electronica

Ignacio Moreno Velasco

Area de Tecnología Electrónica

4.- Amplificación
4.1.- INTRODUCCIÓN
4.1.1.-

OBJETIVOS DE LA AMPLIFICACIÓN:

4.1.1.1.-

Aprovechar rango dinámico del ADC

Es decir, ajustar al máximo la amplitud de la señal al rango de entrada del conversor A/D (ADC),
aumentando la resolución de la medida y a la postre la precisión.

Ejemplo: Aprovechamiento del rangodinámico del ADC

Si el rango de nuestra señal fuera de 0 ÷ 10 mV y el ADC tuviera una resolución de 12 bits con un rango
unipolar de 10V.
Máx.

ADC

Señal

El nº de bits se refiere al conversor
A/D, y el rango a la diferencia entre
el valor máximo y mínimo de tensión
admitido en la entrada del conversor
A/D.

Mín.

La resolución se calculará:
1LSB =

Rango
Máx − Mín
=(Voltios)
n º cuentas
2 n ºbits

con 12 bits

10V en 4096 niveles

1 LSB = 2’44 mV

Suponiendo que el error de cuantificación es de ½ LSB es decir 1’22 mV, obtenemos un valor relativo al
fondo de escala:
Error cuantificación (%) = (1’22 mV /10mV) · 100 = 12’2 %
Error que resulta demasiado elevado.
El error de cuantificación es el error que se comete en la conversión A/D cuando se asigna unnúmero binario a una magnitud analógica. Es evidente que al asignar un número binario el error
máximo que puede cometerse corresponde a la mitad del bit menos significativo (i.e. ½ LSB)

Apuntes de Instrumentación Electrónica (03-04)

3º I.T.I. Electrónica

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Ignacio Moreno Velasco

Area de Tecnología Electrónica

Solución:
Si ponemos un amplificador antes del conversor ADCdebemos incluir su ganancia en el cálculo del LSB.
Máx.
Señal

ADC

G

1LSB =

Rango
Ganancia ⋅ 2n º bits

Mín.

Si queremos aprovechar al máximo el rango del ADC es obvio que debemos cumplir:
Rango señal · Ganancia = Rango ADC
y por tanto:

Ganancia

= Rango ADC / Rango señal

en nuestro ejemplo:

Ganancia

= 10V / 10 mV = 1000

Dando lugar a un valor de LSB 1000 vecesmenor:
1 LSB = 2’44 µV
Es obvio que el error de cuantificación se reducirá en la misma proporción, es decir 1’22 µV, por lo que:
Error cuantificación (%) = (1’22 µV /10mV) · 100 = 0’0122 %
Una ganancia tan alta no es habitual en amplificadores, por lo que lo normal sería dividir la
amplificación en dos etapas.

4.1.1.2.-

Mejorar relación Señal/Ruido:

Apuntes de Instrumentación Electrónica(03-04)

3º I.T.I. Electrónica

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Ignacio Moreno Velasco

Area de Tecnología Electrónica

Relación señal/ruido (S/N)
Es la relación entre la potencia de la señal y la potencia de ruido que la acompaña.
Por ser una magnitud relativa suele expresarse en decibelios:
(S/N)dB = 10 log10 (S/N).
Interferencias

Sensor
A/D

(S/N)in

(S/N)out

Interferencias
A

Sensor

A/D(S/N)in

(S/N)out

• La amplificación cercana al sensor mejora la relación Señal/Ruido (S/N= Signal/Noise), pues aumenta el
nivel de señal antes de que se vea afectada por el ruido del entorno.
• Las tarjetas de adquisición de datos, en su mayoría, ya incluyen amplificadores, pero la distancia respecto
del sensor y/o lo débil de su señal (como p. ej. termopares) requieren amplificaciónadicional.
4.1.2.-

EL DECIBELIO

• Tensión: GdB = 20 log10 G = 20 log10 (Vout/Vin)
• Corriente: GdB = 20 log10 G = 20 log10 (Iout/Iin)
Ej. 20 dB
Ej. 6 dB

Vout = 10 Vin
Vout = 2 Vin

20

dB = 101 = 10

40

dB = 102 = 100

60

dB = 103 = 1.000

80

dB = 104 = 10.000

Apuntes de Instrumentación Electrónica (03-04)

3º I.T.I. Electrónica

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Ignacio Moreno VelascoArea de Tecnología Electrónica

100 dB = 105 = 100.000
A modo de resumen, añadir 20 dB equivale a multiplicar por 10
• Potencia: GdB = 10 log10 (Pout/Pin)
Ej. 3 dB

Pout = 2 Pin

(Sumar 3 dB significa doblar la potencia)

Se define dBW = 10 log (Potencia en W/1 W), es decir potencia relativa a 1 W
Por ejemplo: 1W = 0 dBW y 1kW = 30 dBW
Se define dBm = 10 log (Potencia en mW/1...