El documento describe el proceso de acondicionamiento de señales para sistemas mecatrónicos. Las señales de los sensores deben ser adecuadas para su procesamiento, por lo que requieren protección, conversión a otro tipo de señal, amplificación para obtener el nivel adecuado, y filtrado para eliminar ruido. El amplificador operacional es un circuito versátil que se puede configurar para realizar estas funciones de acondicionamiento de señales.
1. ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES
Los sistemas mecatrónicos para su control y
presentación de resultados requieren de sensores que
permitan adquirir sus señales físicas.
Acondicionamiento
de Señales
Circuitos de Sistema Señales Fisicas
mando/control Actuadores
mecánico (Sensores)
Potencia
Acondicionamiento
de Señales
LED
Referencia Displays
Presentación de
LCD
datos
Acondicionamie Señales Físicas Pc
Mecatrónica
nto de Señales (Sensores) Ing. Felipe Peña R.
CTS
2. ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES
La señales entregadas por los sensores deben ser adecuadas
para el respectivo procesamiento. Dichas señales son débiles,
ruidosas, no lineales, son analógicas y se desea digitalizarlas o
viceversa y/o recurrir cambio de variable (Resistencia a voltaje,
corriente a voltaje, etc.)
Proceso de Acondicionamiento de Señales
1.- Protección para evitar daño al siguiente elemento
2.- Convertir señales de un tipo a una adecuada
3.- Obtención del nivel adecuado de la señal (Amplificar la señal)
4.- Eliminar y reducir el ruido (Filtros)
5.- Manipulación de la Señal (Convertir una señal a otro
Digitalización)
Mecatrónica Ing. Felipe Peña R. CTS
3. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Es un circuito integrado versátil de bajo costo que
consiste en una configuración de transistores,
resistencias y capacitores internos.
La configuración externa permite crear una amplia
variedad de circuitos:
Amplificadores
Integradores
Sumadores
Diferenciales
Comparadores
Convertidores A/D y D/A
Filtros Activos
Amplificadores de muestreo y retención
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
4. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Es un Amplificador con entrada diferencial y salida única que contiene
una ganancia alta en CD en general de 100000 veces o mas y una
impedancia alta.
Tiene una entrada inversora (-) y no inversora (+)
Se alimenta entre tensión + o – y gnd se refieren todos a tierra
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
6. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El AO en ambas entradas tiene impedancia infinita por tanto no extrae
corriente del circuito de ingreso 2MΩ
I+ = I− = 0
Tiene Ganancia infinita
V+ = V−
Tiene impedancia de salida cero el voltaje no depende de la corriente
de salida.
Vo
G=
Vi
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
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7. AMPLIFICADOR INVERSOR
v(+) = 0
v(−) = v(+) Vo = R 2 * I 2
Vi = R1* I 1
I = I1 + I 2
I =0
despejando I 2 e I1
Vi Vo
0= +
R1 R 2
Vo Vi
=−
R2 R1
V0 R2
=− Mecatrónica
Vi R1 Ing. Felipe Peña R.
CTS
8. EL AMPLIFICADOR NO INVERSOR
R2
V ( − ) = Vo
R1 + R 2
V ( + ) = Vi
V (+ ) = V (−)
R2
Vo = Vi
R 2 + R1
V 0 R 2 + R1
=
Vi R2
V0 R1
= 1+
Vi R2
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
9. PROBLEMAS
Calcular la relación de amplificación de
los siguientes circuitos:
SEGUIDOR DE VOLTAJE
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
10. AMPLIFICADOR SUMADOR
Sumador Inversor
If + i1 + i 2 + i3K = 0
If = −(i1 + i 2 + i3K)
Vo V1 V 2 V 3
= − + + K
Rf R1 R2 R3
V1 V 2 V 3
Vo = − Rf + + K
R1 R2 R3
Vo Rf Rf Rf
n = −V 1 + V 2 + V 3 K
Vo = − Rf ∑
Vi R1 R2 R3
i =1 Ri
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
11. AMPLIFICADOR SUMADOR
Sumador No Inversor
I 4 = I1 + I 2 + I 3K
V (+) = R 4 * ( I1 + I 2 + I 3K)
V1 V 2 V 3
V (+) = R 4 * + + K
R1 R 2 R3
V (+) = R 4 * I 4
R5
V (−) = Vo
R5 + R 6
V ( + ) = V ( −)
V1 V 2 V 3 R5
R4 * ( + + K) = Vo
R1 R 2 R3 R5 + R 6
V 1 V 2 V 3 R5 + R 6
Vo = R 4 * + + K *
R1 R 2 R3 R5
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
12. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
R2
V (+ ) = V 1( )
R 2 + R1
I 2 = Is
V 2 − V (−) V (−) − Vs
=
R1 R2
V 2 V (−) V (−) Vs
− = −
R1 R1 R2 R2
Vs 1 1 V2
= V (−)( + )−
R2 R1 R 2 R1
Vs R1 + R 2 V 2
= V (−)( )−
R2 R1* R 2 R1
R1 + R 2 R 2 *V 2
Vs = V (−)( )−
R1 R1
R2 R1 + R 2 R 2 *V 2
Vs = V 1( )( )−
R 2 + R1 R1 R1
R2
Vs = (V 1 − V 2)
R1
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
13. COMPARADORES
V 1 ≥ V 2 = +Vcc
V 1 ≤ V 2 = −Vcc
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
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14. Termocupla
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
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15. Señales de Ingreso
1V
Vi
-1V
V2 -2V
Vref -4,5V
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Ing. Felipe Peña R.
CTS
16. CONVERSIÓN DAC/ADC
Muestreo
Es el tiempo de adquisición de una muestra de una señal
periódicamente
Cuantificación
asignación de niveles de voltaje referido a un valor máximo en
función del numero de combinaciones.
Codificación
asignación de Código a cada uno de los niveles
Mecatrónica
Ing. Felipe Peña R.
CTS
