Amplificador de Instrumentacion y Comparadores Con Histeresis

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  • Instituto Politecnico Nacional

    Unidad Profesional Interdisciplinaria enIngeniera y Tecnologas Avanzadas

    Practica 2: Comparadores con histeresis y amplificadores deinstrumentacion.

    Sensores y acondicionadores de senal.

    Autores:Cesar Ernesto Lopez PerezMaxixcatzin Orizaga RamrezMiguel Guillermo Tapia NunezGrupo:2MM6

    Profesor:M. en C.David Arturo Gutierrez Begovich

    Fecha de realizacion: 13/09/2011Fecha de entrega: 20/09/2011

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    Indice

    1. Objetivos 4

    2. Introduccion 5

    3. Marco teorico 6

    4. Desarrollo 94.1. Ejercicio 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.2. Ejercicio 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3. Ejercicio 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    5. Resultados. 175.1. Ejercicio 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.2. Ejercicio 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3. Ejercicio 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

    6. Conclusiones y comentarios. 48

    7. Referencias bibliograficas. 50

    Sensores y acondicionadores de senal. 1 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Indice de figuras

    1. Ejemplo de un amplificador de instrumentacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82. Senal de entrada para el ejercicio 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93. Circuito detector no inversor de nivel con histeresis con matrcula TL084 . . . . . . . . . . . 94. Circuito detector no inversor de nivel con histeresis con matrcula TLC274 . . . . . . . . . . 105. Circuito detector inversor de nivel con histeresis con matrcula TL084 . . . . . . . . . . . . . 116. Amplificador de instrumentacion con matrcula TL084 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127. Amplificador de instrumentacion con matrcula LM324 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138. Amplificador de instrumentacion con matrcula AD620 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139. Amplificador de instrumentacion con matrcula TL084 y ganancia 100 . . . . . . . . . . . . . 1410. Amplificador de instrumentacion con matrcula LM324 y ganancia 100 . . . . . . . . . . . . 1411. Amplificador de instrumentacion con matrcula AD620 y ganancia 100 . . . . . . . . . . . . . 1512. Osciloscopio en modo V (t) para el ejercicio 1 con la matrcula TL084 . . . . . . . . . . . . . 1713. Uso de los cursores para verificar los cruces cuando vi = 4,5v y vi = 2v . . . . . . . . . . . . 1814. Osciloscopio en modo XY para el ejercicio 1 con la matrcula TL084 . . . . . . . . . . . . . . 1915. Osciloscopio en modo V (t) para el ejercicio 1 con la matrcula TLC274 . . . . . . . . . . . . 2016. Uso de los cursores para verificar los cruces cuando vi = 4,5v y vi = 2v . . . . . . . . . . . . 2117. Osciloscopio en modo XY para el ejercicio 1 con la matrcula TLC274 . . . . . . . . . . . . . 2218. Osciloscopio en modo V (t) para el ejercicio 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2319. Uso de los cursores para verificar los cruces cuando vi = 9,5v y vi = 8v . . . . . . . . . . . . 2420. Osciloscopio en modo XY para el ejercicio 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2521. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=500hz . . . 2622. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=1khz . . . 2723. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=10khz . . . 2824. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=50khz . . . 2925. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=500hz . . 3026. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=1khz . . . 3127. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=10khz . . 3228. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=50khz . . 3329. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=500hz . . 3430. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=1khz . . . 3531. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=10khz . . 3632. Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=50khz . . 3733. Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas TL084 para el circuito

    de la figura 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3934. Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas TL084 para el circuito

    de la figura 9, con una fuente de cd reemplazando al generador de funciones . . . . . . . . . 4035. Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas LM324 para el circuito

    de la figura 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4136. Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas TL084 para el circuito

    de la figura 9, con una fuente de cd reemplazando al generador de funciones . . . . . . . . . 4237. Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas AD620 para el circuito

    de la figura 11, con una fuente de cd reemplazando al generador de funciones . . . . . . . . . 43

    Sensores y acondicionadores de senal. 2 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    38. Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrcula AD620 para el circuitode la figura 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    39. Medicion reportada en nodo A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4540. Medicion reportada en nodo A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4641. Medicion reportada en nodo A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4642. Medicion reportada en nodo B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    Sensores y acondicionadores de senal. 3 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    1. Objetivos

    El alumno observara el comportamiento real de los detectores de nivel con histeresis

    El alumno observara el comportamiento real de los amplificadores de instrumentacion ya sea armadoso en circuito integrado. El alumno montara los circuitos propuestos sobre tablillas de prueba

    El alumno comparara los comportamientos teoricos, simulados y reales de los amplificadores opera-cionales

    El alumno reportara lo obtenido en los ejercicios de esta practica

    El alumno concluira sobre lo observado en los ejercicios de esta practica

    Sensores y acondicionadores de senal. 4 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    2. Introduccion

    Aplicaciones en los sensores y en el acondicionamiento de senales.

    Detectores de Nivel de Tension con Histeresis.

    Los detectores de Nivel de tension son comparadores, en este caso entre una tension de entrada y una tensionde referencia, son utiles para detectar las variaciones de tension en la senal suministrada entre un umbral quese desee, son usados para controlar sistemas de apagado-encendido como el de un termostato, un cargadorde bateras, etc. Pueden suministrar una retroalimentacion visual al incluir LEDs al diseno del circuito.

    Amplificador de Instrumentacion.

    Comunmente los sensores nos entregan senales de la orden de mili volts, que estan en presencia de senalesparasitas (comunmente conocidas como ruido) que pueden ser ocasionadas por otros componentes del cir-cuito como podra ser un motor, por la induccion de la frecuencia de la lnea de alimentacion (Normalmente50Hz 60Hz) o por una luz fluorescente, por lo que necesitamos un OPAMP que sea adecuado para filtrar elruido presente.

    El CMRR o relacion de rechazo de modo comun, especificado en Decibeles (Db), es la proporcion en que elOPAM en configuracion de amplificador diferencial rechaza el ruido que acompana a las senales de entrada,idealmente tendra que ser cero, pero en la practica no es as solo se obtienen valores muy cercanos, demanera que alguna pequena parte de la senal indeseada contribuira a la salida.

    Para el proposito del acondicionamiento de la senal se utilizan los siguientes circuitos amplificadores:

    El amplificador diferencial base, el amplificador con entrada diferencial y ganancia ajustable (este es unamejora referente al amplificador anterior) y la configuracion mas util por su precision y utilidad en el acondi-cionamiento senales es el circuito conocido como amplificador de instrumentacion que es la union de los doscircuitos, esta union elimina las desventajas de ambos.

    El amplificador de instrumentacion se coloca en la etapa de entrada de un instrumento electronico, se utilizapara aumentar la sensibilidad del circuito, por lo menos la primera etapa de un sistema de adquisicion dedatos cuenta con un amplificador de instrumentacion antes de mandar la senal a un convertidor A/D.

    El amplificador de instrumentacion es realmente util para trabajar con senales muy debiles por su altaimpedancia de entrada y su alto rechazo en modo comun, esto nos entrega medidas con un muy pequenomargen de error en un entorno hostil, por eso es comun encontrarlo en instrumental industrial (oscilosco-pio, medidor de intensidad de campo, voltmetros) y medico (electrocardiograma), en este ultimo ambito esinsustituible ya que una senal comprometida por una interferencia electromagnetica no podra ser mejoradapor un proceso digital.

    Es importante estudiar este diseno por que se pueden obtener valores aceptables de operacion por una frac-cion del costo de comprar un montaje especializado.

    En este circuito podemos utilizar una resistencia variable para fijar el CMRR, lo que implica mayores gastosen el diseno y aun as el ajuste no sera perfecto por lo que se considerara la utilizacion de componentes queya incluyan toda la etapa diferencial como el INA111.

    Sensores y acondicionadores de senal. 5 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    3. Marco teorico

    Detector no inversor de nivel de tension con histeresis.

    Las ecuaciones para determinar los valores anteriores y el valor de las resistencias son:

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    Detector inversor de nivel de tension con histeresis.

    Las ecuaciones para determinar los valores anteriores y el valor de las resistencias son:

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    amplificador de instrumentacion

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    Amplificador de instrumentacion.

    Esta hecho de tres amplificadores y 7 resistencias como se muestra a en la siguiente figura. Este amplificadoren si es la union de un amplificador aislado y un amplificador diferencial basico.

    Figura 1: Ejemplo de un amplificador de instrumentacion

    R es variable para aumentar el rechazo en modo comun. La ganancia se establece solo por la resistencia aR.

    A los amplificadores de instrumentacion se les requieren las siguientes caractersticas:

    1) Son amplificadores diferenciales con una ganancia diferencial precisa y estable, generalmente en el rangode 1 a 1000.

    2) Su ganancia diferencial se controlada mediante un unico elemento analogicos (potenciometro resistivo) odigital (conmutadores) lo que facilita su ajuste.

    3) Su ganancia en modo comun debe ser muy baja respecto de la ganancia diferencial, esto es, debe ofrecerun CMRR muy alto en todo el rango de frecuencia en que opera.

    4) Una impedancia muy alta para que su ganancia no se vea afectada por la impedancia de la fuente deentrada.

    5) Una impedancia de salida muy baja para que su ganancia no se vea afectada por la carga que se conectaa su salida.

    6) Bajo nivel de la tension de offset del amplificador y baja deriva en el tiempo y con la temperatura, a finde poder trabajar con senales de continua muy pequenas.

    7) Un ancho de banda ajustada a la que se necesita en el diseno.

    8) Un factor de ruido muy proximo a la unidad, Esto es, que no incremente el ruido.

    9) Una razon de rechazo al rizado a la fuente de alimentacion muy alto.

    Sensores y acondicionadores de senal. 8 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    4. Desarrollo

    4.1. Ejercicio 1

    Se tiene una senal de entrada como la que se muestra en la siguiente figura:

    Figura 2: Senal de entrada para el ejercicio 1

    Se desea que cuando la senal vi supere los 4.5v la salida sea V+sat, y que cuando vi sea menor que 2v la salida

    sea V sat.

    Este ejercicio fue realizado con 2 matrculas de op amp, la TL084 y la TLC274, el diagrama de los 2 circuitosse muestra en las siguientes imagenes:

    Figura 3: Circuito detector no inversor de nivel con histeresis con matrcula TL084

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    Figura 4: Circuito detector no inversor de nivel con histeresis con matrcula TLC274

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    4.2. Ejercicio 2

    Se tiene un cargador de bateras (de 9v), carga la batera cuando su tension es menor a 8v y deja de cargarlacuando su tension supera los 9.5v.Con un LED verde indique cuando la batera no se esta cargando y con un led rojo indique que la baterase esta cargando.

    Para este ejercicio se uso unicamente la matrcula TL084, el generador de funciones representa la carga ydescarga de la batera, estas se representaron con una senal triangular de 12vp con una tension de offset de6v. El circuito armado se ilustra en el siguiente diagrama:

    Figura 5: Circuito detector inversor de nivel con histeresis con matrcula TL084

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    4.3. Ejercicio 3

    Construya 2 amplificadores de instrumentacion utilizando el integrado TL084 y otro utilizando el LM324.Compre un AD620. Ajuste los 3 con ganancia 10 y con los 3 haga y reporte lo siguiente:

    Ponga las terminales en corto circuito y coloque en ellas una senal senoidal de 5vp, mida la salida usando lassiguientes frecuencias: 500hz, 1khz, 10khz, 50khz y reporte la relacion para cada frecuencia.

    #dB = 20 log (vopicovipico

    )

    Para la matrcula TL084, el diagrama del circuito armado se muestra a continuacion:

    Figura 6: Amplificador de instrumentacion con matrcula TL084

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    Para la matrcula LM324 el diagrama del circuito armado se muestra a continuacion:

    Figura 7: Amplificador de instrumentacion con matrcula LM324

    Para la matrcula AD620 el diagrama del circuito armado se muestra a continuacion:

    Figura 8: Amplificador de instrumentacion con matrcula AD620

    Sensores y acondicionadores de senal. 13 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Despues de armar los amplificadores de instrumentacion, estos se ajustaron con ganacia 100 y se conectaronde la siguiente manera:

    Figura 9: Amplificador de instrumentacion con matrcula TL084 y ganancia 100

    Sensores y acondicionadores de senal. 14 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    Figura 10: Amplificador de instrumentacion con matrcula LM324 y ganancia 100

    Figura 11: Amplificador de instrumentacion con matrcula AD620 y ganancia 100

    El valor resistivo que esta en azul es el que marca la ganancia del amplificador de instrumentacion, elgenerador de funciones se ajusto primero a una senal senoidal de 5vp a una frecuencia de 1hz, y posteriormentese ajusta a una tension continua de 5v.

    Vo es medido con el osciloscopio en ambos casos.

    VA y VB son medidos con un multmetro cuando la senal de entrada es continua.

    Posteriormente se realizaron comparaciones entre lo medido en Vo y la operacion: 100(VA VB).Los resultados obtenidos se muestran en la seccion Resultados.

    Sensores y acondicionadores de senal. 15 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    El ajuste de las ganancias por medio de las resistencias para los integrados TL084 y LM324 es calculado dela siguiente manera:

    Para A =10 y proponiendo R=10K:

    Para A =100 y proponiendo R=10K:

    Para el integrado AD620, los resistores internos R1 y R2 estan ajustados a un valor absoluto de 24.7 K, loque permite ajustar la ganancia con un solo resistor externo. La ecuacion para determinar la ganancia es lasiguiente:

    Para G=10:

    Para G=100:

    Sensores y acondicionadores de senal. 16 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    5. Resultados.

    5.1. Ejercicio 1

    Para el ejercicio 1 con la matrcula TL084 se obtuvieron las siguientes imagenes con el oscilo-scopio:

    Figura 12: Osciloscopio en modo V (t) para el ejercicio 1 con la matrcula TL084

    Usando los cursores del oscilocopio nos aseguramos de que VUT = 4,5v y que VLT = 2v:

    Sensores y acondicionadores de senal. 17 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 13: Uso de los cursores para verificar los cruces cuando vi = 4,5v y vi = 2v

    En modo XY el osciloscopio muestra:

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    Figura 14: Osciloscopio en modo XY para el ejercicio 1 con la matrcula TL084

    Sensores y acondicionadores de senal. 19 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    Con la matrcula TLC274 las imagenes obtenidas del oscilocopio se muestran a continuacion:

    Figura 15: Osciloscopio en modo V (t) para el ejercicio 1 con la matrcula TLC274

    Para el circuito de la figura (4) Vsat = 15v.

    Usando los cursores del oscilocopio nos aseguramos de que VUT = 4,5v y que VLT = 2v:

    Sensores y acondicionadores de senal. 20 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    Figura 16: Uso de los cursores para verificar los cruces cuando vi = 4,5v y vi = 2v

    En modo XY el osciloscopio muestra:

    Sensores y acondicionadores de senal. 21 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    Figura 17: Osciloscopio en modo XY para el ejercicio 1 con la matrcula TLC274

    Sensores y acondicionadores de senal. 22 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    5.2. Ejercicio 2

    Las imagenes obtenidas en el ejercicio 2 se muestran a continuacion:

    Figura 18: Osciloscopio en modo V (t) para el ejercicio 2

    Usando los cursores del oscilocopio nos aseguramos de que VUT = 9,5v y que VLT = 8v:

    Sensores y acondicionadores de senal. 23 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 19: Uso de los cursores para verificar los cruces cuando vi = 9,5v y vi = 8v

    En modo XY el osciloscopio muestra:

    Sensores y acondicionadores de senal. 24 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    Figura 20: Osciloscopio en modo XY para el ejercicio 2

    Sensores y acondicionadores de senal. 25 Practica 2:Comparadores con histeresis y

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    5.3. Ejercicio 3

    Para el ejercicio 3 se usaron 3 matrculas TL084, LM324, y la AD620, como se ilustro en la seccion, los resultados arrojados por el osciloscopio se muestran a continuacion.

    Matrcula TL084:

    Figura 21: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=500hz

    Sensores y acondicionadores de senal. 26 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 22: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=1khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 27 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 23: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=10khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 28 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 24: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula TL084, f=50khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 29 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Matrcula LM324:

    Para la matrcula LM324 fue necesario adicionarle a la senal de entrada una tension de offset de 5v, puesesta matrcula al no contar con alimentacion negativa, logra deformar la senal de entrada, por tanto esnecesario que nuestra senal vi no tenga valores menores a cero.

    Figura 25: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=500hz

    Sensores y acondicionadores de senal. 30 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 26: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=1khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 31 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 27: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=10khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 32 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 28: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula LM324, f=50khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 33 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Matrcula AD620:

    Figura 29: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=500hz

    Sensores y acondicionadores de senal. 34 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 30: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=1khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 35 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 31: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=10khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 36 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 32: Entrada y salida para el amplificador de isntrumentacion con matrcula AD620, f=50khz

    Sensores y acondicionadores de senal. 37 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Tablas comparativas de CMRR

    Vi Vo Frecuencia Matrcula CMRR5.05v 13mv 500hz TL084 -51.786dB5.05v 12mv 1Khz TL084 -52.482dB5.1v 13mv 10Khz TL084 -51.872dB5.05v 52mv 50Khz TL084 -45.766dB

    Vi Vo Frecuencia Matrcula CMRR5v 100mv 500hz LM324 -33.97dB5v 100mv 1Khz LM324 -33.97dB5.1v 400mv 10Khz LM324 -22.11dB5.1v 400mv 50Khz LM324 -22.11dB

    Vi Vo Frecuencia Matrcula CMRR5.1v 6mv 500hz AD620 58.58dB5.1v 9mv 1Khz AD620 -55.06dB5.1v 13.4mv 10Khz AD620 -51.60dB5.1v 55mv 50Khz AD620 -39.34dB

    Sensores y acondicionadores de senal. 38 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Para la segunda seccion del ejercicio 3 se obtuvieron las siguientes imagenes:

    Para la matrcula TL084, con una senal de entrada senoidal de 5vp a 1hz: La senal de entrada se aprecia en

    color amarillo y la senal de salida en azul, osciloscopio ajustado a 2v/div ambos canales:

    Figura 33: Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas TL084 para el circuitode la figura 9

    Para la matrcula TL084, con una senal de entrada de cd de 5v: La senal de entrada se aprecia en color azuk

    y la senal de salida en amarillo, osciloscopio ajustado a 2v/div ambos canales:

    Sensores y acondicionadores de senal. 39 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 34: Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas TL084 para el circuitode la figura 9, con una fuente de cd reemplazando al generador de funciones

    Sensores y acondicionadores de senal. 40 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Para la matrcula LM324, con una senal de entrada senoidal de 5vp a 1hz:

    La senal de entrada se aprecia en color azuk y la senal de salida en amarillo, esta se muestra recortada puesla matrcula LM324 no cuenta con alimentacion negativa, osciloscopio ajustado a 2v/div ambos canales:

    Figura 35: Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas LM324 para el circuitode la figura 10

    Para la matrcula LM324, con una senal de entrada de cd de 5v:

    Sensores y acondicionadores de senal. 41 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 36: Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas TL084 para el circuitode la figura 9, con una fuente de cd reemplazando al generador de funciones

    Para la matcula AD620, con una senal de entrada de cd de 5v:

    Sensores y acondicionadores de senal. 42 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 37: Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrculas AD620 para el circuitode la figura 11, con una fuente de cd reemplazando al generador de funciones

    Sensores y acondicionadores de senal. 43 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Para la matrcula AD620, con una senal de entrada senoidal de 5vp a 1khz: La senal de entrada se apreciaen color azuk y la senal de salida en amarillo, osciloscopio ajustado a 2v/div ambos canales:

    Figura 38: Entrada y salida para el amplificador de instrumentacion con matrcula AD620 para el circuitode la figura 11

    Sensores y acondicionadores de senal. 44 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Cuando la senal de entrada es una senal de cd de 5v, las mediciones realizadas en el nodo A y en el nodo Bpara los circuitos de las imagenes (9), (10) son respectivamente:

    Figura 39: Medicion reportada en nodo A

    Sensores y acondicionadores de senal. 45 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 40: Medicion reportada en nodo A

    Hacemos la operacion 100(VA-VB)=2v Comparamos con los resultados obtenidos para las matrculas TL084

    con Vo = 2,16v y LM324 con Vo = 2,72v. Cuando la senal de entrada es una senal de cd de 5v, las mediciones

    realizadas en el nodo A y en el nodo B para el circuito de las imagen (11) son respectivamente:

    Figura 41: Medicion reportada en nodo A

    Sensores y acondicionadores de senal. 46 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Figura 42: Medicion reportada en nodo B

    Hacemos la operacion 100(VA-VB)=3v Comparamos con los resultados obtenidos para la matrcula AD620

    con Vo=2.56v.

    Sensores y acondicionadores de senal. 47 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    6. Conclusiones y comentarios.

    Miguel Guillermo Tapia Nunez:

    En esta practica observamos la necesidad de mantener un valor adecuado de CMRR, notamos que de seras la contaminacion por ruido se mantena en un nivel muy bajo, porque la senales que se llegaban a notaren los amplificadores de instrumentacion eran de la orden de mili volts (120mV160mV ) que de acuerdoa los valores de las senales con los que trabajamos en esta practica estaban muy cerca de cero. La senal desalida ligeramente de mayor valor en el LM324 con respecto al TL084 fue un claro indicador de que esteultimo OPAMP es de calidad superior, pero este a su vez fue superado por el AD620 que entrego la senal desalida de menor nivel siendo la opcion mas adecuada si se requiere un amplificador de alta precision aunqueeste tiene la limitacion de tener un alto costo en comparacion con un circuito ensamblado en laboratorio.

    Al parecer las frecuencias elevadas (superiores a 50 kHz) estan fuera del alcance de las matriculas de OPAMPy del amplificador de instrumentacion AD620, ya que cuando las introducimos los valores que entregan losA.I. empiezan a elevarse llegando a 800mV volviendose bastante notable la introduccion de ruido.El segundo experimento fue muy ilustrativo para demostrar como un detector de nivel de tension puedefuncionar como interruptor de encendido-apagado si variamos la senal que le estamos entregando o si leconectamos un sensor y la manera sencilla en que otorga retroalimentacion visual mediante LEDs.

    Maxixcatzin Orizaga Ramrez:

    Con la realizacion de la practica de histeresis quedaron afirmados los conceptos vistos en clase, y el ejerciciodel cargador de bateras nos mostro de manera palpable una aplicacion del amplificador con histeresis parael monitores de tensiones, podemos decir que esta configuracion ya se comporta como un sensor (determinala tension en la batera sin afectarla y nos permite tomar una decision, carga o no carga).

    Para el amplificador de instrumentacion, pudimos observar las deficiencias que presenta un amplificador deinstrumentacion en comparacion con el que ya viene como un CI (AD620). Si bien la ganancia tambiense ajusta con una sola resistencia, cuando se arma con tres OP-AMPs es necesario tambien colocar unaresistencia variable de ajuste para el CMMR (Razon de rechazo en modo comun). Ademas aunque lasresistencias son de precision estas poseen una tolerancia lo cual no nos asegura la perfecta calibracion denuestro amplificador de instrumentacion, lo cual se ve reflejado al poner en corto las dos terminales de entrada(ambas con la misma senal) y a la salida observar tensiones superiores a las obtenidas con el amplificadorde instrumentacion integrado.

    Cesar Ernesto Lopez Perez:

    El uso de la histeresis en los detectores de nivel (inversores y no inversores) resulta de mucha utilidad,esto se demostro en el ejercicio 2 de esta practica con una detector inversor, en el ejercicio 1 se usaron2 matrculas para armar detectores no inversores de nivel (con histereisis), con las 2 matrculas (TL084 yTLC274) se otbtvieron buenos resultados, algo que debe comentarse es que el ejercicio se planteo con unaalimentacion de 9v, sin embargo en esta practica se considero que los op amps consumen un poco de latension de alimentacion, por tanto los amplificadores operacionales fueron alimentados con 12v y 15vrespectivamente, los valores de resistencia y sus tolerancias influyeron tambien en los resultados obtenidosen este ejercicio.

    En el ejercicio 2, como ya se haba mencionado se vio una aplicacion muy interesante de los detectores denivel (en este caso inversores) con histeresis, el tener 2 parametros (VUT y VLT ) nos ayuda en este caso amonitorear el estado de carga de una bateria.

    Sensores y acondicionadores de senal. 48 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    Para el ejercicio 3 es sencillo concluir que la mejor opcion entre los amplificadores de instrumentacion esel integrado AD620, sobre todo por rechazo en modo comun, y en parte por el ancho de banda (menor a50khz), , seguido por el AI armado con integrado TL084 siendo el peor de los tres el AI armado con elintegrado LM324. En todos los experimentos realizados se comprobo la finura con la que el amplificador deinstrumentacion trabaja, su estabilidad, ganancia ajustable, CMRR y demas caractersticas hacen pensarque sera una herramienta muy importante para trabajar con sensores y por supuesto en el acondicionamientode senales. A pesar de que los mejores resultados se obtuvieron con el integrado AD620, el integrado TL084probo ser muy confiable y economico, ademas de todo las mediciones aqui presentadas con esa matrculase realizaron en un PCB, lo que influyo en el buen funcionamiento de este integrado, para las proximaspracticas en donde se requiera el uso de un amplificador de instrumentacion muy seguramente usaremos elarmado con la matrcula TL084.

    Sensores y acondicionadores de senal. 49 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

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    7. Referencias bibliograficas.

    Referencias

    [1] Coughlin Robert F., Driscoll Frederick F. Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales,Prentice Hall, 1999, 5ta edicion.

    [2] Franco Sergio. DISENO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITIOS INTEGRA-DOS ANALOGICOS, McGRaw-Hill, 2005, 3era edicion.

    Sensores y acondicionadores de senal. 50 Practica 2:Comparadores con histeresis y

    amplificador de instrumentacion

    ObjetivosIntroduccinMarco tericoDesarrolloEjercicio 1Ejercicio 2Ejercicio 3

    Resultados.Ejercicio 1Ejercicio 2Ejercicio 3

    Conclusiones y comentarios.Referencias bibliogrficas.