Vo=-(Rf/R1)Vi-(Rf/R2)Vdcy= mx + bRL

Rf

-15V

15V

+

R2

+

-

Vdc

R1

+

-

Vi

UNIVERSIDAD DEL VALLE DE GUATEMALA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

CIRCUITO ACONDICIONADOR DE SEÑAL

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Utilizar un circuito acondicionador de señal para resolver un problema de conexión entre un sensor y un convertidor análogo a digital.

ANTECEDENTES TEÓRICOS

Circuito acondicionador de señal. El circuito acondicionador de señal se comporta de acuerdo con la ecuación de una línea recta, y = mx + b. A continuación se muestra un circuito acondicionador de señal.

Si se compara la ecuación y = mx + b con el circuito de la figura anterior, se encuentra que y corresponde al voltaje de salida Vo, x es el voltaje de la señal de

entrada Vi, m corresponde a la ganancia del circuito -

RfR1 , y b es -

RfR2 veces Vdc.

Por lo tanto, si en la aplicación que interesa se utiliza un sensor que produce una señal de entrada, medida respecto a la tierra, y que hay que amplificar y desviar, entonces lo que se puede utilizar es un acondicionador de señal. Para diseñar un circuito acondicionador de señal es necesario obtener la ecuación (respuesta) del circuito. Esta ecuación se obtiene tomando en cuenta lo que se recibe, las condiciones de salida del sensor, y después transformando lo anterior en lo que

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se desea (condiciones de entrada de un dispositivo digital como un A/D o un microcontrolador, por ejemplo).

DESCRIPCIÓN BREVE

Para la aplicación del circuito acondicionador de señal se muestra un problema específico en el cual se requiere un acondicionador de señal para la solución. El alumno deberá diseñar el circuito que solucione el problema propuesto. Para todas las aplicaciones se deberá utilizar el opamp UA741 o equivalente.

MATERIALES

cuatro opamps UA 741 que se alimenten con +15 V y -15 V (se puede utilizar el integrado LM348N que contiene 4 opamps UA741).

un capacitor de 0.01uF un potenciómetro de valor según el diseño resistencias de 1kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 100kΩ y variadas según lo requiera el diseño

PROCEDIMIENTO Y PREGUNTAS

1. Se desea diseñar un circuito acondicionador de señal que sirva para conectar un sensor de temperatura LM335 con un convertidor A/D de un microcontrolador. El rango de temperatura que se va a medir está comprendido entre 0° y 50°C; el rango de entrada que acepta el convertidor A/D está entre 0 y 5 V. La razón por la que se utilizará un circuito acondicionador de señal es que el sensor de temperatura posee una variación de voltaje con respecto a la temperatura de 10 mV/°C, y el voltaje de salida del sensor a 0°C es de 2.73 V y a 50°C es de 3.23 V. Se desea que la salida del acondicionador de señal sea lineal, es decir, que cuando la temperatura medida por el sensor sea O°C, la salida del acondicionador sea de 0 V, cuando el sensor mida 10°C la salida del acondicionador sea de 1 V (hasta llegar a los 50°C, en cuyo caso la salida del acondicionador debe ser de 5 V). En el circuito que se construirá para esta práctica se probará simulando el sensor con una fuente de voltaje variable entre 2.73 V y 3.23 V.

A) A continuación se muestra una gráfica que muestra las características de entrada

y salida del circuito acondicionador de señal. Los valores de la entrada se grafican en el eje X.

2

0

1

2

3

4

5

6

2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3

Con estos valores calcule la pendiente de la recta de la gráfica. Este valor es la ganancia por la que hay que multiplicar la señal de entrada al circuito acondicionador de señal (el voltaje que se obtiene del sensor).

B) Para obtener el valor del voltaje DC, Vdc, del circuito, se debe resolver la ecuación y= mx + b para b (sustituyendo un par de coordenadas en la ecuación).

C) Con los datos obtenidos anteriormente (m y b), diseñe un circuito acondicionador de señal como el que se muestra en los antecedentes teóricos utilizando las fórmulas mencionadas. Utilice una resistencia de carga de 10 kΩ.

Recordatorios:

1. Vi es el voltaje que proporciona el sensor. Para esta práctica se debe obtener el voltaje usando una fuente de voltaje que varíe entre 2.73 V y 3.23 V (la fuente de voltaje se puede construir usando un divisor de voltaje y un potenciómetro).

2. Para que la fuente de voltaje sea ideal, coloque un seguidor de voltaje después del divisor de voltaje.

D) Construya el circuito acondicionador en su protoboard y compruebe que el circuito produce una señal de salida de 0 a 5 V.

REFERENCIAS

Coughlin, Robert; F. Driscoll. 1999. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. 5ª ed. México, Prentice Hall. 244 págs.

Sedra, Adel; K. Smith. 1998. Circuitos Microelectrónicos. 4ª ed. México, Oxford. 1232 págs.

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