Instrumentacion electrónica de comunicaciones

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACION
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

INSTRUMENTACION ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES

(5º Curso Ingeniería de Telecomunicación)

Tema VII: Acondicionadores analógicos de señales.

(Ejercicios resueltos)

José María Drake Moyano Dpto. de Electrónica y Computadores Santander, 2005

Ejercicio 1: Sistema de medida de lapresión. La medida de nivel o de flujo de líquidos en un entorno industrial se lleva a cabo a través de medidas de presión. En la mayoría de los casos el sensor debe colocarse en el interior del depósito o de la tubería y lejos del computador o registrador. Esto requiere transmitir la débil señal del transductor (decenas de mV) por largas líneas y bajo la influencia de las importantes interferenciaelectromagnéticas que existen en esos entornos. El circuito que se propone trata de resolver este problema convirtiendo localmente la señal del transductor en una señal de intensidad (en el rango de la decena de miliamperios) la cual es mucho mas inmune a las interferencias electromagnéticas. El circuito se conecta al computador mediante tres cables trenzados, uno sirve de referencia, otro alimenta elconvertidor del sensor con una tensión de alimentación de 15 V de continua, y el tercero transfiere la señal de intensidad. El examen trata de caracterizar este circuito y comprobar la influencia que tienen ciertos factores del circuito, sobre la resolución de la medida. El transductor es un dispositivo integrado del tipo MPX2010, cuya hoja de características se proporciona con el examen. Lapresiones que se miden están en el rango entre 0 y 10 Kpa, y se necesita que los errores de medida que se lleven a cabo sean inferiores al 1% del fondo de escala. El rango del conversor D/A es de 0 a 10 Voltios. +15V + 3 MPX2010 1 2 3,3K 4 + 330K 27K 27K 330K 27K + Q 150 Línea 150 trenzada 27K +15V vAD

A/D

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1) Analizar el circuito identificando las etapas y caracterizándolas por sufunciones de transferencia. Determinar la expresión de la tensión vAD en función de la presión P sobre el transductor, y determinar la resolución (mínimo nº de bits del conversor A/D) para satisfacer la precisión de 1% que se requiere. 2) Estudiar el efecto del offset y de la linealidad del transductor sobre la medida de presión del equipo. ¿Se puede conseguir con ellos la precisión del 1% requerido? Encualquier caso, proponer alguna forma de minimizar sus efectos. 3) Estudiar la máxima disipación de potencia del transistor Q. Si es un transistor de silicio con una temperatura máxima de unión Tj10.000) para que la intensidad de la base de Q2 se pueda despreciar frente a la que pasa por la carga. Como el amplificador V/V requiere una ganancia menor que la unidad, se realiza mediante un divisor detensión y un amplificador de ganancia unidad para desacoplar impedancias realizado con OA2. Las resistencias R4 y R5 son 10 000 veces mas altas que la carga, luego la intensidad que fluye por ellas es despreciable respecto de iL. La transresistencia de esta etapa es,
Av = vv = R6 v L R5 + R6

Con resistencias de carga RL en el rango 4Ω a 6 Ω, y las potencias que se van a suministrar en el rango1W a 5 W, los rangos de las tensiones e intensidades en la carga son:
Pmin Rmin = 1W * 4Ω = 2 V ≤ v L ≤ Pmax Rmax = 5W * 6 Ω = 5.48 V Pmin / Rmax = 1W/6 Ω = 0.41 A ≤ i L ≤ Pmax / Rmin = 5W/4Ω = 1.12 A

Cálculo de las resistencias: El convertidor V/I se diseña para que con vv =5 V de entrada genere en su salida la intensidad máxima que requiere la carga 1.12 A.

GV/I =

1 RI

=

1.12 A= 0.224 A/V ==> 5V

R1 = 22K R 2 = 22K R 3 = 22K R 4 = 22K R I = 4.46 Ω

El amplificador V/V se diseña para que con la máxima potencia y carga, con la que se obtiene una tensión de 5.5 > 5.48 V en la carga, la tensión en el convertidor A/D la tensión sea el fondo de escala de 5 V.
R6 = 22K 5V R6 = 0.91 = ==> R5 = 2.18K Av = 5.5V R6 + R5 R7 = 2K

La mínima fuente de alimentación que se...