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TAREA 2 – IMPLEMENTAR LAS TRES ETAPAS DE LA EDUCACIÓN DE SEÑALES ANÁLOGAS INSTRUMENTACIÓN –(203038_41)

TUTOR: ELBER FERNANDO CAMELO

ESTUDIANTES: KAROL YULIETH POLANCO SÁNCHEZ MAURICIO ANDRES HURTADO LUIS ANDRES TORRES M

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ECBTI IBAGUÉ – TOLIMA 2019

CONTENIDO INTRODUCCION .................................................................................................... 3 OBJETIVOS ............................................................................................................ 4 Actividades a desarrollar - Individual ....................................................................... 5 Paso 1: ................................................................................................................. 5 Paso 2: ................................................................................................................. 8 Actividades a desarrollar - Colaborativo ................................................................ 11 Paso 4: ............................................................................................................... 11 Paso 5: ............................................................................................................... 12 Paso 6: ............................................................................................................... 13 Paso 7: .................................................................................................................. 14 CONCLUSIONES.................................................................................................. 15 Referencias Bibliográficas ..................................................................................... 16

INTRODUCCION El ecuánime de este trabajo es compilar y resumir la investigación precisa y que el estudiante conozca la estructura general y los principios de funcionamiento de un sistema electrónico de medida, y de igual forma el tratamiento de los resultados experimentales obtenidos, en la practicas impuestas través de los puentes q que en este capítulo trataremos y como objetivo específico adquirir la capacidad de interpretar estos resultados y de evaluar los errores que se cometen en el proceso de medida. Y que adquiera conocimientos teóricos y prácticos de cada uno de los componentes de un sistema de medida electrónico (transductores, puentes de medida, amplificadores, etc.) de modo que sea capaz de seleccionar entre los dispositivos disponibles comercialmente aquellos que mejor se adapten a una aplicación Correcta. También se hace Mediante el uso de programas de simulación tal como lo es proteuss todos los desarrollos de los mismos.

OBJETIVOS

 Manipular hardware y software utilizado para la implementación de sistemas en el ámbito industrial.  Implementación y practica para diseñar amplificadores de señales.

 Comprensión y análisis de adecuación de señales, técnicas reducción de ruido.

 comprende la arquitectura básica de un sistema de instrumentación.

Actividades a desarrollar - Individual Paso 1: Seleccione una de las siguientes características del amplificador de instrumentación y justifique porque es una ventaja frente a un amplificador operacional: ESTUDIANTE

TEMA

JUSTIFICACIÓN

CMRR alto Ajuste de ganancia con un único resistor

KAROL YULIETH POLANCO

Alta impedancia de entrada

Amplificadores de instrumentación: El parámetro del CMRR, como el cociente entre la ganancia diferencial y la ganancia en modo común, ya que cuanto mayor sea este parámetro la salida estará menos influenciada por las tensiones comunes en la entrada (Ruido e interferencias). El amplificador de instrumentación, es una configuración que se compone de tres amplificadores operacionales, para obtener tres ventajas fundamentales: Una muy elevada resistencia de entrada, un CMRR muy elevado y una ganancia elevada. El amplificador de instrumentación, es un amplificador en modo diferencial con ganancia controlada. La ventaja de este arreglo se resume en una alta impedancia de entrada y un control de ganancia simplificado. La desventaja de otras configuraciones, como la del amplificador operacional, es que la impedancia depende de una de las resistencias de la entrada. La impedancia es la del amplificador operacional, que en un caso ideal

tienda a ser infinita. En la etapa de ganancia, en el modo diferencial se tiene que mantener la relación entre R4/R3 igual a la de R2/R1 para mantener la ganancia ajustada. En el de instrumentación solo depende de una resistencia. A continuación, podemos ver el arreglo de una configuración con amplificadores operacionales, de el amplificador de instrumentación.

El amplificador instrumental tiene la ventaja de tener una alta impedancia de entrada, la impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna (o de señal). Esta oposición impide que la señal se vaya a tierra o masa y disminuya. De lo que se trata es de que el amplificador "vea" una señal en su forma original para luego amplificarla. Entonces como hay alta impedancia, la señal no se cae y puede entrar al amplificador con poca atenuación. Con eso se mantiene lo más fiel a la original. En cambio, en la impedancia de salida, es preferible que sea menor para que se pueda acoplar mejor a la carga (lo que va a alimentar, por ejemplo un parlante, motor, etc.) que por lo regular

es de baja impedancia. Al ser menor la impedancia de salida, se puede obtener el máximo de corriente útil en la carga y con ello la mejor transferencia de energía y eficiencia del amplificador.

MAURICIO ANDRES HURTADO

LUIS ANDRES TORRES

Baja impedancia de salida

Factor de ruido muy cercano a la unidad

Los amplificadores de instrumentación, aunque la mayoría son diferenciales, se puede decir que, al tener retroalimentación negativa, es como estar en corto circuito virtual, tienen una impedancia de salida muy baja para que su ganancia no se vea afectada por la carga que se conecta en la salida, esta ventaja es usada muy comúnmente para equipos con señales muy débiles preferiblemente equipos de uso médico como un cardiógrafo. 2𝑅1 𝑉𝑜𝑢𝑡 = (𝑉2 − 𝑉1) (1 + ) 𝑅𝑔

El amplificador de instrumentación es un amplificador diferencial tensióntensión cuya ganancia puede establecerse de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que opere de acuerdo a su propia especificación aún en un entorno hostil. Es un elemento

esencial de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional que ofrece características funcionales propias e independientes de los restantes elementos con los que interacciona a comparación del amplificador operacional ya que son denominados así porque con ellos podemos realizar bastas operaciones matemáticas simples y otras no tanto algunas aritméticas y otras como loga ritmar, integrar y derivar funciones eléctricas, construir filtros activos, pasa bajas, pasa altas, paso de banda, elimini banda,disparadoraes smichtt etc. Poseen entradas diferenciales, una es denominada no inversora y la restante inversora la salida del amplificador depende absolutamente del estado de ellas.

Paso 2: Seleccione alguno de los siguientes temas y realice un mapa conceptual: KAROL YULIETH POLANCO (Filtros activos)

MAURICIO ANDRES HURTADO (Filtros pasa bajo, pasa alto y pasa banda) Filtros Pasivos poseen condensador es bobinas o resistencias

Filtro pasa bajo.

Filtros de primer orden. poseen un solo elemnto reactivo

Filtros de segundo orden. posee dos elementos reactivos

Filtro de primer orden.

Filtros adecuaciones de señales analogas

Permite paso de las frecuencias por debajo de valor establecido

Filtro pasa alto. Permite el paso de frecuencia por encima de su valor establecido

Filtro pasa banda. permite el paso de señal dentro del rango establecido en el filtro

Filtro pasa bajo

Filtro pasa alto

Filtros Activos

posee un solo elemento reactivo

Poseen transistores o amplificadore s

Filtro pasa banda

Filtro de segundo orden. poseen dos elementos reactivos

Muestreo de una señal analogica. Toma de muestra de señal en un determinado tiempo y se le asigna un valor numerico.

Cuantizacion de una señal muestreada. del valor numerico se asigna cantidad de bits, dependiendo de la amplitud de la señal.

LUIS ANDRES TORRES (Filtros pasivos)

Actividades a desarrollar - Colaborativo Paso 4: Implementar en software CAD (Proteus o similar) un sistema de medición de temperatura con un lm35, diseñe la etapa de amplificación de tal manera que obtenga 5V para una temperatura de 45°C. Igualamos las resistencias R4, R5, R6, y R7 para simplificar el cálculo de RG o R3 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑉𝑠 5𝑣 𝐺= = = 11.11 𝑉𝑒 0.45𝑣 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑅𝐺

𝐺=

2 ∗ 𝑅3 𝑅𝐺

𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑟 2 ∗ 20𝑘Ω 𝑅𝐺 = = 3.6𝑘Ω 11.11

Paso 5: Diseñe e implemente en software CAD (Proteus o similar) una etapa de filtrado así: filtro activo pasa bajo de segundo orden (use AO de propósito general como LM324 o TL084), con una banda de corte de 25Hz. 𝐹 = 25 𝐻𝑧 𝑅 = 10𝐾Ω 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑜 =

1 2∗𝜋∗𝑅∗𝐶

𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐶=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑅 ∗ 𝑓𝑜

𝐶=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 10𝐾Ω ∗ 25𝐻𝑧 𝐶 = 0.00063 𝑓

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅= 𝑅=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐶 ∗ 𝑓𝑜

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 6 ∗ 10−7 𝑓 ∗ 25𝐻𝑧 𝑅 = 10.1𝐾Ω

Paso 6: Implemente en software CAD (Proteus o similar) una etapa de conversión análoga digital (ADC) de 8 bits usando un integrado ADC0804, pruébelo con una señal de entrada de 5V y visualización con diodos Led.

Paso 7: Mediante software CAD (Proteuss o similar) integre las 3 etapas de adecuación de señales previamente diseñadas (Paso 2 al 4), demuestre su funcionamiento y grabe un video explicativo de máximo 5 minutos en el cual se muestre el funcionamiento etapa por etapa y luego de todas las etapas integradas.

Link del video: https://www.youtube.com/watch?v=dRLjFlEVL7o&feature=youtu.be

CONCLUSIONES

Es importante mencionar que los amplificadores instrumentales son utilizados en actividades de alta precisión y bajas señales, por este mismo efecto sus componentes deben ser de valores muy exactos para que el amplificador cumpla con su función de precisión, su complejidad depende de la cantidad de amplificadores operacionales que contenga, de este mismo modo su uso facilita en ambientes de mucho ruido en modo común tal como en sistemas de adquisición de datos a distancia con variables de entrada, particularmente en medición de variables físicas, al convertirlas en señales eléctricas, permitiendo aislar la señal a medir y realizar amplificación diferencial en la etapa final, esto quiere decir que tiene ganancia de voltaje diferencial que amplifica la diferencia entre los voltajes existentes en las terminales de entrada.

Referencias Bibliográficas didacticaselectronicas. (s.f.). Obtenido de https://www.didacticaselectronicas.com/index.php/equipos-deinstrumentacion/termometros/termometro-infrarrojo-ut303c-infrarojos-sensortemperatura-unit-detail electronicafacil. (s.f.). Obtenido de https://www.electronicafacil.net/tutoriales/Filtros-pasivos.php wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pasivo

Granda, M. M., & Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: El amplificador de instrumentación. España: Editorial de la Universidad de Cantabria. (pp. 117 136). Recuperado dehttps://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=138&docI D=3428884&tm=1544540895241