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Medidas II
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INTRODUCCION Un instrumento o medidor digital esta diseñado y construido en base a componentes electrónicos y circuitos digitales. Estos instrumentos utilizan como elemento principal
al circuito conversor analógico/digital (Circuitos ADC), que convierte la magnitud a medirse (expresada en voltaje continuo) en el código binario o digital equivalente. Estructuralmente, los instrumentos digitales presentan 3 bloques principales:
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Medidas II
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PROCESAMIENTO ANALOGICO ELECTRONICA ANALOGICA
Medidas II
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PROCESAMIENTO ANALOGICO EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Medidas II
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PROCESAMIENTO ANALOGICO EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL Características operativas
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PROCESAMIENTO ANALOGICO AMPLIFICADORES • A mplifi cador No Invers or. La señal Vi ingresa por la entrada no inversora (+), y la salida Vo es una señal amplificada no invertida.
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• A mplificador Invers or
La señal ingresa por la entrada inversora (-), y la salida Vo es una señal amplificada e invertida.
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PROCESAMIENTO ANALOGICO SIMULACIONES A mplificador No Invers or.
Medidas II
A mplificador I nvers or
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PROCESAMIENTO ANALOGICO CIRCUITOS ARITMETICOS •
Circuito sumador
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•
Circuito sustractor
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PROCESAMIENTO ANALOGICO CIRCUITOS ARITMETICOS •
Circuitos Multiplicadores
•
Construidos con Amp Op, (circuitos de 4 cuadrantes) que entregan en su salida un voltaje proporcional al producto de las señales de sus entradas A y B.
Medidas II
•
Existen multiplicadores en circuitos integrados, como el mostrado en la Fig.
•
Existen también, circuitos divisores, que en su salida entregan el cociente de las tensiones de entrada
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PROCESAMIENTO ANALOGICO SIMULACIONES CIRCUITOS MULTIPLICADORES
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PROCESAMIENTO ANALOGICO CIRCUITO INTEGRADOR Vo es proporcional a la integral de la tensión de entrada Va.
•
Si la tensión Va es de tipo DC, y de signo negativo, entonces la salida será: Vo f (Va)
•
(Va) RC
t
Va RC
t
Esta ecuación da lugar a una rampa lineal en la salida del integrador.
R2/R1, Ganancia de V 0 C permite aplanar V 0 R2 C, define tiempo de alcanz Vo Medidas II
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PROCESAMIENTO ANALOGICO SIMULACIONES Integrador de onda cuadrada
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Integrador de onda sinusoidal
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PROCESAMIENTO ANALOGICO CIRCUITO COMPARADOR Compara dos tensiones que ingresan por sus entradas, siendo una de ellas de referencia. La salida Vo es de tipo digital .
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PROCESAMIENTO ANALOGICO CIRCUITO DETECTOR DE CRUCE POR CERO •
Es un comparador que detecta, el momento que la señal de entrada analógica cambia de polaridad negativa a positiva. La salida Vo es una señal digital.
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PROCESAMIENTO ANALOGICO CIRCUITO SEGUIDOR DE TENSION •
La salida Vo es la misma tensión ó señal aplicada en la entrada. Tienen una alta impedancia de entrada, y una baja resistencia de salida, y son utilizados como acopladores de señal.
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PROCESAMIENTO ANALOGICO AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION Es un circuito integrado, compuesto por 3 Amplificadores Opercionales. Tienen características operativas cercanas al ideal, y adecuan óptimamente las señales analógicas de entrada hacia la salida.
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PROCESAMIENTO ANALOGICO EL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION Un amplificador de instrumentación ofrece las siguientes características:
Alta impedancia de entrada: 1.5 MΩ
Alto rechazo en modo común (CMRR)
Ganancia elevada y ajustable: 120 dB
Pequeño offset:
25 uV máx
Baja impedancia de salida:
< 100 Ω
Alta velocidad de respuesta: 2.8 V/us.
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PROCESAMIENTO ANALOGICO Simulaciones Comparador :
S eg uidor de tens ión
Comparador cruce por cero Medidas II
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PROCESAMIENTO ANALOGICO RECTIFICADORES DE PRECISION DE MEDIA ONDA. •
Rectificadores que eliminan el efecto de la tensión umbral de los diodos, y permiten la rectificación de señales con Vm menores a dicha tensión.
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INSTRUMENTOS BÁSICOS AC CONVERSOR AC/DC DE PRECISION •
Circuito convertidor AC a DC A la salida del rectificador de precisión se conecta un circuito RC como filtro que permite obtener una tensión continua (Vcc) de valor igual al valor máximo (Vm) de la señal rectificada.
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Simulaciones RECTIFICADOR DE PRECISION DE MEDIA ONDA
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PROCESAMIENTO ANALOGICO El Sensor Hall •
Dispositivo, basado en el fenómeno Hall, descubierto en 1879 por Edwin H. Hall, y consta de una oblea de semiconductor, por donde circula una corriente, y sometido a un campo magnético B.
Medidas II
•
El campo magnético B, produce una separación de los portadores de la corriente I, entre las caras del semiconductor, dando lugar a una diferencia de potencial ó voltaje Hall (V H ), entre dichas caras, proporcional al producto del campo magnético y la corriente.
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PROCESAMIENTO ANALOGICO El Sensor Hall •
El sensor Hall, es un dispositivo electrónico bastante utilizado en la instrumentación, cuya estructura básica se muestra en la Fig.
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ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES Aplicaciones del Sensor Hall •
El sensor Hall , se aplica en la medición de varias magnitudes eléctricas, al convertir estas en una intensidad de campo B.
• Así, una corriente que circula por un conductor arrollado en núcleo de ferrita, crea una intensidad de campo B, y este aplicado al sensor Hall, genera en su salida, un voltaje proporcional a la corriente. Medidas II
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ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES Multiplicador Hall •
Una de las aplicaciones del sensor Hall, es como circuito multiplicador de 2 variables, como tensión y corriente, utilizado en la construcción de vatímetros y medidores de energía.
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REPRESENTACION ANALOGICA Y DIGITAL DE MAGNITUDES •
Dentro de la tecnología de las mediciones eléctricas y otros campos, existen dos maneras básicas de representar el valor numérico de las cantidades o magnitudes: Analógica y digital
•
Representación analógica
•
Magnitudes analógicas, son aquellas que tienen un valor definido para todos los valores del tiempo, por consiguiente, su representación analógica es continua dentro un rango o periodo. La tensiones y corrientes alternas, así como continuas, son cantidades analógicas
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v(t) = Vm sen wt
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REPRESENTACION ANALOGICA Y DIGITAL DE MAGNITUDES •
Representación digital.
•
Una magnitud es de tipo digital, cuando tiene valores definidos solo para ciertos valores del tiempo, y se representan por valores discretos o saltos
•
Los valores de las magnitudes de tipo digital, son procesadas en el sistema de los números binarios de dos dígitos: 1 y 0.
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SISTEMAS DE NUMERACION • Dentro del contexto general de los sistemas digitales, los valores numéricos (decimal) de las magnitudes, pueden ser expresados mediante los siguientes sistemas de numeración: a) Números binarios b) Números octales c) Números Hexadecimales
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NUMEROS BINARIOS •
CONCEPTO:
Conteo:
Es aquel sistema de numeración que representa a los decimales mediante 2 símbolos (1 y 0). Es el sistema básico de la cuantificación digital, cuyas características principales son: •
Base
:
•
Valor decim :
2N
•
Símbolos
1, 0
:
2
Ej: 1012 = 1x22 + 0x21 + 1x20 = 510 Medidas II
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CODIGOS BINARIOS • CODIGO BINARIO DIRECTO
• CODIGO BCD:
Expresa un numero decimal en binario natural o directo:
Expresa cada digito de un numero decimal en binario de 4 bits:
Ejemplos:
Ejemplos:
•
12 = 1100
•
23 = 100111
•
12 = 0001 0010
•
234 = 11101010
•
23 = 0020 0011
•
Etc.
•
234 = 0000 0011 0100
•
Etc.
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NUMEROS OCTALES •
CONCEPTO:
• EQUVALENTE BINARIO:
Es aquel sistema que esta representado por los números decimales del 0 al 7. Sus características principales son: •
Base:
8
•
Valor decimal:
8N
•
Símbolos:
Para representar un octal en binario, expresar cada digito del octal mediante un binario de 3 bits: Ej:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
341 = 011 100 001 = 225 10
Ej: 341 = 3x82 + 4x81 + 1x80 = 22510
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NUMEROS HEXADECIMALES •
CONCEPTO:
• EQUVALENTE BINARIO:
Es aquel sistema que utiliza 16 símbolos alfanuméricos, y cuyas características principales son: •
Base:
16
•
Valor decimal:
16N
•
Símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
Para representar un Hexadecimal en binario, expresar cada digito del Hexadecimal mediante un binario de 4 bits: Ej: 2A6 = 0010 1010 0110
Ej: 2A6 = 2x162 + 8x161 + 5x160 = 67810
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= 67810
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ESTADOS ALTOS Y BAJOS •
En los sistemas digitales, se tienen 2 estados:
• ALTO = 1
y
BAJO = 0
•
Circuitalmente, los estados tienen su equivalente en niveles de voltaje, siendo estos:
•
BAJO = 0
:
De 0
• ALTO = 1
:
De 3,5 a
•
a 2 Voltios 5 Voltios
De 2 a 3,5 V, la respuesta del sistema digital es impredecible .
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UNIDADES BASICAS DE LOS CIRCUITOS DIGITALES •
Realizan las operaciones lógicas elementales como la suma, multiplicación, inversa, y otros. Internamente son circuitos en base a diodos, transistores, resistencias, etc, encapsulados en circuitos integrados ó CHIPS.
C ompuertas NOR
C ompuertas OR . Realizan la suma lógica de los estados aplicados a sus entradas.
Medidas II
es la negación del OR, y realizan la suma lógica invertida de los estados en sus entradas
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UNIDADES BASICAS DE LOS CIRCUITOS DIGITALES •
C ompuertas A ND
•
C ompuertas NA ND
•
Realizan la multiplicación lógica de los estados lógicos aplicadas a sus entradas
•
Es la negación del AND, y realizan la multiplicación lógica invertida de los estados aplicados a sus entradas
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UNIDADES BASICAS DE LOS CIRCUITOS DIGITALES •
C ompuerta NOT
•
•
Realiza la operación lógica de la inversión del estado aplicado a su entrada.
C ompuertas OR y NOR exclusivas
•
Realizan operaciones lógicas específicas.
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MODULOS DIGITALES •
Están constituidos por un conjunto de unidades lógicas integrados en un CHIP, y que cumplen función especifica en formato digital. Tienen varias entradas y salidas.
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•
Dentro de la tecnología digital existen una gran variedad de circuitos integrados o chips, tanto en la familia TTL como MOSFET.
•
En la instrumentación digital se utilizan algunos de estos circuitos módulos digitales:
•
Multiplexores
•
Contadores
•
Registros
•
Decodificadores
•
Etc.
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MODULOS DIGITALES •
Multiplexores
•
Modulo que conexiona una de sus entradas con la salida, de acuerdo al código binario aplicado en sus entradas de selección
Medidas II
Demultiplexores: Modulos digitales que realizan una función inversa a los multiplexores
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MODULOS DIGITALES • Multiplexor de 2 entradas : Tienen 2 entradas y una de selección
Medidas II
• Multiplexor de 8 entradas Tiene 3 entradas de selección y 8 entradas principales para “conectarlo” con la salida
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MODULOS DIGITALES •
Decodificadores BCD a 7segmentos Reciben en sus entradas binarios en BCD, y entregan 7 salidas que muestran el número decimal que corresponde al binario BCD de sus entradas.
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CONTADOR BCD •
Tiene la función de contar eventos o pulsos digitales que ingresan por su entrada CLK, y entrega en sus salidas secuencialmente del 0 al 9 en binario. En el décimo pulso produce un reset del conteo, volviendo a cero todos los bits, y empezando un nuevo conteo.
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Simulaciones CONTADOR BINARIO
Medidas II
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CONTADOR Y DECODIFICADOR •
Los contadores BCD generalmente trabajan en conjunto con un decodificador de 7 segmentos y un display, para mostrar objetivamente el conteo en números decimales.
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Simulaciones CONTADOR Y DECODIFICADOR
Medidas II
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CONTADORES BCD EN CASCADA •
Para lograr el conteo con números de varios dígitos los contadores BCD se conectan en cascada, de tal manera que se muestren las unidades, las decenas, las centenas, etc.
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REGISTROS DIGITALES •
Los registros están constituidos por varios módulos pequeños denominado flip flop tipo D.
•
Un flip flop tipo D, es aquel donde al aplicarse un pulso de transferencia en su entrada CLK, se produce un traslado del bit de entrada hacia la salida.
Medidas II
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REGISTROS DIGITALES •
Son módulos digitales que tienen la propiedad de transferir los datos de sus entradas hacia sus salidas y retenerlos en estos, hasta que sean reemplazados por otros datos.
•
La transferencia de los datos hacia la salida se realiza mediante un flanco TPP del pulso, aplicado a la entrada CLK del registro.
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TEMPORIZADOR MONOESTABLE •
Circuito digital, cuya salida Q normalmente en BAJO, pasa al estado ALTO por un tiempo tp , mediante un pulso aplicado en su entrada T. El tiempo tp, es fijado por los componentes externos R y C.
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