Circuitos Para Acondicionamiento De Señal

Universidad Nacional Experimental del Táchira Departamento de Ingeniería Electrónica Núcleo de Instrumentación y Control Concurso de Credenciales

Circuitos para acondicionamiento de señal

Ing. Rafael Eduardo Ochoa Cabriles Junio, 2011

Amplificadores operacionales (A.O.)

Son dispositivos electrónicos utilizados para amplificar señales diferenciales con alta ganancia. Reciben su nombredebido a que eran empleados para resolver operaciones matemáticas en calculadoras analógicas.
Instrumentación Electrónica

Características estáticas de los A.O.
Ganancia de lazo abierto Impedancia de entrada Impedancia de salida Voltaje de desviación de entrada Relación de rechazo en modo común Corrientes de desviación y de polarización

Instrumentación Electrónica

Ganancia, impedanciade entrada y de salida
Valores ideales: Ad = ∞ Ri = ∞ → i+= i–= 0 Ro = 0 Valores del LM741: Ad = 200 V/mV Ri = 2 M Ro = 75

Instrumentación Electrónica

Voltaje de desviación de entrada
Valor ideal: Vio = 0 Valor del LM741: Vio = 1 mV (@ 25ºC)

En los A.O. reales, cuando Vi = 0 aparece un voltaje en la salida, debido a la asimetría de los componentes que los forman. Para compensar esteefecto se debe suministrar en la entrada una tensión externa que cancele la desviación.
Instrumentación Electrónica

Relación de rechazo en modo común (CMRR)
Valor ideal: CMRR = ∞ Valor del LM741: CMRR = 90 dB

Una señal de modo común es una señal que se presenta en las dos entradas del A.O. La CMRR es la relación entre la amplificación del modo diferencial y la del modo común, indicando enqué medida el modo común es suprimido en la señal de salida.
Instrumentación Electrónica

Corrientes de desviación y de polarización
Valores ideales: IBIAS = 0 IOFF = 0 Valores del LM741: IBIAS = 80 nA IOFF = 20 nA La corriente de desviación se debe a las diferencias físicas de los transistores de entrada del A.O. La corriente de polarización es requerida en la base de los transistores parapermitir su funcionamiento.
Instrumentación Electrónica

Características dinámicas de los A.O.

Ancho de banda Tiempo de establecimiento Slew rate

Instrumentación Electrónica

Ancho de banda
Valor ideal: GBW = ∞ Valor del LM741: GBW = 1 MHz Es el rango de frecuencias en las cuales el dispositivo trabaja adecuadamente. En los A.O. reales, el producto ganancia – ancho de banda es unvalor constante, por lo que todo aumento en la ganancia del circuito reduce el ancho de banda de operación.
Instrumentación Electrónica

Tiempo de establecimiento y slew rate
Valores ideales: test = 0 SR = ∞ OS = 0 Valores del LM741: test = 0,3 µs SR = 0,5 V/µs OS = 5 %

El tiempo de establecimiento es el que toma la salida en estabilizarse cerca del valor final para entrada escalón. El slewrate es la máxima tasa de cambio del voltaje de salida respecto al tiempo.
Instrumentación Electrónica

Circuitos amplificadores básicos

Amplificador inversor Amplificador no inversor Seguidor de tensión

Instrumentación Electrónica

Amplificador inversor

R2 AD = − R1

ZIN = R1

Instrumentación Electrónica

Amplificador no inversor

R2 AD = 1 + R1

ZIN = ∞Instrumentación Electrónica

Seguidor de tensión

AD = 1

ZIN = ∞ ZOUT = 0

Instrumentación Electrónica

Amplificadores de instrumentación (A.I.)

Son amplificadores de tensión diferenciales optimizados para aplicaciones de instrumentación, que presentan características muy precisas y estables.

Instrumentación Electrónica

Circuito de los A.I.

Etapa de preamplificación

Etapa diferencialVout

  1 + 2R1  = ( V2 − V1 )   R gain 

Instrumentación Electrónica

Características de los A.I.
Ganancia precisa, estable y controlada, puede ir de 1 a 1000 en el AD522. CMRR muy alto si la relación de resistencias de la etapa diferencial es similar, puede llegar a 110 dB @ G=1000 en el AD522. Impedancia de entrada muy alta, 1000 M Impedancia de salida muy baja, VOFF e I...