El documento describe los circuitos utilizados para acondicionar señales antes del procesamiento o visualización, como puentes de Wheatstone, Maxwell y Schering para medir resistencia, inductancia y capacitancia respectivamente. También describe amplificadores de instrumentación basados en operacionales que amplifican débiles señales de transductores y filtran ruido. Los operacionales tienen alta ganancia, impedancia de entrada alta y baja impedancia de salida, lo que los hace ideales para el acondicionamiento de señales.
1. 3.- Acondicionamiento de señales
Difícilmente un diseñador conecta un transductor directamente y la parte de procesamiento o de despliegue de
un sistema, ya que la señal que nos envía nuestro transductor por lo general es muy débil o contiene ruido y
componentes que no deseamos, por eso realizamos etapas de acondicionamiento de señales.
Circuito de Procesamiento
Transductor
acondicionamiento de señal
Importante: El circuito de acondicionamiento puede proporcionar una impedancia de entrada adecuada para no
demandar mucha corriente al transductor.
CIRCUITOS PUENTE
Puente Wheatstone utilizado para medición de resistencia
a
R1 I1 I2 Si Vcb = Vdb el puente se encuentra en equilibrio
R2
R1 R2
E c G d Si si =
R3 R4
R3 R4
b
Vcd = Vac − Vad = I 1 R1 − I 2 R2
E E
donde I1 = y I2 =
R1 + R3 R2 + R4
Sacando equivalentes de thévenin sin galvanómetro
R1 R2
R + R − R + R Voltaje del generador Thévenin
Vcd = E
1 3 2 4
R1 a R2
como Rb es casi 0
c Rb d
R3 b R4
R1 R3 RR
RTH = + 2 4 Resistencia de Thévenin
R1 + R3 R2 + R4
Cuando nuestro detector de cero o galvanómetro se conecta en las terminales cd, la corriente del
galvanómetro es: Ig = corriente de galvanómetro Rg = Resistencia del galvanómetro
VTH
Ig =
RTH + Rg
1
2. Ejemplo: E = 5 v, Sensibilidad del galvanómetro = 10 mm/µA, Resistencia interna Rg = 100 Ω
Calcular la deflexión del galvanómetro causada por la variación de Resistencia de la rama BC de 5 Ω en el
siguiente circuito:
100 1000
VTH = 5 −
100 100 + 200 1000 + 2005
1000
VTH = 2.77 mV
5V
G
100 × 200 1000 × 2005
RTH = +
200 2005 300 3005
RTH = 734 Ω
VTH 2.77mV
Ig = = = 3.32 µA
RTH + Rg 734Ω + 100Ω
10mm
La deflexión del galvanómetro es d = 3.32 µA × = 33.2mm
1µA
PUENTE MAXWELL
Utilizado para medición de inductancias.
Z1 Z 2
=
C1 R1 R2 Z3 Z X
Z 2 Z3
detector
ZX =
Z1
LX
Z X 1 = Z 2 Z 3Y1
R3
RX
1 1
Z2 = R2 Z3 = R3 y Y1 = + jωC1 ya que Z C =
R1 jωC1
1
Z X = RX + jωLX = R2 R3 + jωC1
R
1
Separando términos reales e imaginarios:
R2 R3
RX = L = R2 R3C1
R1
2
3. PUENTE SCHERING
Se usa ampliamente en la medición de capacitancias.
Z X = Z 2 Z 3Y1
C1 R2
R1
j
Z X = RX −
D ωC X
CX Z 2 = R2
C3
−j 1
RX Z3 = Y1 = + jωC1
ωC 3 R1
j − j 1
∴ RX − ωC R + jωC1
= R2
ωC X 3 1
j RC jR2
RX − = 2 1−
ωC X C3 ωC 3 R1
Al igualar términos reales e imaginarios:
C1
R X = R2
C3
R1
C X = C3
R2
3
4. AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN
Por lo general las señales que recibimos de un transductor deben ser amplificadas a gran escala y no pueden
pasar mucha corriente para este fin, por eso se utilizan los opamp, ya que tienen las siguientes características:
• Resistencia de entrada alta (orden de cientos de MΩ)
• Resistencia de salida baja (debajo de 1Ω)
• Grande ganancia de lazo abierto (orden de 104 a 106)
• Grande CMRR (common mode rejection ratio) Gd
Gc
• Buen rango de frecuencias de operación
• Baja sensibilidad a las variaciones de la fuente de alimentación
• Gran estabilidad al cambio de temperatura en el ambiente
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
V1 V3 10k 190k
R3 R4
10k R2
Salida
1k R1 2R R
A = 1 + 1 3
R4 R2
10k R2
10k
V2
V4 R3
R4 190k
Opamp ideal
V1 R0
Vo
A=∞
V1-V2 = 0
Rd ± A(V2-V1)
Rd = ∞
V2
R0 = 0
Ancho de banda = ∞
Reglas 1.- Para que el opam esté en zona linear, V1 debe ser igual a V2 gracias A=∞
Reglas 2.- No fluye corriente hacia el interior de opamp por ninguna de sus terminales.
4
5. INVERSORES
Por regla 1 Por regla 2
Rf
iRi
Vi
Ri
iRf i R1 = i R1 = i R 2 = i
Vi Ri
Vo
Vi
∴ Vo = −iR f = − Rf
Ri
Vo Rf
A= =−
Vi Ri
SEGUIDOR
Por regla 1, Vi está en la terminal (-) del opam asi:
Vi Vo Vo = Vi
Aplicación: Sirve como bufer, ya que proporciona buena corriente de salida y alta impedancia a la entrada.
NO – INVERSORES
iRi iRf
Ri Rf Regla 1 Regla 2
Vi
i= Vo = i ( R f + Ri )
Vi Vo Ri
Vo i( R f + Ri ) R f + Ri
∴ = A= =
Vi iRi Ri
Amplificador diferencial de 1 opamp
i V4 R4
VS = 1
V3
R3 R4 R3 + R4
V3 − VS VS − Vo
V4
R3 V5 Vo i= = 2
R3 R4
R4
Vo =
(V4 − V3 )R4
R3
R4
A= CMRR (common mode rejection ratio)
R3
Gd
CMRR = Gc = Ganancia que aparece cuando V1 = V2
Gc
A = Gd = Ganancia cuando V1 ≠ V2
5
6. Amplificadores No inversores sin Ri a tierra.
V1
V3 V1 − V2 = iR1
R2
V3 − V4 = i (R2 + R1 + R2 ) = i (2 R2 + R1 )
V3 − V4 2 R2 + R1
R1 Gd = =
V1 − V2 R1
Gc = 1
R2
Gd
V2 V4 CMRR = = Gd
Gc
Combinando 2 circuitos anteriores obtenemos:
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
V1 R3 R4
R2
Vo
R1
R2
R3
V2
R4
2 R + R1 R4
Gd = A = 2
R
R1 3
Aplicaciones:
En amplificadores diferenciales de osciloscopios
CMRR ≈ 100
En amplificadores de biopotenciales de alta calidad
CMRR ≈ 10000
http://www-s.ti.com/sc/ds/ina111.pdf
6
7. Vo
COMPARADOR SIMPLE
VS
Vi
Vref Vo Vi
Vref
-VS
Vo
VS
Vref
Vo Vi
Vi Vref
-VS
Se deben buscar comparadores con buena respuesta al cambio de voltaje de entrada Vi
Recomendado LM01A (National) bajo costo y buena respuesta
COMPARADOR CON HYSTERESIS
Vo Vref
VS
Rd
Vi
Vo
VS Vi
Vref -VS
R1 R2
Se utiliza cuando los voltajes a comparar se encuentran cercanos y por ruido existen fluctuaciones en Vi, y es
necesario utilizar un comparador con hysteresis.
Vref = -5V
Vi = -9V
Vo = -10V
Vs = -5V
7
8. CONSIDERACIONES DE LOS OPAMPS
GAIN-BANDWITH PRODUCT
Especificación que proporciona el fabricante para que nosotros podamos obtener nuestro ancho de banda
dividiendo este factor entre la ganancia que le estamos dando a nuestro amplificador.
Ganancia
frecuencia
INPUT OFFSET VOLTAGE
En el opamp ideal no existe voltaje de salida cuando sus terminales se encuentran al mismo valor. Pero
en la práctica esto no resulta cierto y aparece un voltaje a la salida, para compensar esta situación es necesario
colocar un potenciómetro para poner un voltaje de offset que nos de cero a la salida..
INPUT BIAS CURRENT
En la realidad si existen corrientes que fluyen hacia el interior del opamp, entonces es necesario que
nuestras resistencias de retroalimentación sean bajas para minimizar este error, en el orden de 10 K hacia
abajo.
SLEW RATE
Cuando se demandan cambios rápidos en la salida, la corriente proporcionada para realizar estos
cambios es limitada según sea el caso del opamp que utilizamos, es por eso que el fabricante nos pone en las
hojas de especificaciones los slew rate. Por ejemplo, para el 741, el slew rate es de 0.5 V/µs. Esto quiere decir
que nuestra salida no puede cambiar de –5V a +5V en menos de 20 µs.
8
9. FILTROS:
Filtro ideal
Pasa bajas Pasa banda
Ganancia
Ganancia
(dB) Ho
Ho
fC frecuencia
f1 f2 frecuencia
Pasa altas Rechaza banda
Ganancia Ganancia
Ho Ho
fC f1 f2 frecuencia
frecuencia
Filtro real
Ripple
dB Ho
H1 Banda de transición
Ho-3
Banda de
atenuación
H2
fC fS
9
10. FILTROS PASIVOS
Son aquellos que utilizan solo elementos pasivos como lo son resistencias, inductores y capacitores.
Pasa bajas de 1er orden
Respuesta en frecuencia
Vo
R
Vi Vo Vi
C
ωC frecuencia
Vo 1 1
= τ = RC ω = 2πf ωC =
Vi 1 + jωτ τ
Pasa altas de 1er orden
Vo
C
Vi Vo Vi
R
ωC frecuencia
Vo jωτ
=
Vi 1 + jωτ
El orden de un filtro es determinado por el número de elementos guardadores de energía o reactivos que posee
el filtro.
10
11. Pasa bajas de 2do orden
Respuesta en frecuencia
R L Vo
Vi Vo
Vi
C
ωC frecuencia
Vo 1 1
= 2
donde ω C = Corner frecuency
Vi jω 2ζjω LC
ω + ω +1
C C
ζ = R( 2) C L damping
1 ω
Q= = C Q = factor de calidad, ∆ω = Ancho de banda
2ζ ∆ω
Efecto de damping
1 1 cuando ζ < 1
2 2 cuando ζ = 1
3 3 cuando ζ > 1
ωC
Pasa altas de 2do orden
C R
Vi Vo 1
L 2
3
ωC
Vo ω2
=
Vi jω 2 2ζjω
ω + ω +1
C C
11
12. FILTROS ACTIVOS
Pasa bajas 1er orden
C Respuesta en frecuencia
Vo
Vi
R1 R2
Vi
Vo
ωC frecuencia
Pasa altas 1er orden
R2
Vo
C R1
Vi Vi
Vo
ωC frecuencia
La ventaja de estos filtros en comparación con los pasivos es su baja impedancia a la salida, y por lo tanto, su
fácil acople con etapas en cascada que pueden ser añadidas con el fin de incrementar el orden del filtro.
ARREGLOS PARA 2do Y 3er ORDEN.
Pasa bajas 2do orden Pasa bajas de 3er orden
C1 C1
R1 R2 R R R
Vo Vo
Vi C2 Vi C2 C3
1
fC =
2π R1 R2C1C 2
Si nosotros colocamos estos dos filtros en cascada, podemos obtener un filtro de quinto orden.
12
13. Convertidores ADCs y DACs
ADCs.
Actualmente se ha venido haciendo el procesamiento de señales de una forma digital, por lo que es necesario
convertir las señales que provienen de los transductores en señales digitales.
Relación básica Entrada/Salida
FS Q = Cantidad de salto mínima
Q = LSB = LSB = Least Significant Bit
2n
FS = Voltaje total de entrada
VR n = número de bits de la salida
111
110
Vi Salida 101
ADC Salida digital 100
Entrada digital
analógica 011
010
001
Vi 000
Salida = X = 1/8 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8
VR
Entrada analógica
Errores comunes en ADCs
a) Off-set b) Ganancia
Vo Vo
Dig
En el mercado, a) y b) son
errores pequeños y que
pueden ser ajustados
inicialmente en el ADC
Vi Vi
c) Linealidad d) Perdida de bit
Bit
perdido
13
14. - Resolución: Número de bits
- Exactitud: ½ LSB “error”
Existe un tiempo de conversión Tc que necesita el ADC para sacar un número digital a partir de recibir un dato
analógico con el fin de que al existir una variación en la entrada no surja una confusión en la conversión.
El cambio de voltaje máximo en la entrada contra el tiempo está dado por la siguiente ecuación:
dVi FS
≤ n FS = V total de entrada 1
dt max 2 t c
Ejemplo: En un convertidor de 8 bits con un tiempo de conversión de 100 µs, sacar la frecuencia máxima de
una onda senoidal de entrada.
Vi = Asen (2πft )
= 2πfA cos(2πft )
dVi
dt
dVi
= 2πfA 2 Si FS = 2A
dt max
2A 1
de 1 2πfA ≤ => f ≤ n
n
2 tc 2 t cπ
1
f max = sustituyendo tc fmax = 12.4 Hz
2 t cπ
n
SAMPLE-AND-HOLD
Reducción de Tc utilizando un circuito sample-and-hold (S/H), ya que este circuito toma el voltaje de entrada y
lo mantiene constante, así el convertidor realiza la conversión casi inmediatamente, y el tiempo de retardo solo
viene dado por el (S/H) ya que tarda en recibir el comando de hacer el muestreo y la retención. Este nuevo
tiempo es llamado tiempo de apertura Ta dado comúnmente por 20 ns. Recalculando tenemos:
1
f max = = 62.17 KHz
2 t aπ
8
AJUSTE DE SEÑAL DE ENTRADA
- Rango Circuito que implementa esta función
- Escala total Vi
+ 2.5 R
Vi Vi 4
5 4R
10 4 Vi Entrada
Entrada 4R ADC
2.5 -10V
5 ADC
0 0 0
-5 -2.5
-10
14
15. Es bueno usar buenos reguladores para que nuestro ADC no pierda la relación en la conversión:
Vi
X =
Vr
Salida:
8 bits 10 bits
Comunes
12 bits 3 ½ dígitos de BCD Especiales
14 bits
16 bits
Código binario y en aplicaciones para displays de multímetros digitales o todo tipo de medidores con paneles
digitales se usan salidas BCD.
Gráfica 1
Vi busy /EOC
start
Vr
Byte alto
ADC
start
.
. EOC
. tc
clock Byte bajo HBE
OE LBE
HBE LBE
SEÑALES DE CONTROL
Vi = V de entrada
Vr = V de referencia
busy = Señal que indica conversión en proceso o END OF CONVERSION
Start = Entrada que indica al ADC inicio de conversión.
HBE = High-byte Enable
LBE = Low-bit Enable
15
16. Técnicas de conversión en ADC’s
a) ADC de contador
Entrada analógica
Entrada analógica
Vi
comparador
DAC
Salida
_
+ digital
Salida
digital
Clock Control
Contador
lógico Tc tiempo
Ciclo
de
reloj
“Tracking”: con counter de decremento e incremento
b) ADC de aproximación sucesiva (más utilizado actualmente)
Entrada analógica
Vi
FS
Señales de
DAC
_ + Vi
Salida DAC
digital Salida SAR
MSB LSB
SAR 1 1 0
Registro de
Clock aproximaciones
sucesivas
Diagrama lógico:
Regla 1: Si es menor VDAC a Vi se 111
sostiene MSB y se enciende el siguiente 111 110
MSB 110
101
101
Regla 2: Si es mayor VDAC a Vi se apaga 100
100 011
MSB y se enciende el siguiente MSB 011
010
010
001
001
000
16
17. c) ADC DE RAMPA
integrador
GND
Voltaje de referencia GND
-Vr C
comparador
R
Vi
Clock Control lógico
Contador Salida digital
Como la carga ganada por el capacitor durante el primer
integración intervalo es igual a la carga perdida en el segundo.
Carga del t1Vi = t2Vr
capacitor y
salida del t2 V1
integrador
= =X
t1 Vr
t1 t2 tiempo
d) ADC CONVERTIDOR DE VOLTAJE A FRECUENCIA
Vi VFC Contador Salida digital Vi
Alta resolución
timer
varactor Transmisión remota
Inmune al ruido
e) ADC en paralelo o flash
2n-1 Comparadores
3R
2
R Codificador
. Salida digital
. .
R . .
.
R
2
Utilizado para conversiones rápidas
17
18. f) ADC de flecha(mecánico)
Aguja Galvanómetro
Disco
111 000
LSB LED’s
MSB
001 LSB
110
3 bits de salida digital
101 010
MSB
100 011
foto -
sensores
http://www.national.com/ds/AD/ADC0801.pdf
DAC’s (Convertidores Digital - Analógico)
Registro R
Transistores
de bits
2R
MSB bit 3 Vout
4R
bit 2
8R
bit 1
16R
LSB bit 0
_
Vref
+
Casos:
R Vref
1000 → Vout = Vref =
2R 2
R Vref
0001 → Vout = Vref =
16 R 16
Vref Vref
1001 → Vout = +
2 16
El circuito anterior muestra el funcionamiento de un DAC de 4 bits. Que por lo general son fabricados con
todos sus componentes en un simple circuito integrado, con el fin de maximizar su capacidad en
funcionamiento, un buen DAC ofrece una alta amplitud de resolución y una alta rapidez en el muestreo de
datos digitales.
- Consta con señales de control como (CS ) para el muestreo y la activación del convertidor.
- Y pines para variar la amplitud de la señal de salida y voltaje de referencia
http://www.national.com/ds/DA/DAC0808.pdf
18
19. TÉCNICAS DE ELIMINACIÓN DE RUIDO inherente o transmitido
Ruido Acople Receptores
Transientes en
fuentes
Magnético Capacitancia Elemento de sensado
Electroestático Campo magnético Resistencias
Radio frecuencia Cables Capacitores
Temperatura Encapsulados Preamplificadores
Humedad
Químicos
Tipos de ruido
Vo
Señal sin ruido
t
Vo
Ruido aditivo
Vo = VS + en
t
Vo
Ruido multiplicativo
Vo = [1 + N (t )] VS
Donde N(t) es una
t función del Ruido
TÉCNICA DIFERENCIAL
Para lograr una estabilidad en la reducción del ruido, por lo general las señales son combinadas por pares,
siendo fabricados en una forma dual donde la salida es el resultado de la diferencia de salidas en el par de
sensores.
Variable sensada
Sensor SI
principal
+
Ruido _ SI – SO Salida diferencial
Sensor de
preferencia SO
19
20. BLINDAJE ELÉCTRICO
CR
ZC
Vn Vn
ln =
in Z + ZS
eR Z
Circuito equivalente al ruido eléctrico sobre un circuito
CR ZC Basado en el principio de que una carga que no puede
Vn
existir en el interior de una superficie conductora cerrada.
eR in1
in2 Z
Reglas:
• El blindaje debe ser conectado al voltaje de referencia de todo el circuito, como lo puede ser la tierra o
el chasis.
• Si se usa un cable blindado, el blindaje debe ser conectado a la referencia del lado de donde surge la
señal.
Cable blindado Referencia
Sensor Z
Referencia
• Si el blindaje es partido en varias secciones, todos los blindajes deben ser conectados en serie.
Cable blindado
Sensor
Z
• Nunca conectar el blindaje en dos puntos diferentes al voltaje de referencia (GND).
Cable blindado
Sensor Z
ib
∆V
• Conectar blindaje a tierra por medio de cables cortos para evitar inductancias.
20
21. BLINDAJE MAGNÉTICO
Lamentablemente el blindaje contra campos magnéticos es más difícil ya que un campo magnético al contacto
con un conductor produce una corriente, algunas reglas a seguir podrían ser las siguientes:
• Evitar que cables conductores queden paralelos al campo magnético.
• Si un conductor que transporta alta corriente variable induce un campo magnético enorme, entonces es
necesario que el regreso o referencia de esa corriente sea enrollado para que los campos se anulen.
M
• Puede ser reducido el ruido magnético si se utiliza el blindaje como conductor.
M
TIERRAS
• Aprovechar los espacios libres de la tarjeta impresa para extender la tierra (GND).
• Montar componentes con transientes de corriente muy rápidos como transistores, micros, etc. Lo más
cercano posible o pegado a la tarjeta .
• Mantener todas las tierras lo más cerca posible con el fin de evitar diferencias de potenciales y
corrientes parásitas en las líneas de tierra.
21
22. 4.- Sistemas de adquisición de datos.
Los sistemas de adquisición de datos surgen gracias a la necesidad de sustituir al hombre en tareas donde se
realizan procesos de medición o de observación de una manera periódica y durante lapsos de tiempo en los
cuales el hombre por naturaleza no ofrecería una observación confiable.
- Encubadora: Nivel de oxígeno – temperatura – Diferentes instrumentos
Medición Procesador Interfase PC
de señal
(Sensor
acondicionamiento)
GPIB
RS232
Instrumento
GPIB (General Porpuse Interfase Bus)
Fue diseñado a mediados de los 1960’s por HP con el fin de estandarizar la comunicación y el control entre
instrumentos digitales de laboratorio. Y fue nombrado PIB (HP Interfase Bus). Pero en 1978 la IEEE formuló
un documento describiendo el funcionamiento de BUS llamándolo GPIB. Y estandarizándolo con la clave
IEEE 488.
Esquema del GPIB
Hacia unidades adicionales
Control
Hablante y
Oyente
D0
Dispositivos
Hablante Bus de Datos
Oyente D7
NDAC (No Data Accepted)
DAV (Daya Valid)
NRFD (Not Ready For Data)
IFC (interface clear)
ATN (Attention)
SRQ (Service Request)
REN (Remote enable)
EOI (end or identify)
22
23. Señales de Hand-Shake:
DAV: Sirve para indicar que un dato en el bus de datos es valido (Nivel lógico 1).
NRFD: El dispositivo o dispositivos que están listos para recibir un dato ponen esta línea en cero para indicar
que están listos al dispositivo transmisor.
NDAC: Los dispositivos que reciben el dato ponen en 0 lógico esta línea para indicar que todos han leído el
dato.
Señales de control:
IFC: Con un 0 en esta línea el controlador reinicia a los demás dispositivos conectados al bus.
ATN: Cuando esta línea se encuentra 0, el controlador indica que el byte que puso en el bus de datos es un
comando o dirección, cuando se encuentra en 1 el controlador indica que es un dato.
SQR: Este pin es usado por los dispositivos del bus para indicarle al controlador que hubo un problema en su
tarea o que necesitan enviar algún dato, en cuanto el controlador recibe un 0 en esta línea, realiza un polling
para checar cual es el dispositivo solicitando el servicio.
REN: Un 0 en la línea habilita a los dispositivos del bus a ser controlados por el controlador.
EOI: Cuando un dispositivo está transmitiendo, debe poner en 0 esta línea cuando termine de transmitir sus
datos.
Diagrama de Hand-Shake
DATA VALID DATA
DAV
NRFD
NDAC
Asignación de terminales para GPIB Señal de la terminal
1.- D1 13.- D5
12 2.- D2 14.- D6
1 3.- D3 15.- D7
4.- D4 16.- D8
5.- EOI 17.- REN
6.- DAV 18.- GND
24 13 7.- NRFD 19.- GND
8.- NDAC 20.- GND
Se intenta cobrar las señales de hand shake y 9.- IFC 21.- GND
de control cada uno trenzado con uno de 10.- SRQ 22.- GND
tierra con el fin de blindar, minimizando el 11.- ATN 23.- GND
ruido entre ellas. Y las de datos alrededor de 12.- Shield 24.- GND
ellas.
- Las distancias típicas de un dispositivo al controlador son menores de 20 m.
- Manejan niveles TTL 0-0.8 = 0 lógico 2.5-5 = 1 lógico
Provoca inmunidad al ruido
- Velocidad 1 Mb/s (Máxima especificada). Pero como se encuentran conectados en paralelo todos los
dipositivos, el bus funciona a la velocidad del dispositivo más lento.
23
24. RS232C
Es uno de los estándares de interfase serial más usados actualmente.
RS = Recommended standard
C = Tercera versión del standard
Motorola MC1488 Transmisor o driver
Texas instrument SN75188
El frente de un conector hembra DB255 para RS232C
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
PIN 1.- Este pin es para conectarse en el blindaje del cable conector.
PIN 2.- (TxD) Transmitted data
PIN 3.- (RxD) Received data
PIN 4.- (RTS) Request to send.- Se activa por el transmisor cuando desea transmitir un dato sobre la línea. Y
debe ser mantenido hasta finalizar la transmisión.
PIN 5.- (CTS) Clear to send.- Usado por el receptor para indicar al transmisor que está listo para recibir dato.
Debe ser mantenido hasta finalizar la transmisión.
PIN 6.- (DSR) Data set ready.- bit indicador de condición del modem. Utilizado para indicar que el modem
está encendido.
PIN 7.- (SG) Es la tierra o referencia del dato transmitido.
PIN 20.- (DTR) Data terminal ready.- Es el pin que indica que el modem está en on-line y que la
comunicación es posible.
PIN 22.- (RI) Ring indicator.- Activado por el modem cuando detecta una llamada de entrada en la línea
telefónica. También es usado para dispositivos que responden llamadas automáticamente.
Niveles de voltaje en RS232 +25V
+15V 0 lógico
0 lógico
+5V +3V
INVALIDO INVALIDO
-5V -3V
1 lógico
-15V 1 lógico
Driver -25V
Receptor
24
25. 5.- ACTUADORES Y DISPOSITIVOS FINALES DE CONTROL
- INTRODUCCIÓN
Solenoides.- En general, una bobina de alambre conductor de más de una vuelta recibe el nombre de
solenoide.
S N
= S N
_
+
V Imán equivalente
Depende del número de vueltas y el sentido de enrollado
LEY DE LA MANO DERECHA. Para determinar polaridad magnética.
La polaridad no depende del núcleo, pero si de la intensidad.
La polaridad depende de la dirección de la corriente a través del conductor y de la dirección del devanado.
EJERCICIOS: ¿Donde está el polo norte de cada solenoide?
1 N 3 N 2
N
_ _
+ +
RELEVADORES ELECTROMAGNÉTICOS
T3
N
P5 P4
Especificaciones:
1.- Voltaje de control
_ 2.- Voltaje a través de la unión en AC
+
3.- Voltaje a través de la unión en DC
T1 T2
4.- Corriente a determinado voltaje
5.- Velocidad de transición elasticidad
6.- Tiempo de conexión de la placa
25
26. TIRISTORES
El término tiristor incluye todos los dispositivos semiconductores los cuales presentan un funcionamiento
inherente como dispositivo de corte y conducción, en oposición a aquellos que presentan un cambio gradual
en la conducción. Los tiristores son dispositivos que no pueden operar en forma lineal por la forman en que
realizan su función de conmutación.
SCR ( Silicon Controlled Rectifier )
A
Dispositivo de 3 terminales y 4 capas de dopado, utilizado para el control de corrientes relativamente grandes.
El símbolo esquemático y de dopado para un SCR es el siguiente:
A
Cátodo
N
P
Simbología
Compuerta
N
P G
K
Ánodo
A
SCR
G
K f2
f1 S1
S2
El SCR maneja 2 estados:
Encendido o Conducción y Apagado o Bloqueado. Los términos popularmente utilizados para describir como
esta operando un SCR son ángulo de disparo y ángulo de conducción.
Para producir que un SCR pase a su estado de conducción es necesario imprimir un pulso de corriente en la
puerta (Igt) que debe estar entre 0.1 y 20 mA.
La aplicación más común de los SCR´s es la de controlar la cantidad de potencia eléctrica que se entrega a una
carga, modificando el ángulo de disparo de los mismos. Un ejemplo seria el siguiente.
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27. TRIAC SCR Bidireccional.
Terminal 1
Compuerta
Simbología
N N
T1 G
P
N
P
P N
T2
Terminal 2
UJT (Unique Junction Transistor)
Se usa en aplicaciones de temporización
Placa Base 2
Emisor de tipo P B2
tipo N Base 1
Simbología
B2
E
E
B1
B1
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28. MOTORES
La industria ha usado motores de CD durante muchos años debido a sus propiedades excepcionales de control
de velocidad bajando esencialmente a cero revoluciones por minuto, y debido a su buen arranque y par a baja
velocidad.
MOTORES:
Se estima que dos terceras partes de la energía eléctrica que consumen los países de destina a motores de
diversos tipos. Ventiladores, calefactores, bombas, lava vajillas, refrigeradores, hornos, secadoras, etc.
Los motores convierten la energía eléctrica (voltaje y corriente) en par y rotación de un eje. Y se dividen por
su potencia en 2 clases. Caballos enteros y fraccionarios.
CARACTERÍSTICAS PAR-VELOCIDAD (T-n)
Cuando se conecta un motor a una fuente eléctrica apropiada, la acción electromagnética produce un par o
torque sobre su eje, y este par es función de la velocidad del motor.
Tm
n = rpm
Par Tarr
MOTOR
n sincronía
0 50% 100%
Velocidad en % de sincronismo
Cuando el motor se conecta por primera vez, el motor genera un par de arranque, Tarr para poner en marcha el
ventilador. A medida que el ventilador aumenta su velocidad se genera un par mayor hasta que alcanza un par
máximo Tm. Después de éste punto el par decrece rápidamente con la velocidad hasta una velocidad de
sincronismo nS donde no se produce par alguno.
Tm
Par
MOTOR
Tu (ventilador) Punto de operación
n1
El ventilador comenzará a acelerar debido a que el par del motor es mayor al para del ventilador. Las curvas se
cruzan en el punto de operación n1 donde no es posible más aceleración.
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29. En este punto la velocidad es constante y si alguna fuerza transitoria aumentara la velocidad, el ventilador
necesitará un par del que le proporciona el motor por lo que el sistema se desacelerará. Si la velocidad está
abajo, el motor suministra más par del que el ventilador necesita, y la velocidad del sistema regresa a n1.
ARRANQUE Y CONTROL DE MOTORES.
Si los motores se conectan directamente a la línea consumen inicialmente hasta 600% de la corriente de
funcionamiento normal.
Para motores de caballos enteros se acostumbra limitar la corriente arrancándolos a voltajes reducidos, para
esto se usan autotransformadores en serie con el motor.
Autotransformador
Vred
+
VAlim M
_
Cuando se reduce el voltaje de alimentación también se reduce el par de salida del motor, como lo muestra la
siguiente figura:
Motor
T Punto de operación
TL
TS Banda transportadora
n
Solución:
Acople del motor con embragues que accionan después de que el motor alcanza cierta velocidad.
LEYES DE ACCIÓN DE MOTOR Y GENERADOR DE CA.
B
R alambre
B
i
+
RL Vind
_
N S
V
I Vind = UlB B = Densidad de
flujo magnético
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30. i Ra
Ley de acción
f
f
Campo
debil
+
Vc
_
N S
Campo
i fuerte
f = IlB
Problema: R = 0.59 N. Calcular f
VC = 9 v, Ra = 4 Ω, l = 0.2 m, B = 1.3 T
MOTORES DE CD
Ia
Realidad
N S
Campo
N Armadura S
Ia
Icam
30
31. Par total en una armadura
Na = No. De conductores
1
T = N a rlBI a r = radio de la armadura
2
l = longitud de la armadura
Problema: 324 NM
Una máquina de CD tiene 16 conductores, densidad de campo B = 0.9 T, radio de armadura de 0.5 m y
corriente de armadura Ia = 100 A. La armadura tiene una longitud l = 0.9 m
Determinación de HP en un motor de CD.
“Psal = Tωm” donde ωm = Velocidad angular en rad/s
rpm
ω= × 2π n = rpm
60
KW
HP =
0.746
Problema: Si el motor anterior trabaja a 1500 rpm. ¿Cuál es la potencia en HP que genera?
Eliminado del desgaste en conductores con escobillas.
Escobillas
Conductor
Placas metálicas
Escobillas
Conductor
Rotor
Características CD: Grandes T a bajos voltajes y buen control de velocidad.
Muy costosos por la configuración de embobinados en su fabricación, desgaste de escobillas.
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32. MOTORES DE CA.
A diferencia de los motores de C.D. En este tipo de motores el campo magnético variable se encuentra en el
estator, teniendo el rotor un campo magnético fijo.
I2
·
S
I1
N S
· x
N
x
Campo horizontal Campo vertical
I2
· i1(t)
i2(t)
· x I1
x
t
Colocando las 2 corrientes en ta tb
el estator con embobinados a
90°
x ⇒ El campo magnético dentro del estator
gira en sentido contrario a las manecillas
Bta del reloj una vez por ciclo (a 60 Hz)
∴ a 3600 rpm
B(tb)
y
En la industria existen embobinados trifásicos colocados a 60° en lugar de 90° con lo que se logra reducir la
velocidad del motor seguido por la siguiente fórmula.
n = 120 f/pp
n = Velocidad del motor en rpm
f = frecuencia de la fuente de alimentación
pp = par de polos
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33. ROTOR.-
Las barras del rotor de un motor de inducción son usualmente de aluminio fundido en forma de jaula de ardilla
directamente en las ranuras de un rotor de hierro laminado
Barra de aluminio
Cilindro
Jaula de ardilla
Cilindro del rotor
Características de T vs n
Barras 2
de 2 3
niveles
1
4
nS Velocidad n
MOTORES DE PASOS
Ejemplo de 4 pasos
Pines de control
Driver
N S
Standard 1.8 ° por paso
0.9 ° por paso
0.45° por paso
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34. Valvulas
a) Solenoides Para el control y automatización de fluidos
Solenoide
Resorte
Solenoide
Entrada Salida
Manejada por motores eléctricos
b)
MOTOR CD Baja reducción 2 sentidos
Tornillo
Aplicaciones donde se manejan altas presiones
Entrada Salida
c) Válvulas electro neumáticas
Válvula Solenoide
Ingreso
de aire
Depósito
de aire a Compartimiento
presión de aire
Resorte
Escape
de aire
Entrada Salida
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35. d) Válvulas electro hidráulicas
Solenoide
Entrada
de agua
Resorte
Escape
de agua
Misma
Entrada Salida
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