acondicionadores de señales ETN

3.- Acondicionamiento de señales
Difícilmente un diseñador conecta un transductor directamente y la parte de procesamiento o de despliegue de
un sistema, ya que la señal que nos envía nuestro transductor por lo general es muy débil o contiene ruido y
componentes que no deseamos, por eso realizamos etapas de acondicionamiento de señales.

Circuito de
acondicionamiento

Transductor

Procesamientode señal

Importante: El circuito de acondicionamiento puede proporcionar una impedancia de entrada adecuada para no
demandar mucha corriente al transductor.
CIRCUITOS PUENTE
Puente Wheatstone utilizado para medición de resistencia
a
I1

R1
E

c

I2

G

R3

R2

Si Vcb = Vdb el puente se encuentra en equilibrio

d

Si si

R1 R2
=
R3 R4

R4
b

Vcd = Vac − Vad = I 1 R1 − I 2 R2
donde I1 =

E
R1 + R3y

I2 =

E
R2 + R4

Sacando equivalentes de thévenin sin galvanómetro
 R1
R2 
 Voltaje del generador Thévenin
Vcd = E 
−
 R1 + R3 R2 + R4 
R1

R2

a

como Rb es casi 0
c

R3

RTH =

d

Rb

R1 R3
RR
+ 2 4
R1 + R3 R2 + R4

b

R4

Resistencia de Thévenin

Cuando nuestro detector de cero o galvanómetro se conecta en las terminales cd, la corriente del
galvanómetro es:
Ig = corriente degalvanómetro
Rg = Resistencia del galvanómetro
VTH
Ig =
RTH + Rg

1

Ejemplo: E = 5 v, Sensibilidad del galvanómetro = 10 mm/µA, Resistencia interna Rg = 100 Ω
Calcular la deflexión del galvanómetro causada por la variación de Resistencia de la rama BC de 5 Ω en el
siguiente circuito:

100

1000
 100

VTH = 5
−

100
+
200
1000
+
2005



1000

VTH = 2.77 mV

5V

G
200

RTH =

2005

100 × 200 1000 ×2005
+
300
3005

RTH = 734 Ω

Ig =

VTH
2.77mV
=
= 3.32 µA
RTH + Rg 734Ω + 100Ω

La deflexión del galvanómetro es d = 3.32 µA ×

10mm
= 33.2mm
1µA

PUENTE MAXWELL
Utilizado para medición de inductancias.

C1

Z1 Z 2
=
Z3 Z X

R2

R1

ZX =

detector
LX

Z 2 Z3
Z1

Z X 1 = Z 2 Z 3Y1

R3
RX

Z2 = R2

Z3 = R3

y

Y1 =

1
+ jωC1
R1

ya que Z C =

1
jωC1

1

Z X = RX + jωLX = R2 R3  + jωC1 
 R1
Separando términos reales e imaginarios:
RX =

R2 R3
R1

L = R2 R3C1

2

PUENTE SCHERING
Se usa ampliamente en la medición de capacitancias.

C1

R2

R1

Z X = Z 2 Z 3Y1
Z X = RX −

D
CX

Z 2 = R2

RX

Z3 =

C3

∴

RX −

 − j  1

j
 + jωC1 
= R2 
ωC X
 ωC3  R1


RX −

j
RC
jR2
= 2 1−
ωC X
C3
ωC 3 R1

−j
ωC 3

j
ωC X

Y1 =

1
+ jωC1
R1

Al igualar términos reales e imaginarios:
R X= R2

C1
C3

C X = C3

R1
R2

3

AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN
Por lo general las señales que recibimos de un transductor deben ser amplificadas a gran escala y no pueden
pasar mucha corriente para este fin, por eso se utilizan los opamp, ya que tienen las siguientes características:
•

Resistencia de entrada alta (orden de cientos de MΩ)

•

Resistencia de salida baja (debajo de 1Ω)

•Grande ganancia de lazo abierto (orden de 104 a 106)

•

Grande CMRR (common mode rejection ratio)

•

Buen rango de frecuencias de operación

•

Baja sensibilidad a las variaciones de la fuente de alimentación

•

Gran estabilidad al cambio de temperatura en el ambiente

Gd
Gc

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
V3 10k

V1

190k
R4

R3
10k

R2
Salida

1k

R1

10k

R2

V2

 2R  R
A = 1 + 1  3
R4 R2

10k

V4

R3

R4 190k

Opamp ideal
R0

V1
Rd
V2

±

A(V2-V1)

Vo

A=∞
V1-V2 = 0
Rd = ∞
R0 = 0
Ancho de banda = ∞

Reglas

1.- Para que el opam esté en zona linear, V1 debe ser igual a V2

gracias A=∞

Reglas

2.- No fluye corriente hacia el interior de opamp por ninguna de sus terminales.

4

INVERSORES
iRi

i R1 =

iRf

Ri

Vi

Por regla 1

Rf

Vo

Vi
Ri

i R1 = i R 2 = i

∴ Vo = −iR f = −A=

Por regla 2

Vi
Rf
Ri

Rf
Vo
=−
Vi
Ri

SEGUIDOR
Por regla 1, Vi está en la terminal (-) del opam asi:
Vo = Vi

Vo

Vi

Aplicación: Sirve como bufer, ya que proporciona buena corriente de salida y alta impedancia a la entrada.
NO – INVERSORES
iRf
Rf

iRi
Ri

Regla 1
Vo

Vi

∴

i=

Regla 2

Vi
Ri

Vo = i ( R f + Ri )

i( R f + Ri ) R f + Ri
Vo
= A=
=
Vi
iRi
Ri

Amplificador diferencial de 1...