DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS ELECTRNICOS II 13

DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS ELECTRNICOS II

IV Ciclo

Laboratorio N3

CIRCUITOS AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACION Y CONTROL

INFORMEIntegrantes del Equipo:

Figueroa Parco, ngel David

Mendoza Navarrete, Juan Miguel

Seccin: 4-B

Profesor: Dennis Izquierdo

Fecha de realizacin: 26 de agosto

Fecha de entrega: 2 de Setiembre

Introduccin

En la actualidad existen circuitos electrnico que permiten amplificar y/o mantener una seal, ya se la de un sensor o cualquier otro. Sin embargo tambin existen circuitos que permiten realizar una operacin previa a la parte de amplificacin (por ejemplo la operacin de restar seales), ello es usado comnmente cuando se desea realizar la diferencia entre dos seales muy pequeas y cuyo resultado ser an ms pequea, en dichos casos se hace uso de circuitos operacionales y amplificadores, en el cual el usuario puede determinar la ganancia que desee que tenga el circuito.

En este laboratorio se estudiar el uso de circuito amplificadores de instrumentacin y control, con el fin de poder ajustar la ganancia desea a un circuito determinado.

Objetivos

1. Implementar y/o simular un amplificador de instrumentacin con Opamps individuales.

2. Verificar la ganancia de un amplificador de instrumentacin.

3. Verificar el comportamiento de un circuito integrador prctico.

4. Verificar el comportamiento de un circuito derivador prctico.

Fundamento Terico El circuito amplificador de instrumentacin es un amplificador diferencial, cuya ganancia puede establecerse de forma muy precisa. Estos circuitos amplifican la diferencia entre dos seales de entrada y rechazan cualquier seal que sea comn a ambas seales. Estos circuitos se utilizan principalmente para amplificar seales diferenciales muy pequeas en muchos procesos industriales, medicin, adquisicin de datos y aplicaciones mdicas.La configuracin ms utilizada como amplificador de instrumentacin, est constituida por tres amplificadores operacionales y se suele dividir en dos etapas principales: Etapa de pre-amplificacin y Etapa diferencial

Donde en la etapa de pre-amplificacin se obtiene que:

Y en la etapa diferencial:

Circuito derivador

En este circuito se obtiene que el voltaje de salida (Vo) se encuentra derivada de la seal de entrada (Vi), respecto al tiempo, adems se encuentra multiplicada por una constante.

Donde:

Circuito Integrador

En este circuito se obtiene que la salida del circuito (Vo) es el producto de una constante con la integral de la seal de entrada (Vi).

Donde:

Resultados de Laboratorio

Primera Parte: El Amplificador de Instrumentacin

Para este primera parte de laboratorio se simulo el circuito de la figura 01.

Figura 01.

Para poder simular el circuito se consider la informacin de la taba 01.

R1R2R3R4R6R7aRAv

30k30k25k30k30k25k10k6

Las seales de entrada al circuito se deben de obtener del circuito de la figura 02.

Figura 02.Donde:R8R9R10R11

10k10k1k5k

Finalmente el circuito simulado para esta parte del laboratorio fue el siguiente:

Figura 03.

Las seales que entran al circuito pueden ser apreciadas en el osciloscopio 1, muestra de ello es la figura 04.

Figura 04. Seales de entrada

Ch1: 500mV/divCh2: 500mV/divT=100us/div

La grfica de color rojo muestra la seal de entrada al punto E1, esta tiene una amplitud de 181.736mV. Mientras que la grfica de color azul muestra la entrada al punto E2, esta tiene una amplitud de 666.366mV.

La diferencia entre ambas entradas es: 666.366 181.736= 484.53mV.

Seal de salida del circuito

Figura 05. Seal de salida

Ch1: 2.00V/divT=100us/div

La grfica de color negro muestra la seal de salida del circuito, esta seal tiene una amplitud de2.908V.

Tambin se puede determinar el voltaje de salida, aplicando la frmula:

2.422V

Segunda Parte: Circuitos Integrador Y Derivador

Circuito Integrador Prctico.Para esta segunda parte del laboratorio se simul el circuito de la figura 06.

Figura 06. Circuito Integrador

Para este circuito se debe de considerar los siguientes valores:R3R1C

8k16k0.01uF

Para poder observar la respuesta del circuito a distintas seales, se coloc un osciloscopio a la salida del circuito, estos son los resultados

Forma de OndaVi= 2Vpp100Hz1Khz30Khz100Khz

TringularDibujar VoutDibujar VoutDibujar VoutDibujar Vout

SenoidalDibujar VoutDibujar VoutDibujar VoutDibujar Vout

CuadradaDibujar VoutDibujar VoutDibujar VoutDibujar Vout

Onda cuadrada 100Hz1kHz 10kHz30kHzAl integrar una onda cuadrada se obtiene como resultado una onda triangulas, asi como se muestra en las figuras, tambien se observa que a medida ques se le aumente la frecuencia se obtiene una mejor seal triangular.

Sinusoidal 100Hz1kHz

10kHz30kHz

Si aplicamos una seal seno, se obtiene como resultado una onda coseno desfasado 90, as como se muestra en las imgenes.

TRIANGULAR

100Hz1kHz

10kHz30kHzComo se muestra en los grficos si aplicamos una seal triangular, se obtendr como salida una seal senoidal y mientras mayor sea las frecuencia mejor se podr visualizar la onda senoidal.

Circuito Integrador Prctico.Para esta ltima parte de laboratorio se simulo el circuito de la figura 07.

Figura 07.La frecuencia limite para este circuito es de aproximadamente de 32kHz.

Para este circuito se debe de considerar los siguientes valores:R4R2C2

5.3k10k1nF

Para poder observar la respuesta del circuito a distintas seales, se coloc un osciloscopio a la salida del circuito, estos son los resultados

Forma de OndaVi= 2Vpp100Hz1Khz10Khz30Khz

CuadradaDibujar VoutDibujar VoutDibujar VoutDibujar Vout

SenoidalDibujar VoutDibujar VoutDibujar VoutDibujar Vout

TriangularDibujar VoutDibujar VoutDibujar VoutDibujar Vout

Onda Cuadrada

100Hz1kHz

10kHz30kHz

En los grficos obtenidos se observa que al derivar una onda cuadra se obtienen picos justo cuando la onda cambia de positivo a negativo, esto se debe a que hay un cambio bastante rpido en ese instante, es decir se pasa de un nivel a otro en un tiempo muy corto.

Senoidal

100Hz1kHz

10Hz30kHz

En el caso de que la onda sea seno, simplemente se va a tener una seal coseno desfasada 90 como salida, as como se muestra en los grficos obtenidos.

Triangulo

100Hz1kHz

10Hz30kHz

Como se puede observar en los grficos al derivar una onda triangular se obtiene como resultado una onda cuadrada, pero a un frecuencia muy alta se distorsiona la onda y se observa como si el condensador se cargara y descargara

Conclusiones:

Se verifico las distintas ondas obtenidas que se obtiene al derivar o integrar una onda cuadrada, triangulas y senoidal. Los amplificadores de instrumentacin constan de dos partes simples, la primera parte es la etapa de pre-amplificacin y la segunda es la etapa diferencial.

Aplicaciones:

Los amplificadores de instrumentacin suelen utilizarse utilizarse para acondicionar la salida de un puente de Wheaststone. Tambin como parte de circuitos para proporcionar alimentacin a corriente constante. Los derivadores e integradores suelen utilizarse en fuentes de alimentacin, para obtener la onda que se desee y tambin para crear un PID.

Laboratorio 04. Circuitos Amplificadores de Instrumentacin y Control13