros). CMRR bajo.

5 T2: 25 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON 2 OPAMPs R G R 4 V1 = V 1 V R 4 R G R G 2 1 R G R G Resistencia de entrada Diferencial infinita = R 4 > La ganancia es solo función de R G : CMRR Función del apareamiento entre resistencias (80dB para esta configuración)

6 T2: 26 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON 3 OPAMPs Resistencia de entrada infinita V 1 Va Ganancia: ' = V a V b = ' ' ' ( V R b V a ) 2 R G R 1 V a = V 1 1 R G R G R 2 R 3 ' V b = V 1 R G ' 1 R G Vb G d = 1 2 = R G G d1 G d2 Ganancia etapa de entrada X ganancia diferencial de salida

7 T2: 27 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON 3 OPAMPs CMRR: Contribución de cada etapa V 1 Va CMRR G d = = G cm G d1 G d2 G cm R G 1ª ETAPA: G cm1 = 0 2ª ETAPA: G cm2 R 1 CMRR G d = = G G d1 CMRR2 cm R 2 R 3 Mejora en un factor de Gd1 Vb OFFSET: Contribución de cada etapa ffset = G d1 G d2 V IO1 G d2 V IO2

8 T2: 28 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON 3 OPAMPs: Circuito Integrado V 1 Va V SENSE Reisistencias integradas CMRR elevado (130dB) R G1 R G variable. R G2 R 1 G d = 1 2 R G R 2 R 3 R1: dato del fabricante Vb V REF

9 T2: 29 MULTIPLEXADO DEL CANAL DE ENTRADA SENSOR1 SENSOR2 SENSOR3 V i1 V i2 V i R G1 Amplificador Integrado R G1 Selección del canal Selección de la ganancia en función de Vi Selección de la resistencia RGi Resistencias de los contactos y conmutadores. Frecuencia de conmutación Limitación.

10 T2: 210 MULTIPLEXADO DEL CANAL DE ENTRADA: IMPLEMENTACION DE LOS INTERRUPTORES RELES: Dispositivo electromecánico Tensiones de accionamiento: TTL, Amplificador BJT. Corrientes máximas. Velocidad de conmutación baja. INTERRUPTORES ANALÓGICOS: G D S D S G MULTIPLEXORES ANALÓGICOS: Bidireccionales TRANSISTORES MOS: corte > ALTA IMPEDANCIA (10MΩ) óhmica > BAJA IMPEDANCIA (10Ω) Resistencia a controlar. Salida Entradas Selección (DIGITAL)

11 T2: 211 MULTIPLEXADO DEL CANAL DE ENTRADA: IMPLEMENTACION DE LA GANANCIA AD524: Resistencia integradas: G RELE: < 10KHz I. ANALOGICOS: Rds(on) > Soluciones. V 1 V 1 R 1 R G Es necesario conmutar R1 R G R G R 1

12 T2: 212 MULTIPLEXADO DEL CANAL DE ENTRADA: IMPLEMENTACION DE LA GANANCIA Amplificador en cascada: Circuito amplificador NoInversor (Offset) Amplificador realimentado (K, offset,vref): GANANCIA V1 K 1 G d = 1 2 K R G OFFSET R 4 Vo = G d1 G d2 V IO1 V IO2

13 T2: 213 OBJETIVO: Amplificadores de AISLAMIENTO Provocar el AISLAMIENTO ELECTRICO entre la entrada y la salida del amplificador. Equipamiento electrónico sensible, electromedicina. NECESIDAD: Para VCM y CMRR elevados. TECNICAS: Mediante TRANSFORMADORES Aislamiento OPTICO. CARACTERISTICAS GENERALES: Parámetros de aislamiento (aislamiento eléctrico V) VISO Ri Ci Intensidad de pérdidas Ancho de banda IMR (similar al CMR debido al aislamiento) OPTICOS: Bajas perdidas, elevado ancho de banda TRAFO: Elevado IMR

14 T2: 214 Amplificadores de AISLAMIENTO A. TRANSFORMADOR: Basado en el funcionamiento de un TRAFO. I 1 I 2 N 1 V 1 = V N 1 2 V 1 N1:N2 PARA N1=N2 > G=1 V2 N 2 I 1 = V N 2 1 Para Instrumentación: f ~ 2KHz Amplifica SOLO SEÑALES DE AC. Las SEÑALES DE DC se convierten a AC > se transmiten a la salida > se reconstruyen (DC). I 1 I 2 E MODULADOR V 1 DEMODULADOR S AM > el TRAFO trabaja a frecuencia constante

15 T2: 215 Amplificadores de AISLAMIENTO A. OPTICO: Basado en el funcionamiento de semiconductores fotosensibles: Diodo emisor (LED) Diodo receptor (fotodiodo) CIRCUITO BÁSICO Para Instrumentación: f elevados (decenas de KHz) Amplifica SEÑALES DE AC y DC. V I 1 R 2 Signo de la entrada (IREF). Son baratos y BW elevado Requieren dos fuentes de alimentación perfectamente aisladas (DC DC)

16 T2: 216 Amplificadores de DERIVA CERO BUSCAN RESOLVER LOS PROBLEMAS DE CONTINUA: A. de AUTOCERO: Miden y Cancelan el offset a la entrada. Técnicas CHOPPER: DC > AC para procesar las señales. V IO R Vi V C = V IO C V IO R C MEDIDA CANCELACION CIRCUITO AUTOCERO