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Lección 2.
Circuitos electrónicos en
instrumentación (I)
2.1 Tipos de señales
2.2 Puentes de impedancias
2.3 Amplificadores de señal
2.4 Multiplicadores analógicos
Apéndice: Especificaciones del amplificador operacional
 F. J. Ferrero-2006
1
2.1 Tipos de señales
2
Como hemos dicho, la instrumentación electrónica se encarga de la captación y medida de
magnitudes físicas. La información (datos) de una determinada magnitud física se denomina
variable. Cuando esta información es de naturaleza eléctrica, la variable se denomina señal. Las
señales pueden ser clasificadas atendiendo a diferentes criterios:
ƒ Señales analógicas: no tienen cuantificación en el parámetro de información.
ƒ Señales discretas: debido a la cuantificación, la información solo puede tomar un número finito
de valores.
En las señales dependientes del tiempo, el parámetro de información puede cambiar en cualquier
instante (señales continuas) o bien los cambios solo son posibles en instantes de tiempo
discretos, debido a la cuantificación de tiempo. Un caso de especial importancia son las señales
binarias, las cuales solo pueden tomar dos valores de amplitud discretos, 0 y 1. Las señales
digitales solo puede tomar dos valores de amplitud discretos en instantes concretos.
ƒ Señales deterministas: se conoce el comportamiento completo de la señal, incluso su
comportamiento futuro. Por ejemplo señales de test como la función impulso o la función escalón.
ƒ Señales no deterministas: se desconoce su comportamiento. Si son descritas por una
distribución de probabilidad, se denominan señales estocásticas.
Señales unipolares
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Según la configuración de los terminales de la señal, están pueden ser:
ƒ Unipolares: se tienen entre un terminal y otro de referencia. El terminal de
referencia puede estar conectado a tierra o ser independiente de tierra (señal
unipolar flotante). Si entre el terminal de referencia y tierra existe una tensión
se dice que es una tensión en modo común y no se puede conectar a tierra
ninguno de los terminales de la señal; la impedancia equivalente del generador
de modo común puede tener valores muy dispares según el caso.
Un termopar conectado a la carcasa de una turbina de vapor para medir la
temperatura ofrece una señal unipolar puesta a tierra por estarlo la turbina. El
mismo termopar pero encerrado dentro de una vaina de acero y aislado de ella
ofrece una señal, en principio, flotante. Si en vez de estar montado sobre la
turbina lo está sobre un cable de alta tensión, esta tensión aparece en modo
común a los terminales del termopar, y en serie con una impedancia (alta)
determinada por el acoplamiento capacitivo entre el cable y tierra.
Señales bipolares o diferenciales
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ƒ Bipolares o diferenciales: se tienen entre dos terminales que son
independientes del terminal de referencia, el cual puede estar o no conectado a
tierra. La impedancia entre cada uno de los dos terminales de señal y el de tierra
es similar. La polaridad con que se tomen las señales es irrelevante: solo cambia
el signo. Hay también tres posibilidades: señal diferencial puesta a tierra, flotante
o con tensión de modo común, que es lo más frecuente.
El punto de referencia para las señales flotantes, o uno cualquiera de los
terminales de señal, puede conectarse a tierra; para las señales con tensión de
modo común, no se puede conectar a tierra ningún terminal, ni siquiera el de
referencia. Se puede, sin embargo, invertir la polaridad de la salida. Las señales
diferenciales se distinguen porque las diferencias de potencial respectivas entre
cada terminal y el de referencia varían simultáneamente en la misma magnitud
pero en sentido opuesto. Sin embargo, muchas veces se emplea un circuito
equivalente como el de la figura inferior derecha, donde esta propiedad no queda
patente; obsérvese que aquí el terminal C no coincide con el punto C de la figura
inferior izquierda. Obviamente, mientras una señal unipolar puede darse con dos
terminales, una señal diferencial necesita siempre al menos tres terminales para
su representación: alto (A), bajo (B) y común (C).
Ejemplo
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Un ejemplo de señal diferencial es la que se tiene en un puente de impedancias
alimentado por una fuente de tensión o de corriente. Si en alguna de las ramas
del puente colocamos un sensor cuya resistencia sufra una pequeña variación
(como consecuencia de la variación de una magnitud física), el puente se
desequilibra y en la salida se obtiene una pequeña tensión
diferencial.
El puente de impedancias responde a la variación de la resistencia (que es
realmente la información que queremos detectar) y elimina la señal de
modo común que no contiene información. El pequeño valor de la señal
diferencial hace necesaria su amplificación.
Señales de alta y baja impedancia de salida
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Las señales se pueden clasificar también atendiendo al valor de su impedancia
de salida, Z0. Si lo que se quiere medir es una tensión se puede ver con facilidad
que la impedancia de entrada del dispositivo de medida Zi debe ser mucho mayor
que la de salida, sino se quiere que la señal resulte atenuada. En cambio si lo
que se desea medir es una corriente la situación es la contraria: la impedancia
de entrada ha de ser mucho menor que la de salida de la señal. Si lo que se
desea es transmitir la máxima potencia de un elemento al siguiente y como suele
ser habitual las impedancias son resistivas, la resistencia de entrada y de salida
deben ser iguales (teorema de la máxima transferencia de energía).
2.2 Puentes de impedancias
ƒ Introducción
ƒ Puente de Wheastone alimentado en tensión
ƒ Puente de Wheastone alimentado en corriente
ƒ Linealización del puente de Wheastone
ƒ Puentes de medida remotos
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Introducción
ƒ Galgas
120Ω, 350Ω, 3500Ω
ƒ Células de carga
350Ω - 3500Ω
ƒ Sensores de presión
350Ω - 3500Ω
ƒ Sensores de humedad
100kΩ – 10MΩ
ƒ RTDs (sensores de tª resistivos)
100Ω, 1000Ω
ƒ Termistores
100Ω, 10MΩ
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Los elementos resistivos son los sensores más comunes. Son baratos y es
relativamente fácil realizar el interfaz con los circuitos de acondicionamiento. El
valor de su resistencia varía desde unos 100 Ω hasta varios cientos de kΩ,
dependiendo del sensor y del entorno físico de medida. En las RTDs y en las
galgas se produce un cambio porcentual relativamente pequeño en el valor de su
resistencia en respuesta a un cambio en una variable física como la temperatura
o la fuerza. Así p.e. una RTD de platino de 100 Ω tiene un coeficiente de
temperatura de 0,385%/ºC, de manera que para medir 1ºC, la exactitud en la
medida debe ser mejor que 0,385 Ω. Las galgas presentan un cambio típico
menor del 1 % del valor nominal de resistencia.
Un método simple para medir resistencia es forzar una corriente constante a
través del sensor resistivo y medir la tensión de salida. Esto requiere que tanto la
fuente de corriente como la medida de tensión sean suficiente exactas. Cualquier
variación en la corriente será interpretado como un cambio en la resistencia. Por
otro lado la disipación de potencia en el sensor resistivo debe ser pequeña para
evitar errores en la medida por el autocalentamiento. En consecuencia la fuente
de corriente debe ser de pequeño valor, limitando la resolución de la medida.
Puente de Wheatstone básico
+
-
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El puente resistivo de la figura (conocido como puente de Wheatstone) es una
forma alternativa para medir pequeños cambios de resistencia. La variación en el
valor inicial de una o varias de las resistencias del puente, como consecuencia
de la variación de una magnitud física, se detecta en el puente como un cambio
en la tensión de salida. Dado que los cambios de resistencia son muy pequeños,
los cambios en la tensión de salida pueden ser tan pequeños como decenas de
mV, lo que obliga a amplificar la señal de salida del puente.
Puentes alimentados en tensión
(A)
(B)
(C)
(D)
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La figura muestra cuatro casos típicos de puentes alimentados en tensión que
se suelen presentar en la práctica. La tensión de salida del puente depende de la
tensión de alimentación, por tanto la exactitud de la medida no puede ser mejor
que la exactitud de la tensión de excitación.
El caso (A) en el que varía sólo un elemento, es el más adecuado para la
medida de temperatura con RTDs o termistores. También para medidas de
deformación con una sola galga. Vemos que la relación entre la salida del puente
e ∆R no es lineal. Más adelante veremos métodos para linealizar la salida del
puente. El caso (B) se tiene p.e. con dos galgas iguales montadas
adyacentemente, con sus ejes en paralelo. La no linealidad es igual que en el
caso (A), pero la sensibilidad es el doble. Este tipo de puente con dos elementos
variando es típico de sensores de presión y de flujo. En el caso (C) se tienen dos
elementos idénticos que varían en direcciones opuestas. Es el caso de dos
galgas una montada en la parte superior de la superficie flexible y otra en la parte
inferior. La cofiguración (D) es una de las más populares. La señal de salida es la
mayor de todas para un cambio de resistencia y es inherentemente lineal. Es una
configuarción típica de las células de carga.
La sensibilidad del puente se calcula como la derivada de la salida respecto a
la variación de resistencia. Vemos que es proporcional a la tensión de
alimentación y se incrementa a medida que el puente tiene más elementos que
varían.
Puentes alimentados en corriente
(A)
(B)
(C)
(D)
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Los puentes resistivos pueden también ser alimentados por una fuente de
corriente constante, como se muestra en la figura. Estas configuraciones, no son
tan populares como las alimentadas por tensión. Una ventaja que tiene es que
cuando el puente está localizado remotamente de la fuente de excitación, la
resistencia del cableado no introduce errores en la medida. Por otro lado el
cableado es más simple. Note también que salvo el caso (A) todas las
configuraciones son lineales.
Además del número de elementos que varían en el punte, en el diseño de un
puente resistivo hay que considerar otras cuestiones como el tipo de excitación y
su estabilidad. Aunque tensiones de excitación altas dan lugar a tensiones de
salida altas, la disipación de potencia es también alta, con posibilidad de errores
por auto-calentamiento de la resistencia del sensor. Por el contrario, valores de
la tensión de excitación bajos requieren mas ganancia en el circuito de
acondicionamiento, lo cual incrementa la sensibilidad a errores debidos a
señales de pequeño nivel como ruido y tensiones de offset. Por otro lado la
estabilidad de la tensión o de la corriente de excitación afecta directamente a la
exactitud de la salida del puente, por lo que se deben emplear referencias de
tensión o de corriente estables.
Amplificación
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Para amplificar la salida del puente lo mejor es utilizar un amplificador de
instrumentación (AI) como se muestra en la figura, en la que RG fija la ganancia.
Como el AI proporciona una alta impedancia entre cada nodo de salida del
puente y masa no desequilibra el puente ni lo carga. El AI permite obtener
ganancias entre 10 – 1000 con excelente CMRR, sin embargo la salida aún no
es lineal. Se puede linealizar la salida del puente por software conectando la
salida del AI al CAD de un microcontrolador.
La alimentación del AI puede ser dual (figura superior ) o simple con -VS=0
(figura inferior). En este último ejemplo la tensión del pin REF del AI tiene que
ser elevada al menos 1V. En el ejemplo se utiliza una tensión de referencia de
2V de forma que la salida del AI esté entre 2V±1V, que corresponde al margen
de entrada del CAD.
Linealización
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Se pueden emplear varias técnicas para linealizar la tensión salida del puente
(ojo, esto no quiere decir que se linealice el sensor). La figura de la izquierda
muestra un primer método, en el cual el puente debe estar “abierto” en uno de
los nodos donde va a conectarse el sensor, lo que obliga a disponer de cinco
terminales accesibles. El circuito de la derecha permite superar esta
circunstancia, a costa de añadir otro amplificador operacional. Se requiere
alimentación dual y además una relación de resistencias R1-R2 ajustada y
estable. Se recomienda utilizar operacionales de precisión.
Medidas remotas
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Los principales problemas asociados con los puentes de medida en
localizaciones remotas son la resistencia del cableado de conexión y la tensión
de ruido inducida. Para cuantificar el error que se comete en la medición
considere una galga de 350 Ω, conectada al resto del circuito puente por un par
trenzado de 100 ft (1 ft=0,30 m) de longitud. La resistencia eléctrica del cable de
conexión a 25 ºC es 0,105 Ω/ft y el coeficiente de temperatura del cobre
0,385%/ºC. Calcular el error en la ganancia y en el offset debido a un incremento
en la temperatura de 10 ºC.
Conexión a tres hilos
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El efecto de la resistencia del cable en la tensión de salida puede ser
minimizado con la conexión a tres hilos de la figura. Se supone que se mide la
tensión de salida del puente con un dispositivo de alta impedancia, por lo que no
circula corriente por el cable de medida. Calcule para esta conexión los errores
en la ganancia y el offset debidos a un incremento en la temperatura de 10ºC.
De especial importancia es mantener la exactitud y estabilidad de la tensión de
excitación del puente ya que como hemos visto la tensión de salida del puente es
proporcional a la tensión de excitación, de forma que cualquier deriva en la
tensión de excitación produce la correspondiente deriva en la tensión de salida.
Método de Kelvin
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Algunos puentes de medida tienen los cuatro elementos resistivos sensibles
(p.e las células de carga) y encapsulados en un único componente, con seis
terminales accesibles: dos para la salida, dos para la excitación y dos para el
sensado. Este esquema se muestra en la figura y se conoce cómo método
Kelvin.
Aunque este método elimina los errores debidos a la caída de tensión en la
resistencia del cable del puente, se requiere que la tensión de alimentación sea
muy estable ya que afecta directamente a la tensión de salida. Además, los
operacionales deben tener baja tensión de offset, bajas derivas y bajo ruido.
Adicionalmente se puede conectar la VB a la entrada de referencia de un ADC.
Este actúa como un divisor (con salida digital) entre su tensión de entrada (la
salida del puente es proporcional a la tensión de alimentación) y la tensión de
referencia. De esta forma la fuente de alimentación no se requiere que sea muy
estable. A este tipo de medidas se las denomina ratiométricas o medidas por
relación.
Conexión a cuatro hilos
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Otro método para minimizar el efecto que la resistencias es la conexión a
cuatro hilos es el de la figura, en la que el puente se excita con una fuente de
corriente. Tiene la ventaja de que sólo utiliza un amplificador, pero puede
requiere un buffer de corriente para poder proporcionar corrientes por encima de
unos pocos mA.
2.3 Amplificadores de señales
ƒ Amplificadores de instrumentación.
ƒ Amplificadores de ganancia programable.
ƒ Amplificadores de aislamiento.
ƒ Amplificadores logarítmicos.
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Amplificadores de instrumentación
Amplifican señales diferenciales muy pequeñas (µV), en presencia de
señales de modo común de voltios.
ƒ Alta CMRR
ƒ Alta Ri
+
vo
vd
vc
ƒ Ganancia ajustable mediante una R
ƒ Vio, IB pequeñas
ƒ Bajo nivel de ruido
ƒ Pocas derivas
ƒ Ro bajos
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La necesidad de precisión en las técnicas de instrumentación resulta evidente;
por ello los AOs utilizados en equipos de instrumentación deben de reunir
especiales características.
Es frecuente en este tipo de aplicaciones señales diferenciales muy pequeñas,
del orden de algunos µV, en presencia de señales de modo común del orden de
voltios. Esto hace imprescindible disponer de amplificadores con razones de
rechazo de modo común, superiores a los 100 dB, además de alta impedancia
de entrada (para no cargar al sensor), bajo nivel de ruido, pequeñas tensiones y
corrientes de desviación y bajas derivas.
Amplificador diferencial
v1
R1
R2
vo
+
v2
vo =
R2
(v - v )
R1 2 1
REF
R1
R2
ƒ Las resistencias entre cada entrada y masa son diferentes.
ƒ Una diferencia en la relación de resistencias puede dar lugar
a que la vC aparezca amplificada en la salida.
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Cuando se pretende amplificar una señal diferencial (p.e. la tensión de salida
de un puente) una primer opción es utilizar el amplificador diferencial (AD) de la
figura.
Este circuito presenta dos importantes problemas que limitan su utilización.
1) Las resistencias entre cada entrada y masa son diferentes. La resistencia
entre la entrada inversora y masa es R1 y entre la no inversora y masa vale
R1+R2. Esta asimetría en las resistencias de entrada puede provocar la entrada
de ruido de modo común que produzca tensiones diferenciales y que se
amplifique con la señal.
2) Para que no amplifique la señal de modo común se requiere un apareamiento
de resistencias difícil de conseguir.
Amplificador de instrumentación
 Analog Devices
22
Para eliminar las limitaciones del amplificador diferencial y de paso también
obtener una forma cómoda de ajustar la ganancia se añaden al AD dos buffers
intermedios y tres resistencias. La figura muestra un ejemplo de amplificador de
instrumentación en el que la ganancia se ajusta mediante la resistencia RG que
suele ser exterior.
La salida está referida al terminal de referencia (REFERENCE), normalmente
conectado a masa. Puede introducirse un offset en la salida conectando dicho
terminal a una determinada tensión. El terminal designado como SENSE a veces
también es accesible, se puede conectar entonces al punto en el que interese
mantener un nivel de tensión deseado.
Ejemplo: INA 118
ƒ Vio: 50µV max
ƒ Deriva: 0,5µV/ºC max
ƒ IB = 5 nA max.
ƒ CMRR = 110 dB
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Aplicaciones
+2V±1V
VCM=+2,5V
+2 V
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Es frecuente la necesidad de realizar el interfaz de señales bipolares a CADs
alimentados con tensión simple. La señal bipolar debe ser amplificada y
desplazada un nivel para adaptarla al margen de entrada del CAD. La figura
muestra el interfaz de un circuito en puente, alimentado a 5 V, con un CAD de 10
bits.
Amplificadores de ganancia programable
Líneas de control
ganancia
…
Sensor
AGP
CAD
Salida
digital
ƒ Permiten incrementar el margen dinámico del sistema.
ƒ Ganancias: 1, 2, 8, 16, etc. o bien 10, 100, 1000
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La tensión de salida de los sensores puede tener un amplio margen de
variación, por lo que puede ser interesante disponer de algún tipo de amplificador
que permita ajustar la salida del sensor a la entrada del CAD, aprovechándose
de esta forma el margen de entrada del CAD. Este tipo de amplificador se
denomina amplificador de ganancia controlable (AGP). Los AGPs permiten variar
la ganancia del amplificador sin necesidad de resistencias externas. Las
ganancias pueden ser potencias de dos o potencias de 10.
Para entender el beneficio de disponer de una ganancia variable, suponga un
AGP que disponga de dos ganancias de valor 1 y 2. Si el LSB del ADC es de 10
mV, un incremento de la ganancia de 1 a 2 supone poder discriminar señales de
5 mV en lugar de 10mV. Esto es equivalente a un incremento en la resolución de
1 bit.
Ejemplo: AD526
• Ganancias: 1 a 16
• Entrada JFET (baja IB)
• Alimentación: ±15V
• Salida: ±10V
• Entradas de control compatibles TTL
• Ancho de banda: 4 MHz (G=1)
0,35 MHz (G=16)
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Aplicaciones
Canal 1
Canal n
FPB
FPB
Multiplexor
fS
Control
ganancia
AGP
HOLD
S/H
CAD
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Amplificadores de aislamiento
vd
vc
ƒ Barrera de aislamiento de la entrada a la salida.
ƒ Protección en ambas direcciones.
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Los amplificadores donde no hay continuidad óhmica entre la entrada y la
salida se denominan amplificadores de aislamiento (AA). Su empleo en
instrumentación electrónica se justifica fundamentalmente en las tres situaciones
siguientes:
1) El sensor (u otra circuitería) puede accidentalmente quedar sometido a un
potencial alto.
2) Se requiere aislar el sensor de altas tensiones accidentales. Por ejemplo en
monitorización de un paciente o en equipos de seguridad intrínseca con gases
explosivos.
3) Cuando se requiere abrir un bucle de masa. Por ejemplo para evitar que
circule corriente de ruido por el bucle de masa.
La protección de la barrera de aislamiento ha de ser en ambas direcciones. Un
ejemplo es el caso de la monitorización de la actividad cardiaca del corazón
(ECG), el paciente debe quedar protegido de una sobretensión accidental. Pero,
también puede ser necesario proteger el equipo, caso de someter al paciente a
un shock eléctrico (>7,5kV) para tratar de reanimarlo.
Amplificadores de aislamiento
v1
v1
vo
v2
vo
v2
-V
Aislamiento de dos puertos
+V
Aislamiento de tres puertos
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El aislamiento entre la entrada y la salida puede hacerse de forma que el
terminal de referencia de la entrada sea flotante respecto al terminal de
referencia de la salida (aislamiento de dos puertos) o bien de forma que
ambos terminales sean flotantes respecto al de referencia de la alimentación
(aislamiento de tres puertos).
Para pasar la señal con información de una a otra parte, se emplea un
transformador, optoacoplador, o condensadores serie; la señal modula una
portadora que se demodula en el lado de salida. La alimentación se pasa
mediante un transformador, o se alimenta la parte frontal mediante baterías o un
convertidor cc/cc.
Parámetros característicos
vd
+
CL
vo
RL
vc
IL
vA
ƒ vA = Tensión de aislamiento
ƒ IMRR = Razón de rechazo del modo aislado
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Además de los parámetros propios de todo operacional, los AA tienen dos
nuevas especificaciones:
• Tensión de aislamiento (vA): es la diferencia de potencial que hay entre los
terminales comunes de entrada y de salida. La especificación de la tensión de
aislamiento indica la magnitud de la tensión que puede soportar de forma
continua la barrera de aislamiento sin que se produzca una ruptura.
• Razón de rechazo del modo de asilamiento (IMRR): es la capacidad de
rechazar la tensión de aislamiento. Al igual que la CMRR, el IMRR suele
decrecer al aumentar la frecuencia.
Ejemplo
ƒ Aislamiento por transformador (3 puertos)
ƒ Tensión de aislamiento: 2500 V rms, ±3500 de pico continuo
ƒ Ancho de banda: 20 kHz.
ƒ Ganancia: 1 a 100 (mediante resistencias externas)
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El circuito se alimenta externamente a través de los terminales PWR y PWR
COM. Un oscilador interno (50 kHz) convierte la alimentación CC en AC y se
envía a la etapa de entrada y de salida mediante aislamiento galvánico. La
portadora se utiliza para modular la señal de entrada y después enviada a la
salida a través de un aislamiento por transformador. En la salida es demodulada,
filtrada y aislada mediante un buffer.
Aplicación
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La figura muestra el ejemplo de un AA utilizado para la medida de la corriente
de control de un motor. La corriente es sensada en la resistencia de 0,01Ω. La
ganacia es proporcionada por un amplificador de instrumentación en lugar de por
el AA. De esta forma se mejora la exactitud en la medida ya que la tensión de
offset de entrada del AI es mucho menor que la del AA.
Técnicas digitales
ƒ Alimentación: 5 V
ƒ Tensión de aislamiento: 5000 – 7000 V
ƒ Frecuencia máxima: 12,5 MHz
ƒ Tiempo de subida/bajada: 9ms
ƒ Retado de propagación máximo: 40 ns
ƒ Agilent HCPL-7720
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Cuando se requiere una alta tensión aislamiento una solución de bajo coste es
el empleo de dispositivos ópticos (optoacopladores). Tienen la ventaja de su bajo
coste. La limitación es la falta de linealidad del optoacoplador, lo que hace que
se utilicen solo con señales digitales.
Ejemplo
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La figura superior muestra el caso de un sistema de adquisición de datos en el
que primero se digitaliza la señal mediante un CAD y después se utiliza un
barrera de aislamiento de tipo óptico. Es recomendable que el CAD sea de salida
serie lo cual reduce el número de componentes y solo requiere un interfaz a tres
hilos. La conversión A/D es la que permite obtener una mayor exactitud en la
medida.
En la figura inferior el sistema de adquisición de datos utiliza como transmisor
un convertidor tensión/frecuencia y un convertidor frecuencia/tensión como
receptor. De esta forma la información resulta inmune al offset y a los ruidos. La
exactitud en la medida está determinada por el proceso de conversión V/F y F/V.
Comparación de tecnologías
Tipo de
aislamiento
Transformador
Capacitivo
Óptico
Ventajas
Desventajas
• Alta linealidad
• Ancho de banda
• 3 puertos
• Baja tensión de ruptura
• Baratos
• Baja tensión de ruptura
• Baja resolución
• Muy alta tensión de
aislamiento
• Alimentación separada
• Requiere amplificadores
externos
• Poca linealidad
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Amplificadores logarítmicos
100 pA a 1mA
(7 décadas)
Fotodetector
0a5V
(1 década)
Amplificador
logarítmico
Voltímetro
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Los amplificadores logarítmicos encuentran aplicación cuando es necesario
medir magnitudes físicas con un margen dinámico grande. En estas aplicaciones
el amplificador logarítmico (AL) adapta el margen de dinámico del sensor a una
escala lineal.
Arquitectura básica
IC= Ii
vi
IC = IS (e
qVBE
kT
Ri
Ii
− 1) IS e
Vo = − VBE = −
+
vo = -VBE
qVBE
kT
I 
kT  IC 
ln   = − VT ln  C 
q  IS 
 IS 
IS y VT dependen de la
temperatura
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Este circuito presenta varios problemas:
ƒ La señal de entrada debe ser unipolar
ƒ Margen de las señales de entrada limitado: corrientes de entrada grandes
forzarán al transistor a entrar en una región de trabajo logarítmica no ideal.
ƒ El circuito es bastante sensible a las variaciones de temperatura.
Aplicación
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La potencia de salida de un láser (LD1 en la figura) decrece a lo largo de su
vida útil. Para el control de dicha potencia puede utilizarse un amplificador
logarítmico como se muestra en la figura. Mediante el fotodiodo PD1 se
realimentada parte de la señal de salida. El láser se calibra haciendo la corriente
de referencia, IREF, igual a la corriente I1 del PD1. Las desviaciones entre IREF e I1
se convierten en una señal de error que se aplica a la entrada de polarización del
excitador del diodo laser.
2.4 Multiplicadores analógicos
vx
vo =
vy
vxv y
K= factor
de escala
K
Tipo
vx
vy
vo
1 cuadrante
Unipolar
Unipolar
Unipolar
2 cuadrantes
Bipolar
Unipolar
Bipolar
4 cuadrantes
Bipolar
Bipolar
Bipolar
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Un multiplicador es un dispositivo que tiene dos terminales de entrada y una
salida. La señal de salida es el producto de las dos señales de entrada. Si ambas
señales son tensiones, la característica de transferencia es el producto de las
dos tensiones dividido por un factor de escala, K, el cual tiene la dimensión de
tensión.
Si ambas señales son unipolares se tiene un multiplicador de un cuadrante. Si
una de las señales es unipolar pero la otra puede tener cualquier polaridad, el
multiplicador es de dos cuadrantes y la salida puede tener cualquier polaridad
(bipolar). La circutería para producir multiplicadores de uno y de dos cuadrantes
es mas simple que la de los multiplicadores de cuatro cuadrantes y dado que hay
muchas aplicaciones donde no se requiere multiplicadores de cuatro cuadrantes,
es común encontrar dispositivos que trabajan solo en uno o dos cuadrantes.
División
vov2
K
V2
v1
R
v1
R
vo
+
vo = −
+
v1
K
v2
vo
vov2
K
V2
vo =
v1
K
v2
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