UNIVERSIDAD DE LA SALLEFACULTAD DE INGENIERIA

Ttulo

Nieto, Camilo., Apellido, Nombre2., Apellido, Nombre3 y Apellido, Nombre4 a{login1, login2, }@unisalle.edu.coFajardo, Diana b

Resumen Existen en equipos de la industria, en equipos de electromedicina, y en otras muchas aplicaciones, la necesidad de medir seales muy pequeas del orden de microvoltios o pocos milivoltios en la presencia de comparativamente grandes seales de ruido provenientes de distintas fuentes, como pueden ser motores, tubos de iluminacin de descarga gaseosa, etc. Para realizar las mencionadas mediciones estos debern utilizar en su entrada Amplificadores de Instrumentacin con un adecuada Relacin Rechazo de Modo Comn (CMRR).Al Amplificador de Instrumentacin ingresan dos seales de modo comn: una de c.c. de provenientes del puente de resistencias y otra de c.a. Vruido inducida sobre los cables de entrada al amplificadoPalabras ClaveAmplificador de diferencia, amplificador de instrumentacin, trasductor, sensor de ultrasonido

Abstract There are teams of industry, electromedical equipment, and many other applications, the need to measure very small signals in the order of microvolts to a few millivolts in the presence of comparatively large noise signals from different sources, such as engines tubes, gas discharge lighting, etc. To make the aforementioned measurements they must be used in its entry Instrumentation Amplifiers with adequate Common Mode Rejection Ratio (CMRR) .At Instrumentation Amplifier enter two common mode signals: one of cc of from the resistance bridge and another AC Vruido induced on the input leads to amplifiedKeywords

Introduccin

El amplificador de instrumentacin es un amplificador diferencial, cuya ganancia puede establecerse de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que opere de acuerdo a sus propias especificaciones an en un entorno hostil. Es un elemento esencial de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional que ofrece caractersticas funcionales propias e independientes de los restantes elementos con los que interacciona.

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.

Ante las exigencias de medida que imponen los sensores, estos circuitos deben cumplir unos requisitos generales:

Ganancia: seleccionable, estable y lineal. Entrada diferencial: con CMMR alto. Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset. Impedancia de entrada alta. Impedancia de salida baja.

a Estudiantes de ingeniera ________.b Docente de la Facultad de Ingeniera. UnisalleAspectos Tericos

Rechazo de Modo Comn

Los amplificadores de Instrumentacin amplifican la diferencia entre dos seales. Esas seales diferenciales en la prctica provienen de sensores como pueden ser termocuplas, fotosensores, puentes de medicin resistivos, etc. De un puente resistivo, en estado de equilibrio sin seal, en la mitad de las ramas del puente existe una seal de 2.5V respecto a masa. Esta seal de corriente continua es comn a ambas entradas por lo cual es llamada Voltage de Modo Comn de la seal diferencial. Se puede ver que estas seales no contienen informacin til en lo que se quiere medir y como el amplificador amplificar la diferencia de ambas, al ser iguales, se restan y a la salida el resultado ser cero o sea idealmente no estn contribuyendo a la informacin de salida. Tambin se ve que se inducen seales de corriente alterna en ambas entradas a la vez y que sern rechazadas como en el caso de continua. Pero al producirse un desbalance del equilibrio del puente por la variacin de una de sus resistencias se producir una seal que ser aplicada entre ambas entradas y ser amplificada. Por lo expuesto, es que se justifica la utilizacin de amplificadores de instrumentacin para rechazar seales que entran en modo comn, o sea en las dos entradas se presenta la misma seal.

En la prctica, las seales de modo comn nunca sern rechazadas completamente, de manera que alguna pequea parte de la seal indeseada contribuir a la salida.

La configuracin ms utilizada como amplificador de instrumentacin, est constituida por tres amplificadores operacionales y se suele dividir en dos etapas principales: Etapa pre-amplificacin y Etapa diferencial.

Etapa Pre-Amplificacin

Aumenta la impedancia de entrada del conjunto. Gracias a su configuracin no-inversora, iguala la impedancia del circuito a la del A.O.Suelen utilizarse operacionales con entradas basadas en FET, para conseguir bajas corrientes de polarizacin.A continuacin, se va a proceder al anlisis de esta parte del circuito.

Suponiendo que los amplificadores operacionales son ideales, se obtienen las siguientes expresiones:

(1)

(2)

Etapa Diferencial

Esta parte del circuito es un circuito diferencial.Suponiendo que el amplificador operacional es ideal, se obtiene la siguiente expresin:

ASPECTOS EXPERIMENTALES

En el presente laboratorio tenemos que disear un circuito el cual consta de 3 amplificadores operacionales, de los cuales un amplificador ser alimentado por un sensor ub-500 el cual arrojara valores de corriente entre 4mA y 20mA, el siguiente amplificador ser alimentado con VCC el cual ser de 10 v y estos dos irn a un amplificador diferencial el cual arrojara una salida la cual queremos que sea de 0 voltios para una alimentacin e corriente de 4mA y de 5 voltios para el caso de estar alimentado por 20mA.

Este es el circuito el cual se va a implementar. Para nuestro diseo necesitamos hallar el valor de resistencias y comenzamos nuestro anlisis diciendo que si los voltajes de entrada a la etapa diferenciadora son iguales nuestra salida va ser 0 de esta manera tenemos.

Con esta ecuacin hallamos que para el caso de uan salida de 0 voltios nuestro V1 y V2 son iguales. Con esto suponemos una valor de resistencias en los a amplificadores 1 y 2. Comenzaremos con el amplificador 1 el cual es alimentado por el sensor a una corriente de 4mA. En este colocamos una resistencia de 400 y obtenemos que.

Y como dijimos anteriormente si V1 es igual a V2 tenemos que V2 es un divisor de voltaje en el amplificador 2 de esta manera tenemos lo siguiente.

De esta manera obtenemos que los valores de resistencia para el amplificador 2 son de R3=1.6K Y R2=8.4K. ya con esto tenemos todos los valores de resistencia y voltaje para cada uno de los amplificadores en la etapa de pre-amplificacin.

Ahora para hallar los valores de resistencias en la etapa diferenciadora tenemos el siguiente circuito.

De esta manera tenemos la siguiente ecuacin para un voltaje de salida de 5V con una alimentacin por parte del sensor de 20mA.

En este caso nuestro voltaje 1 variara teniendo as un V1= 8 y un V2=1.6 ya que este es independiente de nuestra entrada de voltaje. De esta manera tenemos.

De esta manera obtenemos que el valor de resistencias R8 y R6 son de 5k y 6,4k respectivamente.

As ya tenemos todos nuestros valores de resistencias para nuestro circuito.

resistenciavalor en

R1400

R28.4K

R31.6K

R6=R76.4K

R8=R95K

Despus de hallar estos valores montamos el circuito y simulamos el mismo obteniendo la siguientes tablas.

4materico simulado experimental

corriente 4mA4mA4.3mA

V salida00.91.2v

20mAterico simulado experimental

corriente 20mA20mA19.8mA

V salida55.0024.7v

El montaje y la simulacin sern mostrados en los anexos.

Para nuestro clculo de errores de salida tenemos para el caso de 4mA.

Para nuestro clculo de errores de salida tenemos para el caso de 20mA

ANALISIS

Lo primero que tendramos que destacar es el comportamiento del sensor ultrasnico UB-500, el cual despus de ser programado nos va a dar una salida de corriente la cual variara dependiendo de las distancias estipuladas por nosotros. Estos valores de corriente variaran entre 4mA en la posicin ms cercana y 20mA en la posicin ms lejana el resto de valores estar dentro de este rango y dependiendo de la distancia a la cual este situado el objeto.

Por otra parte tenemos que los valores de resistencia pueden variar dependiendo de nuestras necesidades, tambin el anlisis de nuestro diferenciador es importante porque de ah partimos para llegar a la conclusin de que si mi voltaje es 0 mis voltajes de entrada tienen q ser iguales. De igual manera la resistencia en el amplificador 1 es de un valor pequeo ya que el voltaje que este arroje no puede ser mayor a VCC que en nuestro caso es 10v ya que la entrada se saturara y tendramos una salida errnea.

conclusiones

Con lo anterior podemos concluir que:

el sensor BU-500 funciona con voltajes de 10 a 30 voltios, sus valores de salida dependen de las distancias estipuladas y las corrientes de salida variara entre 4mA y 20mA. Se verifico al condicin de que la salida de un diferenciador es la diferencia de voltajes de entrada por la ganancia.

anexos

Para la elaboracin de esta gua, se tuvo en cuenta:1. Normas IEEE y formatos descargados de http://www.ieee.org/conferences_events/conferences/publishing/templates.html2. Artculo como Informe de Investigacin modelo IEEE descargados dehttp://www.usc.edu.co/ingenieria/files/MODELO_PAPER_IEEE_INGENIUM_1.pdfhttp://www.itsa.edu.co/ciit2010/Formato_Articulos_IEEE.pdf http://www.docentes.unal.edu.co/mfromerol/docs/Laboratorio_Circuitos/FormatoIEEE.doc