ETAPA ETAPA DE AMPLIFICACIÓN DE SEÑAL CON EL SENSOR LM35 Proaño Caiza Maritza Elizabeth
[email protected] Manobanda Guamán Lui Mi!uel luimanobanda"#@$ahoo.com Ecuela de %n!. Electr&nica en Control $ 'ede %ndutriale Ecuela (u)erior Polit*cnica de Chimborazo 'iobamba + Ecuador
Resumen En este documento documento se presenta de una una forma general el concepto de amplificador operacional para posteriormente aplicarlo en un circuito vinculado con un sensor, con el fin de obtener un voltaje voltaje de salida salida mayor al voltaje de entrada. entrada. Para ello llo se deta detall lla a el tipo tipo de confi onfigu gura raci ción ón de amplificador operacional utilizada, con la cual se podrá hallar la función de transferencia transferencia a la que se rige rige el sist sistem ema a impl implem emen enta tado do en prot protob oboa oard rd.. Tambi ambin n se descri describe be los los mater material iales es que se debe debe utilizar en el circuito planteado, y las interconecciones entre estos. !e detallará tambien el funcionamiento del circuito circuito integrado "#$%& utilizado en el proceso de amplificación.
l
.
. ESTR ESTRUC UCTU TURA RA DEL DEL AMPLI MPLIFI FICA CADO DOR R OPERACIONAL ?n am)li-icador o)eracional e un am)li-icador di-erencial. ede el )unto de ita de una eñal $ de acuerdo a la -ig la -ig +. +. el 2). ,m). tiene tre terminale: do terminale de entrada $ un terminal de alida.
,m)li-i i-icad cador or o)erac o)eracion ional al /unci& /unci&n n de Índice.- ,m)l tran-erencia 0oltae. 1.
INTRODUCCIÓN
El conc conce) e)to to ori! ori!in inal al del del ,2 3am) 3am)li li-i -ica cado dor r o)eracional )rocede del cam)o de lo com)utadore anal&!ico en lo 5ue comenzaron a uare t*cnica o)eracionale en una *)oca tan tem)rana como en lo año 46 71. La ma$or )arte del control $ medida de lo )roceo indutriale e realiza mediante circuito electronico iendo el am)li-icador o)eracional 32). ,m) ,m) un m&du m&dulo lo bái báico co de dich dicho o circ circui uito to de control. ,un5ue cada ez má el )roceado de la in-ormaci&n $ la toma de deciione del itema e realiza con circuito di!itale o itema baado en micro)roc micro)roceado eadore re la coneri& coneri&n n de la ariable ariable medida en ariable el*ctrica: corriente o tenion 3en lo enor enore e o la coner coneri& i&n n iner ineraa 3en lo actu actuad ador ore e anal anal&! &!ic ico o re5u re5uie iere re de circ circui uito to anal&!ico donde el am)li-icador o)eracional ue!a un )a)el -undamental 7;. El am)li-icador o)eracional e un di)oitio lineal de )ro)& )ro)&ito ito !eneral !eneral el cual cual tiene tiene ca)aci ca)acidad dad de maneo de eñal dede f dede f ' ()z hata una -recuencia de-ini de-inida da )or el -abric -abricant ante. e. ,dem ,demá á de ello ello tiene tiene
-ig +. !mbolo !mbolo elctrico y terminales de un amplificador operacional En 2). 2). ,m). m). al er er un di) di)o oit iti io o acti actio o 3et 3etáá -orm -ormad ado o )or )or tran trani it tor ore e rei reit ten enci cia a $ al!= al!=n n condenado condenador r re5uiere re5uiere una )otencia )otencia continua continua )ara -uncio -uncionar nar.. Lo Lo termi terminal nale e con A0cc A0cc $ +0EE del o)era o)eracio cional nal e conect conectan an a un olta oltaee )oit )oitio io $ ne!atio ne!atio re)ecti re)ectiamen amente te iendo iendo habitual habitual 5ue ean i!uale i!uale en alor alor abolu aboluto to 7;. 7;. La do -uente -uente de alimentaci&n de continua )reentan una tierra com=n. E inte intere rea ant ntee obe ober rar ar 5ue 5ue el )unt )unto o tier tierra ra de re-e re-ere renc ncia ia en lo lo ,m). m). 2). 2). e )rec )reci iam amen ente te el terminal com=n de la do -uente de alimentaci&nB eto e nin!=n terminal del ,m). 2). e conecta -<icamente a tierra.
3. AMPL AMPLIF IFICA ICADO DOR R OPERA OPERACI CIONA ONAL L NO NO IN!ERSOR (e hace re-erencia e)ec<-icamente e)ec<-icamente al am)li-icador no ineror debido a 5ue e utiliza )ara el montae
del circuito ete am)li-icador. Entonce:
AV =1 +
R 2 R 1
e eta -&rmula e deduce 5ue la !anancia de teni&n en ete ti)o de am)li-icador erá D 1. 74
Impedancia de entrada -ig%. Esquema del amplificador no inversor.
Ganancia de voltaje En un am)li-icador o)eracional con-i!urado como am)li-icador no ineror la eñal a am)li-icar e a)lica al )in no ineror 3A del mimo. Como el nombre lo indica la eñal de alida no etá inertida re)ecto a la entrada
La im)edancia de entrada. (e )uede obtener ete alor e)erimentalmente colocando en la entrada no inerora una reitencia ' de alor conocido. En lo terminale de la reitencia ' habrá una ca
VR R
La teni&n en '1: onde
R1
∗Vout VR 1 = R 1 + R 2
+¿ VR =Vn− V ¿
Para obtener la im)edancia de entrada e utiliza la En o)eraci&n normal la teni&n entre la entrada inerora $ no inerora e )rácticamente cero lo 5ue i!ni-ica 5ue la entrada 0n e i!ual a 0'1.
i!uiente -&rmula:
+¿ ¿ V ¿ Zin =¿
Entonce
Vn=VR 1 $ e reem)laza en la
ecuaci&n
anterior:
Vn=
R1 R 1 + R 2
∗Vout
Impedancia de salida
e)eando !anancia de teni&n
La im)edancia de alida e )uede obtener e)erimentalmente de -orma imilar a la im)edancia de entrada.
Vn Vout
AV =
onde F 0 3A: e la teni&n en el terminal de entrada no ineror del am)li-icador o)eracional F %: e la corriente anteriormente obtenida
Vout Vn
=
( R 1 + R 2) R 1
=
R 1 R 1
+
R 2 R 1
(e obtiene la corriente )or la car!a con la a$uda de la le$ de ohm: I =
VRL RL
/inalmente e obtiene la im)edancia de alida o con la i!uiente -ormula: Zo =
[ VCA −VRL ] I
&nde: F 0ca D teni&n de alida del o)eracional in car!a F 'L D reitencia de car!a F 0'L D teni&n de alida del am)li-icador o)eracional con car!a F % D corriente en la car!a. 7H
". DESCRIPCIÓN DE MATERIALES En ete a)artado del documento e detallará lo materiale utilizado )ara la realizaci&n de la )ráctica.
".#. SENSOR LM35
-ig&. 0atasheet de "#$%&
E un am)li-icador o)eracional cuádru)le con entrada di-erenciale erdadera. Etá com)ueto )or cuatro am)li-icadore o)eracionale de alta !anancia dieñado )ara trabaar con -uente de alimentaci&n im)le. (in embar!o tambi*n on ca)ace de -uncionar con una -uente de alimentaci&n doble. iene entaa obre lo am)li-icadore o)eracionale conencionale en a)licacione de -uente encilla de alimentaci&n $ )uede trabaar con oltae de alimentaci&n dede ;0 hata ;>0. E de bao conumo de ener!
-ig$. Esquema de "#$/ El LM;H e un enor de tem)eratura con una
rabaando en la zona lineal el ran!o de teni&n de
)recii&n calibrada de 1IC $ un ran!o 5ue abarca
entrada en modo com=n inclu$e maa. la teni&n de
dede FHHI a A1H6IC.
alida tambi*n )uede a)roimare a maa incluo cuando e trabaa con alimentaci&n im)le. La
El LM;H -unciona en el ran!o de alimentaci&n
!anancia de -recuencia unitaria etá com)enada con
com)rendido entre 4 $ ;6 oltio.
la tem)eratura. La intenidad de )olarizaci&n de entrada 3%n)ut bia current etá tambi*n com)enada
Podemo
conectarlo
a
un coneror
con la tem)eratura. 78
,nal&!icoJi!ital $ tratar la medida di!italmente almacenarla o )rocearla con un K Controlador o imilar. El enor de tem)eratura
5. PROCEDIMIENTO )uede
uare )ara
com)enar un di)oitio de medida enible a la tem)eratura ambiente. 7" $ 7#
".. LM3"
El circuito 5ue e a a im)lementar utiliza un am)li-icador o)eracional no ineror. Para realizar la im)lementaci&n e neceitarán lo i!uiente: F F F F F F
1 reitencia de ;;6N 1 reitencia de 1ON 1 reitencia de 16ON 1 LM;H 1 LM;>4 1 iodo LE
F
Mult
'ealizamo la imulaci&n del circuito en Prtoteu )ara eri-icar u correcto -uncionamiento )ara )oteriormente im)lementarlo en )rotoboard.
,l tener todo el circuito im)lementado e analiza la -uncion de tran-erencia 5ue lo ri!e.
FUNCION DE TRANSFERENCIA
Como e obera e realiza la con-i!uraci&n del am)li-icador o)eracional no ineror al conectar la reitencia de 16ON de la alida del am)li-icador a la entrada inerora. Lue!o de ello e realiza la imulaci&n ariando la tem)eratura en el LM;H de 6 a "6C )ara oberar claramente la ariaci&n del oltae.
onde: R 1=1 kΩ
•
R 2=10 kΩ
•
Vi=
Lue!o de oberar 5ue el circuito -uncione correctamente e )rocede con la im)lementaci&n en )rotoboard.
R1 R 1 + R 2
(
Vo
)
Vi R 1 + R 2 = R 1 Vo
Vo=Vi
( R 1 + R 2 ) R 1
R 2 ) Vo=Vi ( 1 + R 1
En ete cao: Vo
R 2
Vi
R 1
=1+
Vo
10 kΩ
Vi
1 kΩ
=1+
Vo Vi
=1+ 1 0
Vo Vi
=1 1
En ete circuito la !anancia e de 11.
En el mercado eite diero am)li-icadore con diera utilidade )ero al momento del montae del circuito el uuario debe ele!ir correctamente el am)li-icador 5ue abar5ue la neceidade de cada cao $ a$ude a cum)lir con el obetio re5uerido. LM;H e un enor de tem)eratura 5ue no neceita circuito etra 5ue lo ha!a -uncionar lo cual hace 5ue e -acilite u im)lementaci&n $ mani)ulaci&n.
Re%e&enci's (#)htt):JJQQQ.mono!ra-ia.comJtrabao4HJam)li-ica
$. CONCLUSIONES Para el modelado matemático de itema el*ctrico e im)ortante tambi*n tener en cuenta 5ue la re)reentaci&n en ariable de etado olo e la realiza a itema lineale e inariante en el tiem)o 3(L%. , la hora de hacer un modelado matemático de un itema electrico en ete cao el calculo de la -unci&n de tran-erencia )or medio de la ran-ormada de La)lace e el m*todo má utilizado )ero en cierto cao erá mucho má coneniente realizar el análii )or medio de la re)reentaci&n de ariable de etado. Para obtener la -unci&n de tran-erencia del itema e neceario de-inir el ti)o de con-i!uraci&n de am)li-icador o)eracional a utilizare.
doreFo)eracionaleJam)li-icadoreF o)eracionale.html
()htt):JJQQQ.)ablin.com.arJelectronJcuroJintroao1 J5uee.html
(3)htt):JJcb.ehu.eJo)en_coure_QareJcatellanoJtec nicaJelectro_!enJteoriaJtemaF"Fteoria.)d-
(") htt):JJunicrom.comJut_2),m)Ro%neror.a) (5)htt):JJQQQ.electronica-acil.netJtutorialeJ,MPL%/ %C,2'FR2F%R0E'(2'.)h)
($)htt):JJQQQ.elai.u)m.eJQebanti!uaJ)ainJ,i!nat uraJ(eroJ,)unteJ4_Modelado.)d-
(*)htt):JJ)ce)erto.comJ>669J16JelFenorFdeF tem)eraturaFlm;H.html
(+)htt):JJQQQ.ecured.cuJinde.)h)JCircuito_inte!rad o_LM;>4