acondicionar señal de sensores ii

Presentación 7

Presentación

Los objetivos de estas prácticas son: que el estudiante utilice algunos sensores; que inter-prete sus especificaciones; que diseñe acondicionadores de señal para realizar medidas específicasdesde una perspectiva de sistema; que interprete algunas de las especificaciones de los componentesempleados y sepa juzgar sobre su adecuación a la finalidad deseada; que resuelva problemas deinterferencias en el diseño de acondicionadores de señal; y que se ejercite en el arte de medircorrectamente empleando los instrumentos electrónicos ordinarios. A través del uso, también sefamiliarizará con los formatos de presentación de esquemas de las herramientas de diseño decircuitos impresos con ordenador.

Para cumplir estos objetivos se ha procurado que cada práctica se refiriera a un sensordistinto, que se empleara la mayor cantidad posible de componentes electrónicos con prestacionesdiferentes y, a la vez, que los circuitos a diseñar fueran también distintos. Obviamente, ladiversidad posible viene limitada por numerosos factores, principalmente económicos, pero tambiénrelativos al tiempo disponible y a las variables físicas que se puede tener al alcance para medir enun laboratorio docente de electrónica.

Todas las prácticas, salvo las dos primeras, que no se refieren al acondicionamiento deseñales, siguen un mismo esquema:

1 Presentación, donde se resume qué se va a hacer.2 Objetivos, que son los conocimientos específicos que se espera que obtenga el alumno.

Conviene observar que el objetivo no es que funcionen los circuitos, sino aprender oprofundizar en unos determinados conceptos.

3 Fundamentos teóricos, para situar cada práctica en el contexto de los sensores yacondicionadores de señal.

4 Circuito propuesto y su descripción, que constituye el núcleo de estudio para preparar lapráctica.

5 Cálculos, experiencias y mediciones, que son la primera parte del desarrollo experimental,y cuya realización es necesaria para cubrir todos los objetivos de la práctica.

6 Medidas y cuestiones complementarias, que permiten ampliar los conocimientos obtenidos.7 Preguntas de repaso, que sirven para autoverificar el aprendizaje obtenido.8 Bibliografía, para ampliar los temas planteados en el apartado de Fundamentos Teóricos. Es

complementaria y su consulta no es imprescindible para poder contestar las cuestionesplanteadas.

8 Sensores y acondicionadores de señal. Prácticas

Una hoja de respuestas permite organizar de forma sistemática la presentación de losresultados obtenidos. Se recomienda al estudiante que utilice un cuaderno de laboratorio donde vayaanotando todos los cálculos, explicaciones, razonamientos y resultados obtenidos. El desarrollo delas prácticas es mucho más ágil si el alumno ha leído previamente el contenido y ha realizado loscálculos indicados en cada práctica. Conviene dedicar las sesiones en el laboratorio a la utilizaciónde los recursos allí disponibles, y a los que no se tiene acceso fuera de los horarios establecidos. Elconexionado de los circuitos está disponible en un circuito impreso y las especificaciones de loscomponentes están recopiladas. Ambos se pueden conseguir a través de los autores.

Para el desarrollo de las prácticas se ha optado por una solución a mitad de camino entre lasdos extremas: plantear un problema de medida de una variable física, empleando un sensor concretopero dejando la solución totalmente abierta, o, por el contrario, plantear un circuito ya diseñado ylimitarse a analizar la validez de la solución y el funcionamiento de las diversas etapas del montaje.

La alternativa adoptada consiste en plantear el problema y el esquema de un circuito pararesolverlo, cuyo funcionamiento se describe con un cierto detalle, pero se pide al alumno que hagatodos los cálculos necesarios para encontrar el valor adecuado de los componentes, que analice lascaracterísticas de los componentes y sensores, para lo que se dispone de sus especificaciones, y quecritique la validez y las limitaciones de la solución propuesta. La práctica 8 tiene un carácter másabierto, pues sólo se plantea el problema a resolver y los circuitos a analizar, dejando libertad alalumno para que diseñe las interfaces necesarias.

Se presupone que el estudiante tiene los conocimientos necesarios sobre la utilización de losinstrumentos de laboratorio básicos y sobre el diseño, montaje y verificación de circuitos analógicosy digitales simples. El conjunto de las prácticas planteadas está previsto para cubrir un cuatrimestrede 15 semanas lectivas, con dos horas de laboratorio cada semana. La práctica 8 requiere,obviamente, más sesiones de laboratorio que las demás.

Barcelona, mayo de 1995 Los autores

9Presentación

Índice

1 Introducción al laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 Estudio experimental del modelo de un sistema de medida . . . . . . . . . . . . . . 25

3 Termómetro basado en un termistor linealizado y un pseudopuente resistivo . . . 31

4 Sensor de presión piezorresistivo y alarma activada por tiristor . . . . . . . . . . . 39

5 Célula de carga y amplificador de instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6 Sensor capacitivo angular y pseudopuente de alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

7 Bolómetro resistivo con demodulador coherente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8 Sensor inteligente para medidas ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

9 Sistema de telemedida con fibra óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

APÉNDICE: Sugerencias para la realización de estas prácticas . . . . . . . . . . . . . . . 105

11Presentación

Sensores empleados

- Sonda de temperatura 80T-150U (Fluke) basada en una unión p-n

- Termistor (NTC 2322 642 6472 de Philips)

- Sensor de presión piezorresistivo Eurosensor 20N005G, basado en puente completo degalgas semiconductoras en circuito integrado

- Manómetro de tubo Bourdon

- Célula de carga basada en puente completo de galgas extensométricas metálicas

- Condensador variable con un desplazamiento angular

- Sensor monolítico de presión (KP101A de Philips)

- Sensor monolítico de temperatura AD590J, que actúa como convertidortemperatura-corriente

- Sensor de humedad capacitivo (2322 691 90001 de Philips)

- Sistema de fibra óptica Honeywell SPX 4101 ó Thomas & Betts 92910

Componentes activos empleados

- CA 3140 Amplificador operacional con entrada MOSFET y salida bipolar, convelocidad de respuesta media

- CD 4053B Interruptor analógico triple SPDT - ICM 7555 Multivibrador de tecnología CMOS - LM311 Comparador de tensión con salida en colector abierto - LM358A Amplificador operacional bipolar doble que acepta alimentación simple - LM 723 Regulador de tensión ajustable con precisión media - MAX 666 Regulador de tensión conmutado CMOS - OP-07 Amplificador operacional bipolar con bajas derivas y offset - PIC16C71 Microcontrolador RISC, con CAD de 8 b y temporizador de 8 b - TL082 Amplificador operacional doble con entrada JFET - TIC106D SCR con puerta de alta sensibilidad - VN10KM Transistor MOSFET, canal p, baja RON

- 24C04 Memoria EEPROM de 512x8 b, con interfaz serie I C2

- 4N25 Optoacoplador de alto aislamiento con salida por fototransistor

Práctica 1. Introducción al laboratorio 1313

Práctica 1. Introducción al laboratorio

1 Presentación

Se introduce una metodología para determinar las características eléctricas de un puesto detrabajo en un laboratorio de electrónica, para valorar algunas prestaciones de los instrumentoselectrónicos disponibles, y para identificar y resolver los problemas de interferenciaselectromagnéticas en la utilización de dichos instrumentos.

2 Objetivos

Al acabar esta práctica, el estudiante será capaz de:

1 Clasificar la instalación de un puesto de trabajo para laboratorio de electrónica, de acuerdocon su protección y su susceptibilidad a las interferencias electromagnéticas.

2 Identificar las limitaciones de los instrumentos disponibles en el puesto de trabajo.

3 Reconocer la influencia que tiene la etapa frontal de los instrumentos de medida en sususceptibilidad a las interferencias electromagnéticas.

4 Identificar las distintas formas de acoplamiento de las interferencias electromagnéticas(resistivas, inductivas, capacitivas).

5 Valorar la influencia de los distintos tipos de cables en la magnitud del acoplamiento deinterferencias electromagnéticas.

3 Fundamentos teóricos

3.1 La instalación eléctrica en los laboratorios de electrónica

Los resultados de las medidas con instrumentos electrónicos dependen no sólo de lascaracterísticas de los propios instrumentos, sino también de la instalación eléctrica donde esténconectados y del entorno electromagnético en el que funcionen.

14 Sensores y acondicionadores de señal. Prácticas14

Todas las instalaciones eléctricas incorporan medidas de seguridad para prevenir el riesgode electrocución. Las consecuencias del paso de una corriente eléctrica por el cuerpo humanodependen de las características del propio cuerpo y de la intensidad, frecuencia y duración de lacorriente, y pueden ser mortales [1]. Por ello, aparte de las protecciones en la instalación, esobligatorio que los aparatos eléctricos dispongan de aislamientos para prevenir los contactos con suspartes activas.

En las instalaciones eléctricas, se denominan masas las partes metálicas normalmenteaisladas de las partes activas. Para prevenir los contactos eléctricos con masas que accidentalmenteestén puestas bajo tensión, en las instalaciones de baja tensión (< 250 V) se emplean dos tiposprincipales de medidas de protección: puesta a tierra de las masas, asociada a un dispositivo decorte automático (normalmente por intensidad de defecto), y separación de circuitos.

La puesta a tierra del neutro de las instalaciones eléctricas es obligatoria [2]. Cuando todaslas masas de una misma instalación están unidas a la misma toma de tierra, si una de dichas masasalcanza un potencial alto, circulará por la instalación una corriente elevada, capaz de activar undispositivo de corte (interruptor de máxima -magnetotérmico-, cortacircuito fusible, o interruptordiferencial). Los interruptores diferenciales son particularmente eficaces por cuanto interrumpen elcircuito eléctrico a la carga cuando la diferencia de corriente entre los dos conductores activos(presumiblemente debido a una fuga a tierra) excede de un valor predeterminado que es inferior alnecesario para activar los interruptores de sobrecorriente (térmico -para sobrecarga- yelectromagnético -para sobreintensidad alta-).

La separación de circuitos consiste en separar el circuito de utilización del de alimentación,normalmente mediante un transformador de aislamiento. Todos los conductores del circuito dealimentación, incluido el neutro, quedan así aislados de tierra. Entonces las masas son flotantesrespecto a tierra, de forma que en los posibles circuitos de defecto (alimentación-contacto-cuerpohumano-tierra), hay una impedancia serie muy grande [1].

Según la forma en que logran su seguridad, los aparatos eléctricos alimentados a bajatensión pueden ser de clase 0, clase 0I, clase I, clase II o clase III [3]. Los aparatos de clase 0basan su protección simplemente en el aislamiento funcional. No tienen dispositivos que permitanunir las partes metálicas accesibles, si existen, a un conductor de protección. Van marcados comoclase 0 o sin indicación. Los aparatos de clase 0I tienen un aislamiento funcional, por lo menos, unborne de tierra conectado a todas sus partes metálicas accesibles y un cable flexible de alimentaciónque no lleva conductor de protección, fijado permanentemente al aparato.

Los aparatos de clase I, además de tener un aislamiento funcional como mínimo, llevan losdispositivos para conectar sus partes metálicas accesibles a un conductor de protección (amarillo-verde). Van marcados como "clase I" o con el símbolo de puesta a tierra.

Los aparatos de clase II tienen un aislamiento doble o reforzado, y no llevan dispositivosque permitan unir las partes metálicas accesibles, si existen, con un conductor de protección. Vanmarcados como "clase II" o con un símbolo consistente en dos cuadrados concéntricos. Losaparatos de clase II, con cubierta metálica accesible, pueden tener un dispositivo para conectarlos aun conductor de equipotencialidad, si la norma particular pertinente lo permite.


Los aparatos de clase III van alimentados a tensión inferior a 50 V, sin que internamente segeneren tensiones mayores; van marcados como "clase III" o con el valor de la tensión nominal dealimentación que requieren. Los aparatos alimentados a baterías forman un grupo aparte, por cuantola corriente continua es mucho menos peligrosa que la corriente alterna.

3.2 Interferencias en los instrumentos de medida

En los instrumentos de medida, la etapa de entrada puede ser unipolar o diferencial y, enambos casos, puede tener un terminal conectado a masa o puede ser flotante [4]. Por lo tanto, susresultados pueden depender de las características eléctricas de la instalación donde estén conectados.En particular, las corrientes de fugas que circulan por el conductor de protección de la instalaciónpueden derivar hacia el circuito de medida, con lo que producen una interferencia que se denominaresistiva, conducida o por impedancia común. Las interferencias que se acoplan a través decapacidades parásitas entre conductores, se denominan capacitivas o eléctricas. Las interferenciasque se acoplan a través de la inductancia mutua entre circuitos se denominan inductivas omagnéticas.

Para tener una interferencia capacitiva basta que haya un conductor a un potencial variable.Este potencial producirá corrientes de desplazamiento a través de las capacidades parásitas. Lainterferencia resultante en el circuito víctima será tanto más grave cuanto más alta sea la impedanciaque presente.

Para tener una interferencia inductiva debe circular una corriente variable por el circuitofuente de la interferencia. Esta corriente producirá un flujo magnético variable que inducirá unatensión en cualquier circuito cerrado que atraviese, con independencia de cuál sea la impedancia quepresente dicho circuito.

3.3 Ventajas relativas y limitaciones de los instrumentos

Todos los instrumentos de medida y de generación de señales tienen limitado su margen deamplitudes y de frecuencias. Por arriba, las amplitudes vienen limitadas cuando menos por larigidez dieléctrica y el calentamiento de los materiales empleados en su construcción, y también porla posibilidad de saturaciones y otras no linealidades. Por abajo, las amplitudes vienen limitadas porel ruido e interferencias presentes. Los instrumentos de alta sensibilidad (analizadores de espectro,por ejemplo) tienen muy limitada la potencia máxima admisible a su entrada.

La frecuencia de las señales aceptables en los circuitos electrónicos vienen limitadas enúltimo extremo por las capacidades parásitas. Pero antes de alcanzar estos límites, las característicasde los instrumentos suelen degradarse rápidamente, de manera que el fabricante especifica unmargen de frecuencias de utilización, en el que garantiza la exactitud y demás características. Parafacilitar la medida de magnitudes continuas y de señales alternas superpuestas a señales continuas,los osciloscopios y multímetros tienen bandas de medida separadas (continua/alterna), pero mientraslos osciloscopios permiten medir señales de baja frecuencia, los multímetros no.


Una ventaja de los multímetros digitales es su elevada capacidad de rechazar lasinterferencias en modo serie (SMRR) cuya frecuencia sea la de la red o armónicas, al medirmagnitudes continuas. Esta ventaja se debe al empleo de convertidores A/D integradores. Comocontrapartida, estos convertidores son lentos, de manera que para medir magnitudes alternasprimero se convierten estas en magnitudes continuas, que luego se llevan al convertidor. Por estarazón, la capacidad de rechazar interferencias en modo serie al medir magnitudes alternas es nula.Hay que recordar, además, que la impedancia de entrada del MMD al medir tensión es muy elevaday que, en cambio, la impedancia de entrada al medir corriente es baja, y suele cambiar de una a otraescala de medida. Una misma interferencia externa tendrá, por tanto, distintas consecuencias segúnque el multímetro esté dispuesto para medir tensión o corriente.

La fuente de alimentación produce a veces interferencias conducidas. Idealmente laimpedancia de salida de la fuente debiera ser nula. En la práctica, no sólo no es nula sino queaumenta a alta frecuencia. Si el limitador de corriente interno de la fuente entra en funcionamiento,este aumento es aún más notable. Sucede entonces que si el consumo de un circuito va cambiandocon el tiempo, todos los circuitos conectados a las mismas líneas de alimentación experimentanfluctuaciones en sus tensiones de alimentación. Algunos circuitos son muy susceptibles a dichasfluctuaciones, tanto más cuanto mayor sea la frecuencia de éstas y mayor sea el ancho de banda delcircuito que las sufre.

4 Experiencias y mediciones

4.1 La instalación eléctrica del puesto de trabajo

Para determinar si la instalación está protegida mediante conexión a tierra de las masasmetálicas o por contra hay un transformador de aislamiento, se puede medir la diferencia depotencial entre cada uno de los conductores activos de la instalación (fase y neutro) y el conductorde protección (toma de tierra). Para efectuar esta medida, hay que emplear un voltímetro conentrada flotante, es decir, que no tenga puesto a tierra ninguno de sus dos terminales de entrada, ymedir con la función V .AC

Si un voltímetro está alimentado a baterías o es de clase II, su entrada es flotante. Si es declase I, se puede saber si la entrada es flotante mirando si en su panel frontal hay una indicación dela tensión máxima permitida entre el terminal de entrada "bajo" y tierra. Habitualmente es de 500V. En caso de duda, se debe consultar en el manual del voltímetro cuál es la tensión de modocomún admisible a la entrada.

Si las dos medidas de tensión entre conductores activos y tierra dan resultados similares,hay un transformador de aislamiento o bien es una instalación con dos fases. Si el potencial de unode los dos conductores es muy pequeño, se trata del neutro, que está puesto a tierra.

Cuestión 1.1 ¿Cuáles son las tensiones entre cada conductor activo y la toma de tierra del puestode trabajo?

- Comprobar si, en la disposición del conexionado de las bases de alimentación, la posiciónrelativa de los conductores activos es siempre la misma.


- Comprobar si la estructura metálica de la mesa, la pantalla metálica de los fluorescentes ylas cubiertas metálicas de los instrumentos están puestas a tierra. Recordar que la mayorparte de las pinturas son buenos aislantes eléctricos. Por lo tanto, para hacer buen contactoeléctrico con la mesa hay que tocar un tornillo o el contorno de algún agujero que dejeexpuesto el metal.

Determinar, inspeccionando la instalación del puesto de trabajo, si hay interruptores deprotección y de qué tipo son.

Cuestión 1.2 ¿Cuál es la corriente nominal de los interruptores automáticos del puesto de trabajo?

Por inspección visual, medición o consultando el manual, si es necesario, determinar lascaracterísticas de protección del osciloscopio (OSC), del multímetro digital (MMD), del generadorde funciones (GF) y de la fuente de alimentación (FA), determinando de qué clase es cada uno deellos.

Cuestión 1.3 ¿De qué clase respectiva (I, II) son cada uno de los instrumentos disponibles?

Análogamente, determinar si la entrada del OSC y MMD o la salida del GF y FA sonflotantes o están puestas a tierra, y si son unipolares o diferenciales.

Cuestión 1.4 ¿Qué tipo de entrada o salida (unipolar a masa, unipolar flotante, diferencial amasa, diferencial flotante), tiene cada uno de los instrumentos disponibles?

4.2 El multímetro digital

Una limitación grave de los multímetros digitales es que sólo pueden medir magnitudesalternas en un margen de frecuencias reducido.

- Consultando las especificaciones del multímetro disponible, determinar su banda defrecuencias de medida en alterna.

Para verificar la respuesta del MMD a tensiones de distinta frecuencia cuando está en modoAC, se puede conectar la salida del GF simultáneamente al MMD y al OSC. El OSC permite medirla frecuencia aproximada de la salida del GF y comprobar que al cambiar la frecuencia no cambia laamplitud de la salida.

Cuestión 2.1 ¿Cuál es lectura del MMD en modo AC al medir tensiones alternas deaproximadamente 1 V y frecuencia 10 Hz, 1 kHz, 10 kHz y 1 MHz?

La diferencia en el comportamiento de los multímetros frente a magnitudes continuas yalternas, y su diferente impedancia de entrada según midan tensión o corriente (y en este caso,según la escala), se puede aprovechar para identificar y valorar cualitativamente algunasinterferencias eléctricas y magnéticas presentes en el entorno de medida. Para ello se proponemedir: tensión continua, tensión alterna, corriente continua y corriente alterna, en las distintas


escalas disponibles, y en las siguientes condiciones:

A Con la entrada cortocircuitada con un cable muy corto (disponible en el laboratorio)

B Con la entrada al aire y sin ningún cable conectado

C Conectando un cable al terminal de entrada alto y dejándolo plano sobre la mesa

D Conectando un cable al terminal de entrada bajo y dejándolo sobre la mesa

E Conectando un cable a cada terminal de entrada y dejándolos planos sobre la mesa yaproximadamente paralelos. Observar el efecto de la separación entre cables

F Igual que en el caso anterior, pero conectando entre sí los extremos lejanos de los cablesObservar si cambia la lectura al cambiar el área abarcada por los cables. Observar si cambiala lectura al añadir una resistencia en serie de 1 kS.

Cuestión 2.2 ¿En qué caso (V /V /I /I , escala baja/escala alta) es más grave la interferenciaAC DC AC DC

capacitiva?

4.3 El osciloscopio

Una limitación del osciloscopio, comparado con el multímetro digital, es que su resistenciade entrada en continua es de sólo 1 MS. En alterna, la presencia de una capacidad de entradareduce aún más la impedancia. Esta reducción es mayor si las señales a medir se conectan mediantecables coaxiales, por ejemplo para evitar las interferencias capacitivas, puesto que dichos cablespresentan una capacidad apreciable. Para aumentar la impedancia a costa de la resolución, seemplean sondas divisoras. No obstante, éstas son plenamente efectivas sólo a frecuenciasrelativamente bajas.

Empleando la señal ofrecida por el propio OSC, compensar una sonda divisora 10:1. [En ellaboratorio se dispone de sondas de este tipo]. Conectar luego al OSC una señal cuadrada de 1 kHzdel GF mediante la sonda y ajustar la compensación si hace falta. Cambiar la frecuencia del GF a 1MHz, y modificar el ajuste, intentando compensar de nuevo la sonda. La limitación del modelosimple en el que se basa la compensación de la sonda, queda patente.

Cuestión 3.1 ¿Cuál es la impedancia de entrada teórica aproximada que presenta la sondaconectada al osciloscopio cuando está compensada?

Aunque en continua y a frecuencias medias el OSC no permite hacer medidas tan precisascomo el MMD, en cambio tiene la ventaja de que permite observar las formas de onda. De estemodo puede ayudar a identificar algunas interferencias.


Una situación en la que es habitual tener interferencias resistivas es cuando se conecta unaseñal unipolar puesta a tierra a un instrumento cuya entrada sea unipolar y esté puesta también atierra, pero en un punto distinto, de tal manera que haya una diferencia de potencial entre tomas detierra.

- Comprobar si en el puesto de trabajo se producen interferencias resistivas. Para ello,conectar la salida del GF al OSC, y el terminal de referencia del GF a tierra. Para estaúltima conexión, probar distintos puntos conectados a tierra, accesibles en el puesto detrabajo.

Para identificar fácilmente la presencia de interferencias capacitivas, basta tocar con undedo el terminal de entrada "alto" del osciloscopio. Seleccionar como señal de barrido la de red(LINE).

- Observar en la pantalla del osciloscopio cómo cambia la interferencia al cambiar la posiciónde los brazos, y del cuerpo en general. Comprobar el efecto que tiene la proximidad delcuerpo a tierra (levantar los pies, tocar con una mano el terminal de puesta a tierra de losenchufes, etc.).

Si se conecta ahora un cable coaxial a la entrada del OSC, con los otros terminales encircuito abierto, también se capta una interferencia por acoplamiento capacitivo. Si estainterferencia cambia cuando se toca con la mano la cubierta aislante del cable, puede ser síntoma deque la malla interna es poco espesa.

- Observar cómo cambia la interferencia si al terminal alto del cable coaxial se le conecta uncable no apantallado.

El efecto del apantallamiento eléctrico (malla metálica conectada a masa) para reducir lasinterferencias capacitivas debe haber quedado claro.

La identificación de interferencias inductivas es difícil por cuanto sería necesario tener unapantallamiento eléctrico perfecto que permitiera descartar la presencia de acoplamiento capacitivo.Si se tiene control de la posible fuente de interferencia, es posible identificar como inductivasaquellas interferencias que desaparecen cuando no circula corriente por dicho circuito. No es estenuestro caso respecto a las interferencias de red.

Para estimar las interferencias producidas por cada uno de los instrumentos del puesto detrabajo, se puede conectar en los extremos de un cable coaxial un bucle formado por un conductorno apantallado, y conectar el cable al OSC. Al ir desplazando el bucle alrededor de los instrumentosdel puesto de trabajo, procurando mantener el área constante, se puede apreciar cómo cambia lainterferencia. Algunos instrumentos tienen cubierta metálica. Otros la tienen de plástico.

Cuestión 3.2 ¿Qué instrumentos del puesto de trabajo producen una interferencia mayor, los decubierta metálica o los de cubierta de plástico?


4.4 La fuente de alimentación

Las fuentes de alimentación pueden producir problemas inadvertidos al conectarlas ydesconectarlas. Empleando un osciloscopio con alta persistencia, se puede apreciar que al conectaralgunas fuentes de alimentación la tensión de salida alcanza momentáneamente valores mucho másaltos que el seleccionado. Al desconectar una fuente de alimentación, el condensador (de valorelevado) que hay entre los terminales de salida se va descargando lentamente, de modo que ladesconexión de la fuente no conlleva la interrupción inmediata de la alimentación.

Cuestión 4.1 ¿Cuánto tiempo tarda aproximadamente en alcanzar 0 V la tensión de salida de lafuente de 15 V? ¿Y la de 5 V? Para hacer esta medida, emplear el modo de disparoautomático (AT) y disponer el tiempo de retención (Hold Off) en su valor mínimo.

Para facilitar el desarrollo de circuitos electrónicos, el terminal de referencia de las fuentesde alimentación no suele estar puesto a tierra. Para la puesta a tierra se ofrece un terminal adicional.Todo esto es posible porque la fuente lleva un transformador interno que aisla las tensionesobtenidas de la tensión de red. Pero este transformador tiene inevitablemente limitado (poracoplamiento capacitivo) su aislamiento entre primario y secundario. Como resultado, entre elterminal de referencia y el de puesta a tierra hay una caída de tensión de frecuencia de red, quepuede variar de unas a otras fuentes, incluso del mismo modelo.

Cuestión 4.2 ¿Cuál es la diferencia de potencial entre cada terminal de referencia y el de toma detierra de la fuente disponible?

- Comprobar si en las salidas de tensión ajustable se producen picos de valor alto al poner enmarcha la fuente.

5 Medidas y cuestiones complementarias

Cuestión C1 En una instalación eléctrica sin puesta a tierra, ¿tiene alguna utilidad un interruptordiferencial?

En algunos recintos iluminados con tubos fluorescentes, se observa a veces que lainterferencia debida a los tubos no desaparece cuando se apagan éstos. En estos casos, si se puededejar el recinto a oscuras, se observa que a pesar de haber apagado el tubo hay unas pequeñasdescargas, que son la fuente de las interferencias observadas. Esto es debido a que el interruptor detubo está cableado de tal forma que interrumpe el neutro, pero no la fase. Como el tubo estáacoplado capacitivamente a tierra, la diferencia de potencial entre la fase y tierra provoca lasdescargas parásitas.

Algunos multímetros digitales tienen cubierta de plástico y, sin embargo, incluyen unconductor de protección en su cable de alimentación. Si se desmonta el instrumento se apreciaentonces que el conductor de protección se aprovecha para conectar a tierra algún blindaje interno.


El resultado de la desconexión de dichos blindajes puede observarse a veces a base de conectar elMMD mediante un adaptador de red que no tenga toma de tierra, y viendo cómo fluctúa la lecturaal medir tensión alterna con los terminales de entrada unidos por un conductor muy corto.

Además de un SMRR elevado al medir en continua, los multímetros digitales con entradaflotante tienen un CMRR, que se reduce al aumentar la frecuencia.

Cuestión C2 ¿Cuál es el módulo del CMRR del MMD del puesto de trabajo, en modo AC, a 50Hz, si es flotante? ¿Cuál es el módulo del CMRR a 20 kHz?

Medir el SMRR a 50 Hz con el MMD en modo DC.

Cuestión C3 Teniendo en cuenta el SMRR, ¿cuál es el rechazo total de una interferencia demodo común de 50 Hz cuando se miden tensiones continuas? A este rechazo total sele suele denominar CMRR efectivo.

Los osciloscopios en general tienen entradas unipolares puestas a tierra. Pero en losmodelos con más de un canal vertical, en los que se permite medir y presentar en pantalla ladiferencia entre dos canales, es posible hacer medidas en señales diferenciales. Para ello hay quecomprobar primero que la ganancia de cada canal vertical es la misma, y en caso contrarioajustarla. Conectar luego un terminal de la señal a cada uno de dos canales verticales. En algunososciloscopios antiguos, el CMRR obtenido es bastante limitado, incluso en el caso de emplearsondas divisoras.

Cuestión C4 ¿Cuál es el módulo, o su cota inferior, del CMRR del osciloscopio al hacer medidasdiferenciales a 50 Hz y 20 kHz, si no se emplean sondas divisoras? Considerar queel grosor del trazo del osciloscopio es 0,5 mm.

Si el acoplamiento entre el cuerpo del usuario y la red se modela mediante doscondensadores (cuerpo-fase y cuerpo-tierra), es posible determinar dichos condensadores mediantedos medidas. Por ejemplo, observando en pantalla del OSC la interferencia cuando se toca la puntade una sonda divisora 10:1 y cuando se toca la misma punta pero con la sonda dispuesta en laposición donde no atenúa (1:1).

Cuestión C5 ¿Cuál es la expresión analítica de las capacidades de acoplamiento en el modeloanterior, en función de las dos lecturas de tensión V y V ?1 2

Los dieléctricos empleados en algunos cables coaxiales tienen propiedades piezoeléctricas.Es decir, se generan en ellos cargas eléctricas si se les somete a un esfuerzo. Dado que en un cablecoaxial hay un conductor interno y una malla en contacto con el dieléctrico, es posible recogerdichas cargas. Si se llevan a una impedancia suficientemente alta, por ejemplo la resistencia deentrada de un OSC, es posible detectar la caída de tensión que la circulación de dichas cargasproduce en la resistencia.

Para valorar las propiedades piezoeléctricas de un cable coaxial, preferiblemente conconectores BNC en cada extremo, conectarlo al OSC y moverlo bruscamente, sin llegar a afectar alcontacto de entrada al OSC. Observar la señal en pantalla cuando se emplean diferentes tipos decable.


Describir un método que permita medir la impedancia de entrada de una sonda divisora10:1 ajustada, y aplicarlo experimentalmente.

Cuestión C6 ¿Cuál es la impedancia de entrada medida?

En circuitos de precisión, el rizado de la tensión "continua" ofrecida por las fuentes dealimentación puede ser inaceptable, no tanto por su efecto en componentes activos, sino porque aveces se emplea inadvertidamente la salida de la fuente como si fuese estrictamente constante. Paramedir el rizado, basta emplear el osciloscopio, acoplado en alterna, o un voltímetro de altasensibilidad y gran ancho de banda. Si la resolución del osciloscopio es insuficiente, precederlo deuna amplificador de alta ganancia acoplado en alterna.

Cuestión C7 ¿Cuál es el rizado, expresado en milivoltios de pico a pico, de cada una de lastensiones de salida que ofrece la fuente de alimentación del puesto de trabajo?

6 Preguntas de repaso

6.1 ¿Cuáles son las dos formas habituales de prevención del riesgo de electrocución eninstalaciones eléctricas de baja tensión?

6.2 Si una instalación eléctrica está protegida mediante transformador de aislamiento, ¿hay queconectar a tierra las masa metálicas?

6.3 Un instrumento con partes metálicas accesibles que no están puesta a tierra, ¿puede ser declase II?

6.4 Las interferencias capacitivas, ¿son más graves cuando la impedancia que presenta elcircuito víctima es alta o cuando es baja?

6.5 Si en un multímetro digital que tiene un cable conectado a cada terminal de entrada, seobserva que en la disposición para medir corriente alterna la lectura aumenta al cambiar alas escalas de las corrientes más pequeñas, ¿qué clase de interferencia(resistiva/capacitiva/inductiva) hay?

6.6 Para medir una tensión de unos 5 Hz, ¿cuál de los siguientes instrumentos y modos es elmás adecuado: multímetro digital/osciloscopio; continua/alterna?

6.7 Si un osciloscopio tiene una capacidad de entrada C y se le conecta una sonda coaxial cuyoe

cable tiene una capacidad C , ¿cuál es aproximadamente la capacidad que presenta elc

conjunto sonda-osciloscopio cuando la sonda está compensada?

6.8 Si se encierra un circuito dentro de una envolvente metálica y esta no se conecta al potencialde referencia de dicho circuito, ¿la interferencia disminuye o aumenta?

6.9 En una fuente de alimentación, la impedancia de salida a alta frecuencia, ¿espredominantemente resistiva, inductiva o capacitiva?


7 Bibliografía

[1] R. Pallás Areny. Seguridad eléctrica y frente a las radiaciones. Capítulo 15 de: Introducción ala bioingeniería. Libros Serie Mundo Electrónico. Barcelona: Marcombo, 1988.

[2] Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. Ministerio de Industria y Energía.

[3] Norma UNE 20 314. Aparatos eléctricos a baja tensión. Reglas de seguridad. Protección contralos choques eléctricos.

[4] R. Pallás Areny. Instrumentación electrónica básica. Cap. 7: Interferencias en las medidas.Barcelona: Marcombo, 1987.

Práctica 2. Estudio experimental del modelo de un sistema de medida 2525

Práctica 2. Estudio experimental del modelo de un sistema de medida

1 Presentación

Se estudia la respuesta dinámica de un sonda de temperatura a la que se aplica una entradaen escalón. La salida es en forma de tensión que se mide con un osciloscopio de memoria. Latemperatura a medir se genera con un refrigerador Peltier.

2 Objetivos


1 Determinar experimentalmente la respuesta dinámica de un sensor de temperatura

2 Aplicar los recursos que ofrecen los osciloscopios para poder medir tiempos de subida y decaída

3 Reconocer las principales ventajas y limitaciones de los refrigeradores Peltier

4 Comprender la importancia de las constantes de tiempo térmicas en los sistemas de medidade temperatura y en los disipadores de calor


3.1 Modelo dinámico de un sensor de temperatura

Para facilitar el estudio de los sistemas de medida, se suelen considerar por separado lascaracterísticas estáticas y las características dinámicas [1]. El comportamiento dinámico se describemediante una ecuación diferencial, que en la mayoría de los casos es lineal y de coeficientesconstantes. Para los sensores, suelen ser suficientes los modelos con ecuaciones de primer ysegundo orden.


Para obtener las características dinámicas de un sensor basta analizar su respuesta cuando asu entrada se aplican cambios transitorios o periódicos predeterminados. La elección de uno u otrotipo de estímulo depende de la magnitud de que se trate. En el caso de la temperatura, por ejemplo,es más fácil producir un cambio brusco, asimilable a un escalón, que una variación senoidal.

El sensor de temperatura a caracterizar es la sonda 80T-150U de Fluke, que está basada enuna unión p-n puesta en estrecho contacto térmico con la punta de la sonda [2]. Para medir unatemperatura basta tocar con la punta el objeto o medio a medir, manteniendo la sonda perpendicularal objeto. Junto con la sonda se dispone de un módulo que convierte la temperatura en una tensión,con lo que se ofrece una sensibilidad de 1 mV/EC. Este módulo va alimentado por una bateríainterna de 9 V. El objeto a medir debe estar a una tensión inferior a 350 V. En los anexos seincluyen las especificaciones completas.

La presencia de un recubrimiento para proteger el sensor primario y la propia masa físicade éste hacen que, al poner en contacto la sonda con el objeto a medir, transcurra un tiempo antesde que la sonda alcance la temperatura del objeto. Este comportamiento se puede describir medianteuna función de transferencia de primer o segundo orden, sobreamortiguada. Para describirla sepuede analizar la respuesta a un cambio brusco de temperatura. Por ejemplo, poniendo la sonda encontacto con una superficie más fría o más caliente que el ambiente donde estaba antes.

Muchos osciloscopios tienen, en su retícula, unas líneas punteadas que indican los nivelesdel 10% y 90% de una señal que ocupe sus 6 divisiones verticales centrales. (Se evitan las dosdivisiones extremas porque ahí la linealidad del osciloscopio suele ser peor.) Empleando estasmarcas se mide fácilmente el tiempo de subida o de caída de las señales de amplitud conocida, puesestos tiempos se definen precisamente entre los niveles del 10% y 90%. En el caso de un sistema deprimer orden a cuya entrada se ha aplicado un escalón, la relación entre la constante de tiempo J yel tiempo de subida t es: t = J ln 9.r r

3.2 Refrigeradores Peltier

El efecto Peltier es un fenómeno reversible que consiste en el calentamiento o enfriamientode la unión de dos conductores o semiconductores distintos, según sea el sentido de la corrienteeléctrica que se haga circular por la unión [3][4]. La cantidad de calor cedida o absorbida en cadaunión es proporcional a la corriente. Este calor es adicional al liberado por efecto Joule, quedepende del cuadrado de la corriente. Para aplicar este efecto a la refrigeración se forma un circuitoeléctrico con dos uniones y se hace circular una corriente: en una unión se libera calor (se calienta)y en la otra se absorbe calor (aparte del calentamiento por efecto Joule) y por lo tanto se enfría. Eltiempo que se tarda en alcanzar el equilibrio térmico entre cada unión y su entorno depende de laresistencia y capacidad térmica en cada unión. Si la unión caliente está adosada a un disipador decalor, su constante de tiempo térmica suele ser mayor que la que tiene la unión fría.

Un sistema de refrigeración con elementos Peltier se puede diseñar según distintosobjetivos. Una posibilidad es obtener la máxima diferencia de temperaturas posible entre lasuniones. Otra es maximizar la relación entre la potencia extraída en la unión fría y la potenciaeléctrica aplicada (rendimiento). En cualquier caso, se cumple que cuanto más calor se deseeextraer, más potencia eléctrica hay que suministrar, y que cuanto mayor sea la capacidad dedisipación de calor en la unión caliente, más se podrá enfriar la unión fría, para una determinada


corriente en el circuito. Los parámetros necesarios para el diseño figuran en el manual deespecificaciones (volumen aparte). El modelo empleado es el CP1.0-71-06L de MELCOR, quesegún sus especificaciones soporta sólo 3 A y 8,6 V. ¡NO INTENTAR LA VERIFICACIÓN DEESTOS LÍMITES!

4 Experiencias y mediciones

Con la sonda de temperatura conectada al voltímetro en la escala de 200 mV, comprobarque la lectura corresponde a la temperatura ambiente estimada, expresada en grados Celsius.

Conectar el refrigerador Peltier a la FA de salida fija 5 V, respetando la polaridad de lasconexiones. Para poder ajustar la corriente a través del refrigerador, conectar en serie con éste unreóstato de 10 S, 5 W (o de mayor potencia) (disponible en el laboratorio).

- Ajustando el reóstato, medir la temperatura de la cara fría del refrigerador y la del disipadorde calor unido a su cara caliente para distintos valores de la corriente del circuito. Obtenerla lectura una vez se ha estabilizado, pero antes de que aumente perceptiblemente latemperatura de todo el disipador. La deriva de la temperatura del disipador de calor sepuede evitar a base de desconectarlo frecuentemente, aunque ello impide obviamente hacerseries de medidas largas. Con las dimensiones del refrigerador y disipador disponibles,conviene medir a partir de 1 min después de haber conectado el refrigerador (para asegurarque se ha enfriado), pero antes de 3 minutos (para que no empiece a aumentar latemperatura del disipador).

¡NO TOCAR CON LOS DEDOS LOS PUNTOS MUY FRÍOS NI MUY CALIENTES!

Cuestión 1 ¿Cuál es la temperatura de la cara fría cuando I = 0,5 A? ¿Y cuando I = 1 A?Medir el valor de la corriente con el MMD.

Para obtener la respuesta de la sonda a un cambio brusco de temperatura, se pondrá elrefrigerador a 0EC. Dado que la sensibilidad de la sonda es 1 mV/EC, se puede saber entonces latensión final de salida del termómetro.

- Disponer el osciloscopio en la escala que convenga y calibrarlo (mediante el atenuadorvertical variable) para que el margen de medida abarque las 6 divisiones centrales. Estopermite emplear directamente las marcas 10% - 90% de la retícula, para medir tiempos desubida.

Seleccionar en el osciloscopio una velocidad de barrido lenta y el modo de disparoautomático. Conectar la sonda de temperatura al osciloscopio. Poner en marcha el circuito delrefrigerador y con la punta de la sonda tocar firmemente la cara fría del refrigerador.

Cuestión 2 ¿Cuál es la constante de tiempo, aproximada, de la sonda de temperatura en estascondiciones, si se supone que la respuesta es de primer orden?



La convección forzada es un método habitual de refrigeración en equipos electrónicos. Paraobtener una idea cualitativa de la incidencia de la circulación de aire en la temperatura, observarcómo varía la temperatura del disipador de calor al soplar sobre él.

Una de las causas de envejecimiento de los reóstatos es el esfuerzo térmico a que quedansometidos debido a que por una parte de ellos circula corriente, y por lo tanto disipa calor y elevasu temperatura, mientras que por la otra parte no circula corriente.

- Medir la temperatura respectiva de cada parte del reóstato conectado directamente a lafuente de 5 V, cuando el contacto móvil está aproximadamente en la mitad del recorrido.

Cuestión C1 ¿Cuál es la diferencia de temperatura entre los extremos del reóstato? ¿Y entre lospuntos inmediatos a uno y otro lado del contacto móvil?

Para verificar analíticamente si un sistema es de primer orden, se pueden aprovechardistintas propiedades de la respuesta de un sistema de primer orden a una entrada en escalón: y(t) =1 - exp (-t/J). Si por ejemplo se mide y(t) en instantes sucesivos, debe cumplirse t = -J ln[1 - y(t)],que indica que la relación entre el tiempo en que se ha tomado la lectura y el logaritmo de ladiferencia entre 1 y la lectura, es una recta de pendiente -J.

Cuestión C2 ¿Cuánto vale la constante de tiempo J del refrigerador Peltier determinada con estemétodo, mediante lecturas tomadas en 10 instantes sucesivos de la respuesta a unescalón?

Otra propiedad de la respuesta a un escalón es que la tangente en el origen es una recta dependiente J.

Cuestión C3 ¿Cuánto vale la constante de tiempo J del refrigerador Peltier determinada con estemétodo, mediante 2 lecturas tomadas en la fase inicial de la respuesta a un escalón?

Si se mide la temperatura de un objeto que ha sido sometido a un cambio brusco detemperatura, empleando una sonda, que tiene su propia constante térmica, la respuesta final vienedeterminada por uno de los dos elementos (objeto o sonda), si su constante térmica es mucho mayorque la del otro. La masa considerable del disipador de calor hace que su constante de tiempo seamucho mayor que la de los otros elementos empleados en esta práctica. Su constante térmica sepuede determinar, por lo tanto, con alguno de los métodos descritos en esta práctica.

Cuestión C4 ¿Cuál es la constante de tiempo aproximada del disipador de calor?



6.1 ¿Cómo afecta el grosor del recubrimiento de una sonda de temperatura a su velocidad derespuesta?

6.2 Si se mide la temperatura del disipador de calor cuando esta va aumentandoprogresivamente, y se emplea para ello la sonda disponible, ¿qué error se comete si laevolución de la temperatura del disipador de calor se asimila a una rampa (es decir, se mideantes de que su temperatura se estabilice)?

6.3 ¿Cuál es la relación entre la frecuencia de corte de un sistema de medida con respuesta deprimer orden y su tiempo de subida (10% al 90%), al aplicarle una entrada en escalón?

7 Bibliografía

[1] R. Pallás Areny. Sensores y acondicionadores de señal. Cap. 1: Introducción a los sistemas demedida. Barcelona: Marcombo, 1994.

[2] R. Pallás Areny. Sensores y acondicionadores de señal. Apartado 9.1.1: Termómetros basadosen uniones semiconductoras. Barcelona: Marcombo, 1994.

[3] R. Pallás Areny. Adquisición y distribución de señales. Apartado 2.5.1: Refrigeradores.Barcelona: Marcombo, 1993.

[4] J.M. Cano Martínez. Refrigeración termoeléctrica: células Peltier. Revista Española deElectrónica, enero 1994, págs. 60-62.

Práctica 3. Termómetro basado en termistor 3131

Práctica 3. Termómetro basado en termistor linealizado ypseudopuente

1 Presentación

Se diseña un termómetro para el margen de -10EC a 50EC con una sensibilidad de 10mV/EC, salida 0 V a 0EC y un error aproximado de 1EC. El sensor utilizado es una NTC que selinealiza mediante una resistencia en paralelo. La interfaz es un pseudopuente resistivo basado en unamplificador operacional de baja deriva alimentado a ±15 V. El sistema se calibra a dostemperaturas conocidas.

2 Objetivos


1 Diseñar un termómetro basado en un sensor resistivo

2 Calcular la resistencia necesaria para linealizar determinados tipos de sensores resistivos nolineales

3 Comprender la necesidad de calibrar en dos puntos los sistemas de medida lineales

4 Reconocer el interés de ajustar el cero en un sistema de medida lineal y la interacción entreajustes

5 Entender las especificaciones relativas a los errores de cero de los amplificadoresoperacionales


Los termistores NTC tienen alta sensibilidad y bajo coste, y son una de las opciones aconsiderar cuando la exactitud deseada no es muy alta. El margen de -10EC a 50EC queda biendentro de su alcance de medida y la exactitud de 1EC es asequible. En un margen de 60EC, yaceptando un error de 1EC, las NTC se pueden describir razonablemente bien mediante dosparámetros y una función R(T) exponencial. Para linealizar su respuesta mediante una resistencia enparalelo, se pueden emplear técnicas analíticas y gráficas [1].


La respuesta real de una NTC linealizada con la temperatura no es estrictamente lineal, puesel coeficiente de temperatura " de la resistencia equivalente depende de la temperatura. Enconsecuencia, cuando se habla de coeficiente de temperatura de la NTC o de la NTC linealizada, sesobreentiende que se trata del valor a una temperatura de referencia. Por ejemplo, el centro delmargen de medida.

La interfaz para un sensor resistivo que tenga que medir magnitudes con variación lenta(como es aquí el caso de la temperatura), se puede basar en un puente o en un oscilador. Es decir,en operaciones con tensiones y corrientes o en operaciones con frecuencias. Dado que aquí seespecifica una sensibilidad en términos de tensión, se opta por la primera solución.

En los puentes resistivos hay un compromiso entre sensibilidad y linealidad, que puederesolverse a base de modificar el circuito, por ejemplo mediante la inclusión de amplificadoresoperacionales. El resultado es un puente modificado o pseudopuente.

En cualquier sistema de medida cuya respuesta se suponga lineal hay que calibrar dicharespuesta mediante medidas a dos puntos bien conocidos, determinados con un sistema que tenga unerror al menos 10 veces inferior al sistema a calibrar. Para la calibración se emplea aquí untermómetro que no cumple este requisito, pero se ignorará este hecho y se aceptará como unaconsecuencia irremediable de la limitación de los recursos disponibles.

Los dos puntos de calibración permiten ajustar el cero y la ganancia del sistema, y nopueden elegirse libremente. Conviene que una de las temperaturas sea 0EC, pues de lo contrario losdos ajustes interaccionan entre sí [2]. La otra temperatura depende de la aplicación por cuanto, dadoque el sistema no será estrictamente lineal (la NTC "linealizada", no lo es), el error de no linealidadaumentará en las zonas alejadas de los puntos de calibración. En el caso presente, se supondrá queinteresa hacer el ajuste a 30EC.

Para ajustar el circuito, se emplearán dos resistencias ajustables. Esta solución hay queconsiderarla un simple recurso académico, no una práctica profesional con validez general. Lasderivas que tienen los componentes electrónicos con el tiempo y la temperatura aconsejan adoptarsoluciones que permitan la recalibración periódica automática de los circuitos de precisión. Si nohay recalibración, para los ajustes hay que emplear elementos de alta precisión.

Como regla general, y ante la incertidumbre que se tiene por una parte sobre el sensor y porotra sobre el circuito de interfaz, conviene ajustar primero el circuito empleando, en vez del sensor,algún elemento que simule su respuesta. En el caso presente, bastan resistencias.

4 Circuito propuesto y su descripción

El circuito propuesto es el de la figura 1a. Hay un divisor de tensión, formado por R y R ,1 2

que es fijo. El AO tiende a mantener nula la diferencia de tensión entre sus teminales de entrada, ypor lo tanto la corriente a través de R es constante. Esta corriente circula por la combinación de la3

NTC y R en paralelo (R ), de manera que V es inferior a la tensión del divisor formado por R yp o 1

R . Cuando T aumenta, R disminuye, y por lo tanto también disminuye la caída de tensión en ella,2 p

de manera que aumenta la tensión de salida. De este modo, a un aumento de T corresponde unaumento de V , tal como se deseaba. El condensador C sirve para eliminar las interferencias, queo

cabe prever cuando los cables de conexión al sensor son largos.

-

+

-t

LM723C

VREFVOUT

NI INVCOMP

CLCS

V+

V

Vcc+

S

a

1P

bR

R

C 1

Rc

-V

Vs

Vo

RTCR

Vcc+

-Vcc

100 nF

R1

R3

R2

OP-07C

o

100 pF

a

b

100 nF


Cuando el puente esté equilibrado, el terminal de salida del AO estará a la misma tensiónque el terminal de referencia del divisor fijo, es decir, 0 V. Por lo tanto, V permanecerá a 0 V, sio

no se consideran los errores de cero del propio AO. Para lograr la condición de equilibrio delpuente, a una temperatura determinada, se puede ajustar R . Cuando el puente esté desequilibrado2

por haber cambiado R , la caída de tensión en R dependerá de R y de V , ya que éstas determinanT p 3 s

cuánta corriente fluye hacia R . Tanto R como V permitirán, por tanto, ajustar la sensibilidad delp 3 s

circuito. Si se emplea V en vez de R , los ajustes de cero y de sensibilidad resultan independientes.s 3

Para obtener V ajustable, se emplea un regulador de tensión de precisión media (figura 1b).s

Figura 1. Circuito propuesto. a) Pseudopuente resistivo. b) Generador de tensión de referencia conestabilidad media


Figura 2. Circuito correspondiente a la realización en la placa de circuito impreso


5 Cálculos, experiencias y mediciones

Determinar analíticamente la expresión de R para que el punto de inflexión de R esté en elp

centro del margen de medida, y calcular su valor teórico a partir de los valores nominales de losparámetros de la NTC modelo 2322 642 6472. Ver el manual de especificaciones.

Cuestión 1 ¿Cuál es la expresión teórica de R en función de los parámetros del termistor?¿Cuál es su valor teórico?

En los cálculos sucesivos, y en el circuito a montar, emplear el valor normalizado máspróximo (en la serie E24 o E48) al valor teórico calculado para R. Si se prefiere, se puede medir laresistencia del termistor a 25EC, empleando un multímetro que inyecte poca corriente, para conocerasí mejor su valor.

El objetivo de la linealización del termistor es poderlo considerar como un sensor detemperatura aproximadamente lineal: R = R [1 + "(T - T )].p po 0

Cuestión 2 ¿Cuáles son los coeficientes de temperatura respectivos de R y de R en el centroT p

del margen de medida?

Cuestión 3 ¿Cuál es el valor de R si como temperatura de referencia T se elige el centro delpo 0

margen de medida?

Analizar el circuito de la figura 1a, suponiendo inicialmente que el AO es ideal, y que laNTC no se calienta debido a la corriente que circule por ella. Para identificar bien la función decada resistencia ajustable, conviene expresar la tensión de salida como suma de un término quedependa de R y de otro que no dependa de R .p p

Cuestión 4 ¿Cuál es la expresión de R en función de las demás resistencias del circuito para2

que a V (0EC) = 0 V?o

Cuestión 5 ¿Cuál es la expresión de la sensibilidad de la tensión de salida a la temperatura(dV /dT)?o

Se debe observar que las posibles fluctuaciones de V influyen directamente en la salida;s

observar también que las dos condiciones de ajuste son independientes, y que uno de los elementosfísicos empleados para dichos ajustes (P ) no afecta a la condición de cero. Por lo tanto, los dos1

ajustes no interaccionan entre sí. Si en cambio la sensibilidad se ajustara con R , entonces los dos3

ajustes interaccionarían entre sí. Si uno de los puntos de calibración no es el de entrada nula, lainteracción entre los dos ajustes se produce en cualquier caso.

Si imponemos que la sensibilidad del circuito, a 20EC, sea de 10 mV/EC, tendremos doscondiciones (la otra es la condición de cero) y sin embargo hay 4 elementos a diseñar (R , R , R y1 2 3

V ). Los otros dos criterios son, en principio, arbitrarios. Pero hay que tener en cuenta el factor des

disipación de la NTC, que limita la máxima corriente que debe circular por ella para que no seautocaliente demasiado. El calentamiento de la NTC depende de la potencia que disipe, y éstadepende de la temperatura, pues depende de la tensión de salida del circuito.


Cuestión 6 ¿A qué temperatura del margen de medida se produce la máxima disipación en laNTC ¿Cuál es la disipación máxima permitida en la NTC para que el error debidoal propio calentamiento sea inferior a 0,25EC en el peor caso?

Teniendo en cuenta el límite por autocalentamiento, diseñar los valores de R , R , R y V .1 2 3 s

Para el valor de C, tener en cuenta que limitará la máxima velocidad de cambio de la tensión desalida, y por lo tanto de la temperatura a medir.

Cuestión 7 ¿Cuáles son los valores adecuados de R , R , R y C?1 2 3

Cuestión 8 ¿Cuáles son los valores adecuados de V , R , R y R ?s a b c

El AO tiene errores de cero no nulos pero, al ajustar la salida a 0 V para 0EC, dichoserrores se anularán. No se anularán en cambio las derivas que se manifiesten a partir del instante enque se haya hecho el ajuste de cero.

- Observar que la tensión de offset depende de la temperatura que alcance el AO. Por lotanto, es importante conocer en qué condiciones se ha obtenido el valor dado por elfabricante. En particular, el tiempo transcurrido desde que se conectó el AO, la temperaturaambiente y las tensiones de alimentación.

- Observar que los valores especificados como máximos no suelen corresponder a máximosabsolutos garantizados, sino a resultados estadísticos calculados a partir de una muestra decomponentes fabricados.

Montar el circuito de la figura 1b y ajustar P para tener el valor de V deseado. Montar1 s

luego el circuito de la figura 1 y ajustar primero R y luego reajustar P para tener las condiciones2 1

de diseño exigidas. Como patrón de temperatura se tomará el termómetro 80T-150U (Fluke). Lastemperaturas de calibración se obtendrán con el refrigerador Peltier (0EC) conectado a la fuente dealimentación de 5 V y el disipador de calor (30EC).

- Antes de calibrar con las dos temperaturas establecidas (0EC y 30EC), verificar elfuncionamiento del circuito empleando en vez de la NTC resistencias de valores próximos alos que se espera que tenga la NTC a las temperaturas de calibración. Tomar las lecturascon un voltímetro de precisión, no con el osciloscopio. Si el diseño es correcto, al ajustarfinalmente la sensibilidad el cero no debe variar.

- Observar el efecto de la temperatura en las resistencias de ajuste. Por ejemplo, acercandoun soldador u otro foco de calor a dichas resistencias.

- Usar ahora la sonda NTC y ponerla a las temperaturas de calibración: primero a 0EC yluego a 30EC. Reajustar las resistencias. Dado que la resistencia térmica del contacto de laNTC y el refrigerador no es despreciable, para que la NTC alcance 0EC hará falta que elrefrigerador esté a una temperatura algo inferior. Con la sonda hay que medir latemperatura de la NTC, no la del refrigerador. Para evitar pérdidas de calor imprevistas,hay que sujetar la NTC con un medio firme (por ejemplo con cinta adhesiva). [Nota: si la


temperatura ambiente es alta, puede que el refrigerador no alcance una temperaturasuficientemente baja. Si fuera éste el caso, tomar como temperatura inferior de calibraciónpor ejemplo 5EC].

- Aplicar el sistema a la medida de la temperatura en diversos puntos a lo largo del tubofluorescente del puesto de trabajo, y en la zona de la reactancia.

- Observar el efecto de los condensadores de desacoplamiento de la alimentación de losamplificadores operacionales.


Los parámetros del termistor tienen una tolerancia importante por lo que, si se dispone delos recursos necesarios, es conveniente determinarlos experimentalmente. Si el modelo adoptadopara el termistor incluye sólo dos parámetros, por ejemplo de la forma R = A·exp{+B/T}, esT

posible determinar experimentalmente su modelo con sólo dos medidas.

Cuestión C1 ¿Cuáles son los valores respectivos de A y B para la NTC disponible?

Dada la no linealidad de la NTC, la respuesta de R no puede ser lineal. Mediante unp

programa de ordenador, o con una calculadora adecuada, es posible determinar la no linealidadteórica, es decir, cuánto se aparta la respuesta teórica de una recta que pase por los extremos delmargen de medida. Tomar como respuesta teórica la recta que pase por los puntos de ajuste, (0EC y30EC). Observar que si se tomara como respuesta teórica la recta tangente al punto de inflexión, elerror en los extremos sería grande.

Cuestión C2 ¿Cuál es teóricamente la máxima diferencia de temperatura )R máx entre R (T) y lap p

recta ideal? ¿Cuál es el error de temperatura )Tmáx equivalente?

Un inconveniente del circuito propuesto es que trabaja con tensiones de modo común altas,y es sabido que en estas condiciones los AO tienen errores considerables.

Cuestión C3 ¿Cuál es el efecto del CMRR finito del AO en el circuito de la figura?


7.1 La linealización de una NTC mediante una resistencia en paralelo, ¿a costa de qué seobtiene?

7.2 Si un termómetro basado en una NTC incluye los 0EC dentro de su margen de medida, ¿porqué sería impropia la especificación de un error que sólo tuviera un término de errorrelativo? Tener en cuenta el factor de disipación de la NTC.


7.3 Cuando se linealiza una NTC mediante una resistencia en paralelo, y el conjunto se alimentaa corriente constante ¿a qué temperatura se produce la máxima disipación térmica en laNTC?

7.4 Si un sistema con respuesta lineal se calibra en dos puntos, ¿qué condiciones debencumplirse para que los dos ajustes del sistema en los dos puntos de calibración nointeraccionen entre sí?

8 Bibliografía

[1] R. Pallás Areny. Sensores y acondicionadores de señal. Apartados 2.4.3 y 3.2.2. Barcelona:Marcombo, 1994.

[2] R. Pallás Areny. Adquisición y distribución de señales. Apartado 7.4. Barcelona: Marcombo,1993.

Práctica 4. Sensor de presión piezorresistivo y alarma activada por tiristor 3939

Práctica 4. Sensor de presión piezorresistivo y alarma activada portiristor

1 Presentación

Se diseña una alarma conectada a la red eléctrica, accionada a partir de la salida de unsensor de presión piezorresistivo cuando la presión medida excede los 20 kPa. El sistema de medidade presión se calibra mediante un manómetro de tubo Bourdon. El circuito de control y el de laalarma están acoplados ópticamente. La alarma se activa también cuando falla la alimentación delcircuito de control.

2 Objetivos


1 Interpretar las especificaciones de los sensores de presión piezorresistivos comerciales

2 Diseñar el circuito para una alarma conectada a la red eléctrica

3 Diagnosticar los fallos de funcionamiento en circuitos con optoacopladores

4 Comprender la utilidad de la histéresis en algunos circuitos electrónicos

5 Prever las limitaciones que las lámparas incandescentes imponen a los interruptores depotencia


El objetivo de los sistemas de medida es, a veces, dar una alarma cuando la magnitud que semide excede un umbral prefijado. Para tener una potencia elevada, el dispositivo de alarma se conectaa la red eléctrica. Para evitar los efectos de los bucles de masa, y posibles accidentes, entoncesconviene que los circuitos de control y los circuitos controlados (alarma) estén aislados eléctricamente.Para pasar la información de uno a otro circuito, el método más simple es el óptico [1].


Para que una alarma sea eficaz, es necesario que incluya alguna previsión para el caso enque falle la alimentación. Idealmente debería preverse tanto un fallo en la alimentación del circuitode control como en la del circuito controlado. No obstante, para mantener la complejidad del diseñoen un nivel razonable, se va a prever aquí sólo el fallo de la alimentación del circuito de control. Laacción a realizar si se produce este fallo será la activación de la misma alarma.

La magnitud a medir es la presión del aire en una cámara. El umbral en el que se debeaccionar la alarma (20 kPa) está dentro del alcance de los sensores de presión piezorresistivosintegrados. En estos sensores hay cuatro galgas de silicio en un diafragma, también de silicio, queestán conectadas formando un puente completo. El puente se alimenta en continua, y mediante tresresistencias externas se calibra y compensa en temperatura, en el margen de 0EC a 50EC, para queesta no afecte excesivamente a la sensibilidad. Al ser las galgas de silicio, la sensibilidad y sucoeficiente de temperatura son altos, y la impedancia de salida del puente también [2].

Al utilizar un puente alimentado con una fuente puesta a masa, el amplificador debe serdiferencial. Dado que la sensibilidad del puente ya es alta, la ganancia del amplificador puede serpequeña. Pero la impedancia de entrada deberá ser suficientemente alta para no cargareléctricamente al puente.

La decisión sobre el accionamiento de la alarma se puede hacer con un comparador detensión cuya tensión de referencia sea ajustable de modo que permita elegir el punto de disparo.Para evitar que pequeñas fluctuaciones de presión, o el propio ruido eléctrico, lleven reiteradamentea una activación y desactivación de la alarma cuando la presión medida sea próxima al umbral dedecisión, es interesante que el sensor o su interfaz tengan una cierta histéresis.

Las alarmas habituales son visuales, acústicas, o una combinación de ambas. Aquí se decideemplear una alarma visual consistente en una bombilla. El filamento de estas lámparas tiene uncoeficiente de temperatura positivo, por ser metálico, de manera que la resistencia en caliente esmucho mayor que la resistencia en frío. La resistencia que presenta el tungsteno a la temperatura deemisión de radiación visible es, por lo menos, unas 10 veces mayor que la que presenta atemperatura ambiente [3]. Esto implica que el activador de la alarma debe soportar inicialmente unpico de corriente al menos 10 veces mayor que la corriente nominal.

Para una carga conectada a la red alterna, el activador a considerar inicialmente es un triac[4][5]. En este caso, un fototriac. Sin embargo, los fototriacs no suelen tener disponible el terminalde puerta, de manera que sólo se pueden activar ópticamente, y esto dificulta la realización de uncircuito que incluya aviso de fallo de alimentación en el circuito de control. Los fototiristores(fotoSCR, LASCR), sí suelen tener disponible el terminal de puerta, y como para una bombilla laconducción sólo durante un semiciclo de red no altera esencialmente su funcionamiento, el uso deun fototiristor es aceptable. No obstante, la limitada disponibilidad comercial de fototiristores quesoporten la corriente necesaria en una bombilla de unos 60 W aconseja otra solución. Unaposibilidad consiste en emplear un fototriac (tipo MOC 3010) para activar otro triac cuya puertafuera accesible y permitiera tener las condiciones de control deseadas. La solución adoptada aquíconsiste en combinar un SCR convencional con un optoacoplador que controle su tensión de puerta,y a través de ésta la corriente de puerta.



El montaje propuesto es el de la figura 1 y el circuito de alarma y control el de la figura 2.El sensor de presión se conecta directamente a la fuente de tensión continua. En esta aplicación laestabilidad de la fuente se considera suficiente. Para no dañar el puente de galgas, en paralelo conlos terminales de entrada hay un diodo zener, precedido por una resistencia serie. Las 3 resistenciasde compensación y calibración especificadas por el fabricante ya están montadas, de manera que elsensor se puede usar tal cual. La presión se logra bombeando manualmente aire con una perillaelástica hacia una cámara inflable. La presión de la cámara se mide con un manómetro de tuboBourdon.

La sensibilidad del sensor de presión piezorresistivo es suficientemente alta como para quesu salida se pueda medir directamente con un voltímetro en la escala de 100 mV. Con éste y el tuboBourdon se puede calibrar la relación tensión - presión. A partir de esta curva de calibración sedeciden los parámetros de la interfaz de acondicionamiento de señal para la alarma.

Para el amplificador diferencial se propone una estructura simple, con la precaución de quetenga una impedancia de entrada suficientemente alta respecto a la impedancia de salida del sensor.Para decidir la configuración del comparador hay que analizar primero el activador de la alarma.

En el circuito propuesto, el divisor de tensión con 300 kS y 3,3 kS permite que, cuando latensión de red pase por un valor mayor que la tensión de disparo, circule hacia la puerta unacorriente superior a la de disparo, con lo que el SCR conduce y la bombilla se enciende, siempre ycuando el fototransistor esté bloqueado. Esta será la situación en ausencia de alimentación en elcircuito de control.

Cuando el circuito de control está alimentado correctamente, queremos que la bombilla estéapagada si la presión medida es baja. Por lo tanto, en este caso el fototransistor debe estarconduciendo para que su tensión colector-emisor sea inferior a la tensión de disparo de puerta. Paraque conduzca, es necesario que conduzca el LED, y para ello es necesario que la tensión aplicada aéste sea positiva. Para que el comparador dé una tensión positiva cuando la presión (y, por tanto, latensión de entrada) sea inferior al umbral de alarma, la salida del amplificador debe conectarse alterminal negativo del comparador.

La tensión de referencia del comparador se puede obtener a partir de la fuente dealimentación mediante R , poniendo una resistencia R para proteger al comparador cuando la4 3

tensión de referencia sea alta, y no cargar a R con R , y una resistencia R suficientemente pequeña4 5 5

para que las posibles interferencias capacitivas no produzcan fluctuaciones de tensión importantesen la entrada positiva del comparador. Para éste se emplea un simple amplificador operacionalporque la velocidad requerida por la aplicación no es alta. Mediante R se puede introducir una10

histéresis de amplitud controlable.

Los diodos de protección son necesarios porque, por una parte, los LED sólo soportantensiones inversas muy inferiores a las de los diodos de señal, y por otra parte la máxima tensióninversa puerta-cátodo en un SCR también está muy limitada, a pesar de que soporten una tensióninversa ánodo-cátodo muy elevada.

La red RC en paralelo con el SCR tiene una función doble. Por una parte filtra los posiblestransitorios de la red que podrían llevar al disparo fortuito del SCR si la tensión ánodo-cátodo o suvelocidad de cambio (dv/dt) fueran excesivas. Por otra parte, filtra los transitorios del activador quese acoplarían a la red de 50 Hz, que a alta frecuencia presenta una impedancia elevada.

AlarmaA. diferencial

DMMCámarade aire

F. A.

Sensor de presión

1

3

2

4

3

2 8

4

1

5

6

8

47

+ Va

R1

R2

- Va

+ Va

4N25 1N4148

1 kSS

R4

R5R3

TL082

R1 R2

77

Sensor de presiónEurosensor 20N005G

100 nF, 500V

220V, 50 Hz.

R

N

100 S

A

KG

4N25

1N4148 3k3

300 kS

60 W

TIC-106D

-

+ Va - Va

+ Va

- Va

R10

-


Figura 1. Montaje propuesto para generar y medir la presión

Figura 2. Circuitos propuestos para el control y activación de la alarma


En la parte del circuito conectada a 220 V emplear sólo instrumentos flotantes. NOEMPLEAR INSTRUMENTOS PUESTOS A TIERRA. En los SCR con disipador de calor,éste suele estar conectado al ÁNODO y éste a 220 V ¡NO TOCAR EL DISIPADOR!


Consultar las especificaciones del sensor de presión 20B-005G para contestar las cuestionessiguientes.

Cuestión 1 ¿De qué tipo de sensor de presión (absoluto, diferencial o relativo -gage-) se trata ycuál es el margen de presión (en pascales) que puede medir? (1 psi = 6895 Pa).

A una temperatura dada, las principales fuentes de error son el error de cero, la nolinealidad y la histéresis.

Cuestión 2 ¿Cuál es el error total posible (en pascales) para dicho sensor a 25EC y con laalimentación recomendada?

Cuestión 3 ¿Cuál es la sensibilidad (mV/kPa) a 25EC y con la alimentación recomendada?

Cuestión 4 ¿Qué resistencia presenta el puente incorporado en el sensor y qué resistencia deentrada debe tener el amplificador que se le conecte?

Cuestión 5 ¿Cuál es el tiempo de respuesta (10% - 90%) a la presión de entrada?

Observar que la rapidez de este sensor es una ventaja inherente al tipo de sensor primarioque incorpora (un diafragma). Los sensores basados en un tubo Bourdon o un fuelle, por ejemplo,son mucho más lentos, incluso si también emplean galgas extensiométricas para medirdeformaciones.

Aplicar al sensor la tensión de alimentación recomendada y medir con el voltímetro latensión de salida con presión cero y para presiones de valores sucesivamente crecientes ydecrecientes, determinadas mediante el manómetro.

Cuestión 6 ¿Cuál es la ecuación de la curva de calibración del sensor (tensión - presión) paraambos sentidos de variación de la entrada (creciente y decreciente)?

Diseñar el circuito que controla la alarma de forma que se encienda la bombilla cuando lapresión exceda de 20 kPa. Determinar primero la impedancia de entrada y la ganancia delamplificador diferencial. A continuación calcular la tensión umbral que hay que poner en elcomparador.

Cuestión 7 ¿Cuáles son los valores adecuados para R , R , R , R y R ?1 2 3 4 5

Determinar la corriente I que circulará por el LED mientras la presión sea inferior alF

umbral de alarma y la tensión V correspondiente.CE(sat)


La bombilla empleada es de 60 W, conectada a la red de 220 V. El SCR debe ser capaz desoportar la corriente de consumo y la tensión inversa que le quede aplicada en los semiciclosnegativos. Además, si no hay corriente de puerta, no debe conducir cuando la tensión ánodo-cátodoalcance su valor máximo, ni tampoco cuando la velocidad de variación de dicha tensión sea lamáxima prevista. En el momento de conexión, debe soportar el pico de corriente debido a que labombilla estaba inicialmente a temperatura ambiente. A partir de las especificaciones del SCR,determinar

Cuestión 8 ¿cuáles son los valores de I , I , V , y dv/dt?T(RMS) TSM DRM

Cuestión 9 ¿Cuáles son la tensión (V ) y la corriente de puerta (I ) necesarias para que elGT GT

SCR conduzca?

- Montar el circuito de la alarma, y sin alimentar el circuto de control, comprobar que labombilla se enciende.

- Desenchufar la bombilla y conectar el circuito de control, sin aplicar presión a la entrada.Enchufar la bombilla y ajustar el circuito para que permanezca apagada.

Adaptar el brazalete alrededor de un elemento rígido de diámetro adecuado (por ejemplo,una barra de la estructura de la mesa). Aplicar lentamente una presión creciente a partir de cero,hasta que se active la alarma. Aumentar un poco más la presión, y luego reducirla lentamente.

Cuestión 10 ¿Cuál es la histéresis estimada en el punto de disparo de la alarma?


Si la temperatura del sensor puede variar entre 10EC y 40EC,

Cuestión C1 ¿Cuál es el máximo error total previsible debido al sensor (en pascales), incluyendolos errores de cero, no linealidad e histéresis?

Si la resistencia de entrada del amplificador diferencial es de 2 MS,

Cuestión C2 ¿Cuál es error (en pascales) debido al efecto de carga si el comparador se ajustapara una temperatura del sensor de 25EC?

Aplicar una presión a la entrada que esté justo por debajo o por encima del umbral dealarma.

- Acercar un foco de calor al comparador y comprobar si cambia el estado de la alarmadebido al aumento de temperatura del comparador.

Si la histéresis que proporciona el sensor en un circuito de alarma no es suficiente, se puedediseñar la interfaz de forma que tenga histéresis. En el circuito de la figura 2 se puede ponerhistéresis en el comparador mediante R .10

- Diseñar el comparador de la figura 2 para tener una histéresis del 5% del margen de medidapermitido por el sensor.


- Montar el circuito y, aplicando una presión primero creciente y luego decreciente,comprobar que la histéresis tiene la amplitud deseada.

- Repetir la prueba del calentamiento del comparador para ver hasta qué punto el diseño esmás robusto ahora.


7.1 En algunos sensores de presión piezorresistivos basados en galgas semiconductoras, serecomienda una alimentación en forma de corriente constante. ¿Qué interés puede teneralimentar en corriente en vez de alimentar en tensión?

7.2 Un sensor de caudal basado en un diafragma con orificio y una medida de presión, ¿quétipo de sensor de presión requiere: absoluto, diferencial o relativo?

7.3 En el amplificador diferencial de la figura 2 no se ajusta el CMRR. ¿Sería convenienteajustarlo?

7.4 ¿Qué modificación simple se podría introducir en el circuito de la figura 2 para que laalarma se encendiera cuando la presión fuera inferior a 20 kPa y se apagara cuando fuerasuperior?

7.5 ¿Qué interés tiene la histéresis en un sensor que se aplique en un sistema de alarma?

8 Bibliografía

[1] R. Pallás Areny. Adquisición y distribución de señales. Apartado 8.5.3. Barcelona: Marcombo,1993.

[2] R. Pallás Areny. Sensores y acondicionadores de señal. Apartado 2.2. Barcelona: Marcombo,1994.


[4] J.A. Gualda, S. Martínez y P.M. Martínez. Electrónica industrial: técnicas de potencia.Barcelona: Marcombo, 1992.

[5] N. Mohan, T.M. Underland y W.P. Robbins. Power electronics: converters, applications anddesign, segunda edición. Nueva York: John Wiley & Sons, 1995.

Práctica 5. Célula de carga y amplificador de instrumentación 4747

Práctica 5. Célula de carga y amplificador de instrumentación

1 Presentación

Se diseñan los amplificadores para tener una salida analógica de 1 V/kg, el origen de escalade 0 V y el fondo de escala 10 V, empleando una célula de carga comercial basada en galgasextensiométricas. La salida se mide con un voltímetro digital, que deberá dar la lectura directamenteen kilogramos. La calibración se hace mediante pesas conocidas.

2 Objetivos


1 Interpretar las especificaciones de una célula de carga comercial basada en galgasextensiométricas

2 Diseñar la interfaz para un sensor resistivo montado en puente completo, incluyendo losajustes de cero y sensibilidad

3 Diseñar un amplificador de instrumentación para baja frecuencia empleando componentesdiscretos

4 Reconocer las ventajas de los AO de bajas derivas


Las células de carga basadas en galgas extensiométricas son uno de los sensores máshabituales para el pesaje industrial y comercial, y para la medida de fuerzas. Normalmente se suelenmontar puentes de 4 galgas, pues así se aprovechan las ventajas de linealidad y compensación deinterferencias que ofrece dicha disposición [1]. El puente está configurado internamente en la célulade carga, de forma que sólo se tiene acceso a dos terminales de alimentación y otros dos dedetección. Como la alimentación del puente tiene un terminal a masa, hace falta un amplificadordiferencial.


Para tener una impedancia de entrada mucho mayor que la impedancia de salida del puente,se emplea un amplificador de instrumentación (AI). Además de los errores de cero y de gananciahabituales, en los AI hay que considerar el efecto de su limitado CMRR. Al montar el AI concomponentes discretos, el CMRR depende del apareamiento de dichos componentes [2]. Paracompensar su desequilibrio, hay que prever un ajuste; pero, antes de decidir qué tipo de ajuste, hayque analizar cómo repercute el CMRR finito en la salida, es decir, qué tipo de error (cero, gananciao no linealidad) produce [3].

Si el AI tiene un CMRR finito, la tensión de modo común a su entrada repercutirá en susalida. Pero en puentes con 4 galgas activas, la tensión de modo común a la salida del puente essiempre igual a la mitad de la tensión de alimentación, que es continua. Por lo tanto, en este caso elCMRR produce un error de cero, que es calibrable.

Ya que en estas células de carga no se puede ajustar el puente de sensores, y en ausencia decarga mecánica el puente está desequilibrado, el cero y la ganancia hay que ajustarlos en la interfaz.El AI permite ambos ajustes, pero dado que la ganancia necesaria es alta, se puede postponer elajuste fino de ganancia a una etapa final.

Las células de carga disponibles tienen una carga máxima permitida superior a 10 kg, perosólo se emplearán en el margen enunciado. Algunas de sus especificaciones son comunes a todasellas, pero otras están particularizadas para cada unidad.


El circuito propuesto es el de la figura 1. AO1 y AO2 forman un AI, cuya ganancia sepuede ajustar, si fuera necesario, mediante R . (AO1 y AO2 debieran estar apareados; para ello loG

mejor es emplear un CI doble de calidad, que incluya especificaciones de apareamiento. Porejemplo, el OP-227. Por razones de coste, sin embargo, aquí se realiza con dos componentesdistintos). El CMRR se puede ajustar, en continua, mediante R . La etapa de salida opcional (v -4 A

v ) permite distribuir la ganancia entre el AI y ésta misma. Se puede emplear para formar un filtroo

paso bajo adicional mediante R y C .6 2

Para poder ajustar el cero, hay que sumar o restar una tensión continua estable. En unsistema automatizado, la corrección de cero puede ser una simple operación aritmética. En unsistema no automatizado, como el presente, se puede sumar o restar una tensión continua a la salidadel AI. Para ello hace falta una tensión estable bipolar, pero la única tensión estable disponible ennuestro circuito es la de alimentación de la célula de carga, que es unipolar. Sin embargo, podemosaprovechar el ajuste del error de cero (offset) del OP-07 para compensar, en un margen reducido,errores de cero, debidos o no al AO. Este método no es aceptable en general, pues en los AOconvencionales la deriva del error de cero aumenta proporcionalmente con la tensión ajustada. ElOP-07, sin embargo, tiene una estructura interna singular, y su deriva no aumenta con dicho ajuste.

+ Va

7

+

-OP-07C

4

6

817

2

3

VAO2

-Vcc

+Vcc

Amplificador diferencial

C1

4

3

+Vcc

2

-Vcc

4

6R1 R2

AO1-

+2

1

10 V

R4 R3

Rg

OP-07C

R100

Célula de carga

3

2

+ Vcc

- Vcc

Vo

R6

C2

R5 V

OP-07C

4

7

6AO3+

-

Amplificador de salida


Figura 1. Circuito propuesto como interfaz para la célula de carga

Figura 2. Circuito para obtener una tensión continua estable



Considerar las especificaciones de la célula de carga asignada al puesto de trabajo propio. Sila célula de carga se alimenta a la tensión recomendada por su fabricante,

Cuestión 1 ¿cuál es la tensión de salida para un peso de 10 kg? ¿Cuál debe ser la ganancia delmontaje para obtener una salida de 10 V cuando el peso sea de 10 kg?

Si se consideran los errores debidos a la falta de linealidad, a la histéresis, a la falta derepetibilidad y a la posible excentricidad de la carga,

Cuestión 2 ¿cuál es el error total (en gramos) de la célula de carga a temperatura ambiente(25EC)?

El puente interno de la célula de carga no está equilibrado cuando la carga es cero.

Cuestión 3 ¿Cuál es el error de cero máximo para esta célula de carga?

Cuestión 4 ¿Cuál es la impedancia de salida del puente interno de la célula de carga?

A partir de las especificaciones de los amplificadores empleados, y teniendo en cuenta quese desea obtener 10 V para 10 kg,

Cuestión 5 ¿cuál debe ser la tensión mínima de alimentación de la circuitería analógica paraevitar saturaciones y otras no linealidades?

Determinar la expresión de la tensión de salida del AI, v , en función de v , v , R , R , R ,A 3 4 1 2 3

R y R , suponiendo que los AO son ideales y que se cumple la relación entre resistencias que da el4 G

CMRR máximo. La tensión de alimentación de la célula de carga, V , debe ser menor que 10 V,a

pues de lo contrario el zener entrará en conducción. C sirve para filtrar la posibles interferencias1

en modo serie a la entrada. Observar que las posibles fluctuaciones en V quedan directamentea

reflejadas a la salida de la célula de carga.

Especificar la ganancia de cada etapa (G y G ) (AI y amplificador de salida) y diseñar los1 2

valores de los componentes de la primera. (Se puede optar por concentrar toda la ganancia en elAI).

Cuestión 6 ¿Cuáles son los valores adecuados para G , G , R , R , R , R y R ?1 2 1 2 3 4 G

Montar el amplificador de instrumentación y verificar que funciona correctamente, antes deconectarlo a la célula de carga. Aunque las señales a procesar son de muy baja frecuencia, lapresencia de errores de cero y sus derivas desaconsejan hacer las pruebas de ganancia en continua.Es mejor emplear una señal de prueba de unos 10 Hz y asegurarse de que no tenga un nivel decontinua apreciable. Conectar luego la célula de carga (alimentada con V ) al amplificador.a

- Medir el valor máximo de v con carga cero. (Será debido al desequilibrio del puente y aA

una bandeja de metacrilato, de unos 300 g que soporta las masas a medir). Este valor sedeberá compensar ajustando el offset del OP-07.


Cuestión 7 ¿Cuáles son los valores adecuados para R , R y C ?5 6 2

Montar la etapa final y verificar su funcionamiento. Tener en cuenta las sugerenciasformuladas antes para el AI. Conectar luego la primera etapa y la célula de carga. Depositarcuidadosamente las pesas de valor conocido sobre la plataforma.

Cuestión 8 ¿Cuáles son los valores de v en función del peso, en incrementos de 1/2 kg?o


En esta aplicación no es necesario ajustar el CMRR del AI. Sin embargo, la realización dedicho ajuste ilustra varios conceptos importantes. Poner en R una resistencia ajustable y aplicar una4

tensión de modo común V a la entrada del AI.c

- Observar la distorsión que se produce en v cuando la tensión de modo común es demasiadoA

alta.

Reducir el valor de V hasta que no se observe distorsión en la salida v . Elegir para V unac A c

frecuencia pequeña. Ajustar R hasta obtener un mínimo a la salida.4

Cuestión C1 ¿Es posible obtener una salida nula en estas condiciones?

Aumentar la frecuencia de V más allá de 1 kHz y observar la salida.c

Cuestión C2 ¿Cuál es el desfase entre la entrada en modo común y la salida debida a ella?

La aplicación considerada en esta práctica es un caso claro donde se presenta la necesidaddel ajuste periódico de los errores de cero y de sensibilidad, por la importancia que tienen lasderivas de cada uno de los elementos del circuito, incluida la célula de carga.

Cuestión C3 ¿Cuál es el error por fluencia (creep) en la célula de carga? (Desviación al cabo de30 minutos de tener aplicada la carga nominal). Expresarla en gramos.

Cuestión C4 ¿Cuál es el error debido al retorno a cero al cabo de 30 min de haber quitado lacarga nominal (creep recovery)? Expresarlo en gramos.

Cuestión C5 ¿Cuál es la deriva térmica del error de cero de la célula de carga (g/EC)? ¿Cuálsería el error (en gramos) para el margen de 15EC a 45EC?

Cuestión C6 ¿Cuál es la deriva térmica del error de cero (offset) (µV/EC) referida a la entrada(RTI) de toda la cadena amplificadora?

Cuestión C7 ¿Cuál es la deriva térmica total del error de cero (µV/EC), considerando la célula decarga y la cadena de amplificadores?

Cuestión C8 ¿Cuál es la deriva térmica de la sensibilidad de la célula de carga (g/EC) para 10 kgde carga? ¿Cuál sería la variación (en gramos) para el margen de 15 a 45EC?


Si se supone que la cadena de amplificadores no tiene derivas térmicas y que las resistenciasson de película metálica con idéntico coeficiente de temperatura, si el coeficiente temperatura delzener de 10 V es de 6,5 mV/EC,

Cuestión C9 ¿cuál es la deriva térmica de la sensibilidad (g/EC) debida a la célula de carga yamplificadores) para una carga de 10 kg?

Si se consideran los errores debidos a la falta de linealidad, a la histéresis, a la falta derepetibilidad y a la posible excentricidad de la carga, por una parte, las derivas térmicas de ceroglobales por otra, y las derivas térmicas de sensibilidad por otra, y se suman cuadráticamente lascontribuciones de cada uno de estas fuentes de error,

Cuestión C10 ¿cuál es el error total del montaje (g/EC) para una carga de 10 kg, en el margen de15EC a 45EC?.


7.1 Un puente con una galga extensiométrica activa en cada brazo, ¿es siempre lineal?

7.2 ¿Cuál es el circuito equivalente de salida del puente de la pregunta anterior?

7.3 Si en el AI de la figura 1 se considera que AO1 y AO2 son ideales, ¿qué condición debencumplir las resistencias para que el CMRR sea máximo?

7.4 En la segunda etapa del circuito de la figura 1, ¿son independientes el ajuste de cero y el deganancia? ¿Por qué?

8 Bibliografía

[1] R. Pallás Areny. Sensores y acondicionadores de señal. Apartado 3.4.4. Barcelona: Marcombo,1994.


[3] R. Pallás Areny. Adquisición y distribución de señales. Apartados 3.1.3 y 3.2.3.2. Barcelona:Marcombo, 1993.

Práctica 6. Sensor capacitivo angular y pseudopuente de alterna 5555

Práctica 6. Sensor capacitivo angular y pseudopuente de alterna

1 Presentación

Se determina la característica ángulo-capacidad de un sensor capacitivo constituido por dosplacas semicirculares iguales, una fija y otra móvil, cuya excentricidad se desconoce. Se estudia elsensor mediante un sistema, a diseñar y construir, cuya función de transferencia es bien conocida yque consiste en un pseudopuente de alterna con un detector de pico. La salida debe ser en forma detensión continua, con una sensibilidad de 10 mV/pF y origen de escala en 0 V. La calibración serealiza mediante dos condensadores de valor conocido.

2 Objetivos


1 Diseñar una interfaz lineal para un sensor capacitivo simple con variación no lineal de suimpedancia

2 Elegir adecuadamente un amplificador operacional para realizar un amplificador deportadora para frecuencias medias

3 Diseñar detectores de pico de precisión y bajo coste


Se debe entender el planteamiento de esta práctica desde su función académica, comorecurso para aprender el diseño de interfaces de sensores moduladores que trabajen en alterna. Setrata de averiguar si un determinado sensor angular capacitivo tiene una variación lineal decapacidad con el ángulo medido. El condensador está formado por dos placas paralelassemicirculares, una fija y otra giratoria, separadas una distancia constante, y con aire comodieléctrico, pero se desconoce si los semicírculos son concéntricos o excéntricos (figura 1). Para unángulo de 0E la capacidad es máxima, mientras que para 180E la capacidad es mínima.


El método de estudio propuesto es diseñar una interfaz que sea lineal, y aplicar el sensor ala medida de ángulos conocidos. Si la tensión de salida resulta ser proporcional al ángulo, el sensores lineal. Si no hay proporcionalidad, como la interfaz es lineal, podremos concluir que el sensor noes lineal.

Por tratarse de un condensador, hay que alimentarlo en alterna. Dado que el valor mínimodel condensador no es cero, se puede recurrir a un puente de alterna para obtener salida cero paraángulo (entrada) cero. Pero como la variación del ángulo altera el área efectiva de las placas delcondensador, la impedancia del condensador varía inversamente con el ángulo. Por lo tanto,conviene modificar la estructura del puente para que su tensión de salida varíe de formadirectamente proporcional con el ángulo. Es decir, hay que emplear algún pseudopuente [1]. Parapoder equilibrar el puente, al menos otra impedancia deberá ser reactiva (otro condensador). Latensión alterna de alimentación debe ser suficientemente estable, pues sus fluctuaciones se reflejandirectamente a la salida. Sin embargo, por razones de coste, se alimentará el puente directamentedesde el generador de funciones.

Otra consecuencia de alimentar en alterna es que los componentes activos deben tener unavelocidad de subida (slew rate) suficientemente rápida [2]. Una ventaja es que no hace falta que lasetapas que trabajen con la señal modulada tengan una exactitud elevada a baja frecuencia.

La magnitud que se mide es de muy baja frecuencia (un ángulo que variaremosmanualmente). Por lo tanto, una vez se haya demodulado la salida del puente, se deberán emplearcomponentes que tengan buena exactitud a baja frecuencia. Para que el sistema sea lineal, en estaetapa se tendrá que ajustar el cero. El ajuste de cero del puente no será suficiente porque la etapaque trabaja con la portadora y el demodulador final estarán desacoplados en continua.

Para la demodulación hay varias alternativas. Se puede detectar el valor de pico, el valoreficaz o el valor medio después de rectificar. Por simplicidad, se elige aquí la primera opción.


En la figura 2 se muestra el circuito propuesto, que consta de dos etapas, para la segunda delas cuales se dan varias opciones. La primera etapa (figura 2a) es el pseudopuente: R y R1 2

constituyen el divisor fijo, mientras que C (el sensor) y C forman el otro divisor de tensión. Cons 1

R se puede ajustar el cero del puente.2

La inclusión del AO hace que la diferencia de tensión entre los terminales del sensor seaconstante. Por lo tanto, la corriente a través de C será inversamente proporcional a su impedancia,s

es decir, será directamente proporcional al ángulo y a la frecuencia. Esta corriente se convierte enuna tensión a base de producir una caída de tensión en C . Como la impedancia de C es1 1

inversamente proporcional a la frecuencia, la tensión obtenida no dependerá de la frecuencia y serádirectamente proporcional al ángulo.

R es necesaria para polarizar el AO, y debe presentar una impedancia mucho mayor que C3 1

a la frecuencia de trabajo. En consecuencia, el AO debe tener unas corrientes de entrada muypequeñas. Se ha elegido un modelo con transistores MOSFET a su entrada, que además tiene unavelocidad de subida bastante alta. C y R forman un filtro paso alto que permite que pase la2 4

portadora modulada, pero bloquea las tensiones de baja frecuencia (incluidas las interferencias de50 Hz) y sus derivas.


La primera alternativa propuesta para el detector de pico consiste en un diodo que vacargando un condensador C (figura 2b). Cuando el valor de la tensión decrece, el condensador no3

se puede descargar a través del diodo, de manera que retiene el valor más alto. Añadiendo R se5

permite que C se descargue lentamente, de manera que se pueden seguir las posibles fluctuaciones3

que tenga el valor de pico, que corresponderán a fluctuaciones en el ángulo medido.

Los inconvenientes de un detector de pico simple son la elevada velocidad con que debeaportar corriente el AO, la baja impedancia de entrada y la alta impedancia de salida, la tensiónumbral del diodo y el nivel de continua de salida. Para ajustar este último, se puede añadir R , que6

afectará a la frecuencia de corte del filtro paso alto.

El segundo detector de pico propuesto (figura 2c) [3] resuelve los problemas de impedanciade entrada y salida, tensión umbral del diodo y ajuste del nivel de continua, pero sigue limitado envelocidad porque AO1 debe suministrar la corriente para cargar C .3

El tercer detector de pico propuesto (figura 2d) supera todas las limitaciones anteriores. Sebasa en un comparador que compara la tensión de entrada con la que había anteriormentealmacenada en el condensador C . Si la entrada es mayor, se carga más el condensador. La3

ganancia del comparador es muy alta, de manera que puede dar la corriente necesaria para cargarC rápidamente. Si la entrada es menor, se conserva el valor anterior, aunque se deja que R drene3 5

una cierta carga para poder seguir las posibles fluctuaciones de la tensión de pico. La tensión de C3

se mide con un seguidor de baja corriente de entrada, para no alterar su carga. Este seguidor seincluye en el lazo de realimentación para que sus errores de cero tengan menor repercusión en lasalida.

Cualquiera que sea el detector de pico empleado, C debe ser un condensador con poca3

absorción dieléctrica. Son preferibles, por tanto, los de teflón, poliestireno, polipropileno ocerámicos NP0.

Figura 1. Esquema del sensor capacitivo angular

Vp

R1

R2

R3

C1

C2

Cs

R4

(Vo)-

a

+ Vcc

R6

R5 C3

Vsb

R5 C3

--

AO1AO2

TL082

Vs

c

+ Vcc

+

-

C3R5

AO Vs

- Vcc

+

-

d

(Vo)

(Vo)

(Vo)


Figura 2. Pseudopuente y detectores de pico para el sensor capacitivo



Determinar la expresión de v en función de V , C , C , R y R , suponiendo inicialmenteo p s 1 1 2

que R es infinita.3

Cuestión 1 ¿Qué condición deben cumplir los elementos del puente para tener v = 0 V cuandoo

el ángulo es 0E?

Cuestión 2 ¿Cuál es la expresión de la sensibilidad de v a C ?o s

Si el cero del puente se ajusta con R y la sensibilidad mediante V , los dos ajustes son2 p

independientes. Para la frecuencia de alimentación, f , hay que tener en cuenta la limitación dep

velocidad del AO. Para R se puede tomar entonces como criterio que su impedancia sea 100 veces3

mayor que la que presente C a la frecuencia de alimentación. Si se supone que la ganancia del1

detector de pico será 1, y que por lo tanto los 10 mV/pF hay que conseguirlos en v ,o

Cuestión 3 ¿cuáles son los valores adecuados para V , C , R , R , f y R ?p 1 1 2 p 3

Montar el circuito de la figura 2a, empleando inicialmente en vez del sensor uncondensador. Para calibrar la salida se emplearán dos condensadores bien conocidos, C = 22 pF,mín

C = 390 pF. (En realidad se emplean dos condensadores con tolerancia y derivas, pero a efectosmáx

de simplificación de la práctica se suponen de valor constante e igual al nominal.) Ajustar primeroel cero con R y luego el fondo de escala con V .2 p

- Observar que en el ajuste de cero influye el CMRR finito del AO, que a f es bastantep

reducido. Para cercionarse de que con el ajuste de R se está obteniendo la salida mínima,2

hacer el ajuste observando simultáneamente en el osciloscopio la entrada V y la salida v .p o

Calcular el filtro paso alto (C , R ) de modo que la tensión v esté libre de interferencias2 4 o

debidas a las líneas de 50 Hz. Tener en cuenta que R no debe cargar excesivamente al AO.4

Cuestión 4 ¿Cuáles son los valores adecuados para C y R ?2 4

Diseñar el detector de pico de la figura 2b. Considerar el efecto de R en el filtro paso alto,6

y que interesa recuperar las fluctuaciones de C de hasta 1 Hz. Verificar el funcionamiento dels

conjunto amplificador-detector.

Cuestión 5 ¿Cuáles son los valores adecuados para C , R y R ?3 5 6

Diseñar el detector de pico de la figura 2c. Verificar su funcionamiento sin conectarlo alamplificador. Observar si hay efectos debidos a la velocidad de subida de los AO.

Diseñar el detector de pico de la figura 2d. Verificar primero su funcionamiento sinconectarlo al amplificador, y luego al conectarlo a éste. Observar si hay efectos debidos a lavelocidad de subida del comparador. El comparador utilizado tiene un transistor de salida con elcolector y el emisor sin conectar. En el caso presente se conecta el colector a +V y el emisor acc

masa. Esto determina la polaridad indicada para los terminales 2 y 3. En otros montajes, lapolaridad es la opuesta.


Conectar el sensor angular y verificar el funcionamiento del conjunto. Medir la tensióncontinua de salida, v , mediante un voltímetro digital.s

Cuestión 6 ¿Cuáles son los valores de v correspondientes a los ángulos de entrada entre 0E ys

180E, en incrementos de 15E?

Si se admite que cuando el sensor es de placas concéntricas hay proporcionalidad entre elángulo y la capacidad, y cuando es de placas excéntricas no hay proporcionalidad,

Cuestión 7 el sensor empleado, ¿es concéntrico o excéntrico?

Si la ley de variación de la capacidad con el ángulo es del tipo C " 1/2², s

Cuestión 8 ¿qué utilidad podría tener este tipo de condensador variable?


Deducir la expresión de la capacidad en función del ángulo de giro 2 y del radio R de lasplacas para el sensor capacitivo de la figura 1 en el caso en que las placas sean concéntricas.

Cuestión C1 ¿Cuál es la expresión de C ?s

Deducir la expresión de la capacidad en función del ángulo de giro 2, del radio R de lasplacas y de la distancia entre centros "a", para el sensor capacitivo de la figura 1, en caso de que lasplacas no sean concéntricas.

Cuestión C2 ¿Cuál es la expresión de C ?s

Una forma de verificar si R influye poco en el equilibrio del puente de la figura 2a, es3

montarlo sin el AO, y ver si es necesario reajustar R para tener el puente equilibrado.2

Observar el desfase entre la entrada y la salida del amplificador de alterna cuando se intentaajustar el cero. El CMRR finito dificulta la obtención de una salida nula.

Cuestión C3 ¿Cuál es el desfase entre la señal de modo común a la entrada y la salida queproduce?

Cuestión C4 Si el demodulador fuera coherente, ¿se eliminaría este error?

Estudiar cómo queda limitada la velocidad de carga del condensador del detector de pico por lamáxima corriente de salida de la etapa previa.

Cuestión C5 ¿Cuál es la máxima velocidad de cambio de tensión en cada detector de pico?



7.1 Si se monta un sensor de reactancia variable simple (no doble) en un puente, ¿es posibleponer resistencias en los otros tres brazos? ¿Por qué?

7.2 En un sistema de medida basado en un sensor modulador de reactancia variable donde sedesee obtener una salida en forma de tensión continua proporcional a la magnitud medida,¿cuántos ajustes cero hacen falta? ¿Por qué?

7.3 Si en el puente de alterna de la figura 2b se ajusta el cero con una resistencia y lasensibilidad con C , ¿son independientes los ajustes de cero y de ganancia?1

7.4 Enumerar 4 limitaciones importantes del detector de pico de la figura 2b.

7.5 ¿Qué tipo de dieléctricos son adecuados para un condensador que se vaya a emplear en undetector de pico?

7.6 ¿Qué interés tiene la inclusión del AO de salida en el lazo de realimentación del detector depico de la figura 2d?

8 Bibliografía


[2] S. Franco. Design with operational amplifiers and analog integrated circuits. Apartado 5.8.Nueva York: McGraw-Hill, 1988.


Práctica 7. Bolómetro resistivo con demodulador coherente 6363

Práctica 7. Bolómetro resistivo con demodulador coherente

1 Presentación

Se estudia la relación entre la tensión aplicada a una bombilla incandescente y latemperatura de su filamento. La medida de la temperatura se basa en la radiación emitida por elfilamento, empleando otra bombilla como bolómetro resistivo. El cambio producido en el sensor esmuy débil y para detectarlo se emplea un demodulador coherente basado en un amplificador conconmutación de ganancia.

2 Objetivos


1 Comprender el funcionamiento de los radiómetros y pirómetros de radiación

2 Entender la necesidad de detectores coherentes para mejorar la relación señal-ruido

3 Diseñar un detector coherente para baja frecuencia

4 Diseñar circuitos que incluyan interruptores analógicos, y que resuelvan las limitacionesimpuestas por sus tensiones de alimentación

5 Diseñar circuitos analógicos con alimentación unipolar, empleando amplificadoresoperacionales ordinarios


La relación entre la tensión aplicada a una bombilla y la temperatura del filamento es nolineal. (Este es precisamente el fundamento de algunos métodos de protección de los activadores dedichas bombillas [1].) El estudio de esta relación ofrece un caso simple para medir la temperatura adistancia mediante radiometría.

El filamento de una bombilla emite una cantidad de radiación electromagnética que dependede la temperatura que alcanza [2]. Esta temperatura depende, a su vez, de la temperatura y la


emisividad de los otros cuerpos que haya en el entorno de la bombilla. Si la bombilla se encierra enun recinto de paredes negras, la temperatura del filamento dependerá de la tensión aplicada a labombilla y de la temperatura ambiente. Cuando se alcance el equilibrio térmico, habrá unintercambio de energía constante, y las paredes y la bombilla tendrán una temperatura determinada.

Si en una apertura de dicho recinto se coloca un sensor, éste alcanzará una temperatura quedependerá de la radiación incidente y ésta dependerá a su vez de la temperatura ambiente y de latemperatura del filamento emisor. Si se conecta en un puente resistivo el sensor junto con otroidéntico de referencia, podremos cancelar el efecto a las variaciones de la temperatura ambiente enla respuesta del sensor activo. Para evitar las derivas con la temperatura de los errores de cero delos amplificadores operacionales, alimentamos el puente con una señal alterna. La señal dealimentación se puede emplear entonces como referencia para demodular la salida del sensor [3].Ya que interesa conocer sólo la temperatura media del filamento, tras el demodulador se puedeponer un filtro paso bajo con banda de paso muy estrecha, que, por lo tanto, dejará pasar muy pocoruido.

Como sensor de radiación se emplea una bombilla más pequeña que la emisora. Laradiación incidente que sea absorbida calentará el filamento y provocará un cambio en su resistenciaeléctrica. Los detectores de radiación basados en la transformación de la radiación incidente encalor se denominan bolómetros [2]. Como no se pretende determinar la temperatura del filamentoemisor, sino tan sólo la relación tensión-temperatura, no hace falta calibrar la respuesta deldetector.


En la figura 1a se muestra el circuito propuesto para detectar la temperatura media delfilamento. La bombilla a estudiar se alimenta a partir de una fuente de alimentación ajustable.

La bombilla que actúa como bolómetro se dispone en un puente junto con otra dereferencia, y la corriente en ella no debe autocalentarla de forma apreciable. Los amplificadoresoperacionales conectados al puente se alimentan con tensión unipolar sin estar previstos paraalimentaciones de este tipo. Por lo tanto, es necesario que la tensión en su terminal no inversor seadel orden de la mitad de la tensión de alimentación. Para ello se ha dispuesto un circuito que generaun tensión de referencia donde se conecta el puente y demás circuitos.

La bombilla que actúa como bolómetro va alimentada con una señal senoidal (figura 1a).Todos los componentes activos se alimentan con una tensión independiente de la que activa a labombilla emisora. De esta forma se evitan acoplamientos a través de la alimentación.

La señal de salida del puente se amplifica mediante un amplificador de instrumentación detres operacionales. Como la ganancia deberá ser elevada, hay que evitar que los errores de ceroreduzcan el margen dinámico e incluso lleguen a producir la saturación. Aunque las etapas estánacopladas en continua, la ganancia a baja frecuencia de la primera etapa es 1 debido al condensadorC . Para reducir la ganancia a altas frecuencias (y por lo tanto el ancho de banda de ruido) se1

añaden los condensadores C y C . El CMRR del amplificador de instrumentación, debido a las2 3

tolerancias de los componentes pasivos y las limitaciones de los activos, introduce un error aditivoen la señal de salida. Para ajustar el CMRR se han incluido dos redes de ajuste en el circuito. Lospotenciómetros P y P permiten ajustar la parte real e imaginaria, respectivamente, del CMRR a la3 2

frecuencia de la portadora, 1 kHz.

Vcc

+

-

+

L2 L3 L1

R1b R1a

Vin

1 kHz

TLO82

+ 15V

P1+ 15V

TL082

C2

R3

R13

R2

C1

R4

C3

C4

R15

P2

R14

R17

R18

R16

+ 15V

P3TL082

Vctrl

CD4053

R6 R7

+ 15VVa

OP07

+ 15 V

R5a

R5bC8

+

Vin

P4

C9 R22

+ 15V

LM311

R21

Vctrl

+ 15V

+VaR8 R9 R10

Cs C6

R11R12

C7

Vo

+ 15V

-

-


El demodulador coherente consiste en un amplificador cuya ganancia se conmuta entre +1y -1. La señal de conmutación se obtiene a partir de la señal de alimentación del puente mediante uncomparador, LM311, y un divisor RC que permite ajustar el desfase de las etapas de amplificación.El LM311 incluye, como etapa de salida, un transistor que tiene el colector y el emisor accesiblespara conexiones externas. Para que el AO del demodulador trabaje correctamente, cuando se deseatener ganancia -1 su entrada no inversora no se conecta a 0 V, sino a la tensión de referencia. Paraobtener esta tensión se utiliza un divisor de tensión, R y R , que incluye un condensador C para5a 5b 8

reducir las interferencias que puedan entrar por la alimentación.

La salida del demodulador se filtra paso bajo para eliminar la portadora y sus armónicas.Este filtro se ha elegido de tercer orden porque es el orden más elevado que se puede realizarempleando un único AO. Los amplificadores operacionales del demodulador y el filtro deben tenerbuenas prestaciones a baja frecuencia, pues procesan la señal de baja frecuencia de interés.

Figura 1. a) Circuito para la bombilla emisora cuya temperatura se desea medir y circuito para elbolómetro. b) Circuitos para obtener la tensión de referencia y la señal de control para el

demodulador



Medir con el multímetro la resistencia del filamento de la bombilla emisora en frío. Laresistencia en caliente se puede calcular sabiendo que la bombilla es de 12 V, 3 W. La tensión dealimentación estará comprendida entre 0 y 13 V y se tomará de la fuente de alimentación ajustabledisponible en el puesto de trabajo.

Cuestión 1 ¿Cuál es el valor de la resistencia del filamento de la bombilla emisora en frío(medida) y en caliente (calculada)?

Para el puente de medida con el bolómetro, se desea que la potencia disipada en la bombilladetectora no supere 1 mW para evitar que se caliente. Suponer que la resistencia de la bombillasensora es de 38 S a 25 C.o

Cuestión 2 ¿Cuáles son los valores adecuados para V , R , R y P ? Tener en cuenta lain 1a 1b 1

resistencia de salida del generador de funciones.

La variación máxima de resistencia de la bombilla detectora que se desea medir es del 1%.La ganancia se dividirá entre las dos etapas. La ganancia total del circuito, ganancia delamplificador de instrumentación más demodulador más filtro deberá permitir una variación de 1 Vaproximadamente a la salida del filtro para una variación de la resistencia de la bombilla detectoradel 0,5%. Teniendo en cuenta que interesa tener mayor ganancia en la primera etapa para evitar lasaturación del amplificador de instrumentación por los errores de cero de los operacionales, y que lafrecuencia de portadora es de 1 kHz, se puede diseñar la banda pasante de los amplificadores paraque sea 200 Hz - 5 kHz. Aunque este ancho de banda tan estrecho afectará a la ganancia obtenida a1 kHz, se puede ignorar este hecho pues el valor exacto de la ganancia no es crítico. El CMRRtambién quedará afectado por C y C , pero con la doble red de ajuste es posible cancelar este2 3

efecto a la frecuencia de trabajo.

Cuestión 3 ¿Cuáles son los valores adecuados para R , R , R , C , C , C , R , R R y R ?2 3 4 1 2 3 13 14 15 16

Para la red de ajuste de CMRR, escoger las resistencias de forma que R , R , P y17 18 2

P sean unas 5 veces mayores que R . 3 14

En el demodulador se desea que la ganancia conmute entre +1 y -1, y que el nivel decontinua en la entrada no inversora sea la mitad de la tensión de alimentación (15 V - 0 V)/2 = = 7,5 V.

Cuestión 4 ¿Cuáles son los valores adecuados para R , R , R , R , y C ?6 7 5a 5b 8

Se desea que el filtro de salida tenga una respuesta tipo Chebychev de 1 dB de rizado, confrecuencia de corte a 10 Hz y ganancia unidad. Empleando tablas normalizadas, o el programaFILTERPRO (Burr-Brown), o un equivalente (modificando ligeramente el circuito en estos casos),determinar los valores que deben tener los componentes.

Cuestión 5 ¿Cuáles son los valores adecuados para R , R , R , R , R , C , C y C ?8 9 10 11 12 5 6 7


La señal de control del demodulador se obtiene a partir de la señal de alimentación delpuente mediante un comparador y una red de desfase. Dicha red, formada por P , C y R , debe4 9 22

ajustar variaciones de fase entre la portadora a la salida del amplificador de instrumentacion y laseñal de control de 0 a 45 , sin cargar la salida del generador de funciones.o o

Cuestión 6 ¿Cuáles son los valores apropiados para P , C , R y R ?4 9 22 21

Montar y comprobar el funcionamiento del amplificador de instrumentación. Hacerlo etapaa etapa, y recordar que es necesario tener un nivel de tensión continua adecuado en el terminal noinversor de los amplificadores operacionales. Ajustar el CMRR del amplificador de instrumentaciónmediante P y P . Primero aplicar una señal de 1 kHz en modo común a la entrada del AI, y ajustar2 3

P hasta obtener a su salida una tensión mínima. Observar el desfase de la salida respecto a la3

entrada en modo común. Sin cambiar la entrada del AI, ajustar luego P para reducir más la salida,2

si es posible.

Nota: al manejar componentes CMOS tener en cuenta que son muy susceptibles a lasdescargas electrostáticas, incluso si están "protegidos". Los interruptores, en particular,carecen de resistencia de protección en serie con sus entradas, por razones obvias. Apartede no superar los límites en las tensiones de alimentación y de señal, conviene:

1. Conectar a V o V todas las entradas no utilizadas. La conexión a V se puedeDD SS DD

hacer con varias entradas unidas y una resistencia de 1 kS2 Los equipos de baja impedancia (generadores de funciones o de pulsos), hay que

conectarlos sólo cuando el circuito esté alimentado, y hay que desconectarlos antesde cortar la alimentación del circuito

3 No poner ni sacar los circuitos integrados de su zócalo sin interrumpir primero laalimentación

4 Evitar el contacto directo de los dedos con los terminales de los circuitos integrados

Montar y comprobar el demodulador y el circuito de ajuste de fase. Aplicarlo a lademodulación de una señal senoidal de 1 kHz, obtenida del generador de funciones.

Montar y comprobar el filtro empleando el generador de funciones. Conectar luego el filtroal amplificador de ganancia conmutada y verificar de nuevo el efecto del ajuste de fase a la salidadel filtro.

Conectar luego el demodulador a la salida del amplificador, y la entrada del amplificador alpuente de medida con el sensor. Verificar el efecto del ajuste de cero que hay en el puente demedida.

Montar y verificar el funcionamiento de la bombilla emisora a estudiar. Con las dosbombillas enfrentadas y dentro de un tubo negro, determinar la relación entre V y la temperaturacc

(tensión de salida), para incrementos de 1 V a partir de V = 0 V hasta 12 V.cc

Cuestión 7 ¿Cuáles son los valores de la tensión de salida correspondientes a los distintosvalores crecientes de V ?cc

Cuestión 8 ¿Cuál es la amplitud de la señal de entrada al amplificador cuando V tiene su valorcc

máximo?



Esperar un tiempo hasta que se enfríe la bombilla que se venía activando con tensiones cadavez mayores. Repetir de nuevo el estudio pero ahora a base de decrementar V hasta 0 V.cc

Cuestión C1 ¿Cuáles son los valores de la tensión de salida correspondientes a los distintosvalores decrecientes de V ?cc

La masa de las bombillas hace que su respuesta térmica no sea instantánea sino que sea detipo paso bajo. En la bombilla emisora esto tiene poca importancia si lo que deseamos es medir sutemperatura media. Pero en la bombilla empleada como bolómetro la constante de tiempo implicaun tiempo de respuesta finito.

Cuestión C2 ¿Cuál es el ancho de banda del sistema respecto a la frecuencia de activación de labombilla?

El CMRR finito del AI introduce un error a su salida. Esta tensión de error, sin embargo,no está en fase con la tensión de modo común de la entrada.

Cuestión C3 Si la salida debida a la tensión de modo común esta desfasada 90 respecto a lao

entrada, ¿qué ventaja tiene ajustar únicamente la parte real del CMRR en un sistemacon detección coherente?

La presencia de circuitos de conmutación es una fuente habitual de interferenciasconducidas. Observar cómo repercute en la salida del amplificador de instrumentación la supresióndel comparador LM311.


7.1 Prescindiendo de las posibles derivas en los componentes electrónicos, si cambiara latemperatura del ambiente donde esté el sistema de medida estudiado, ¿cambiaría la salida?¿Por qué?

7.2 En la figura 1a, ¿qué circuito determina finalmente el ancho de banda de ruido?

7.3 Si en lugar de utilizar detección coherente se empleara una simple rectificación seguida defiltrado paso bajo, ¿cuál sería cualitativamente la repercusión en el ruido del sistema?

7.4 Si un interruptor analógico de la familia CD4000 se alimenta entre 0 y 15 V, ¿cuál es elmargen de variación permitido a la señal de entrada para que el interruptor funcionecorrectamente? ¿Cuáles son los valores límite de la tensión de entrada para que elinterruptor no quede dañado?

7.5 ¿Sería conveniente añadir en serie con el terminal no inversor del AO demodulador, unaresistencia igual a la combinación de R y R en paralelo?6 7

7.6 ¿Por qué en los AO empleados en el circuito propuesto no se puede conectar el terminal noinversor a masa?


7.7 ¿Cuál es la relación aproximada entre la resistencia en caliente y la resistencia en frío deuna bombilla incandescente?

8 Bibliografía




71Práctica 8. Sensor inteligente para medidas ambientales

Práctica 8. Sensor inteligente para medidas ambientales

1 Presentación

Se trata de diseñar y realizar un sistema de medida de presión, temperatura y humedadambientales, empleando sensores convencionales junto con un microcontrolador (µC) que adquierala información y la almacene en una memoria EEPROM. El sistema debe registrar los datos durante1 semana. Posteriormente se leen los datos almacenados mediante una comunicación serie (RS 232)y se presentan en la pantalla de un ordenador personal.

2 Objetivos

Al acabar esta práctica el estudiante será capaz de:

1 Comprender las servidumbres impuestas por un sistema electrónico portátil alimentado abaterías

2 Diseñar una interfaz para un sensor con salida digital

3 Diseñar un termómetro basado en un convertidor temperatura-corriente

4 Diseñar sensores inteligentes basados en µC y sensores convencionales con salida analógica ydigital

5 Programar, simular y depurar circuitos basados en un µC con arquitectura RISC

6 Organizar un sistema de medida mínimo basado en un ordenador personal e interfaz decomunicación serie

3 Planteamiento

En un sensor inteligente varias de las tareas propias de un sistema de medida son anexas oestán incorporadas en el propio sensor. El controlador o procesador central se comunicadirectamente con el sensor, normalmente con señales digitales, simplemente para supervisión oinformación. Pero el procesado de la información del sensor, e incluso la toma de decisiones enalgunos casos, se realizan a nivel local.


En esta práctica se trata de diseñar y realizar un sistema capaz de registrar, cada hora, losvalores respectivos de la presión, temperatura y humedad ambientales durante 1 semana, ypresentar luego su evolución en la pantalla de un ordenador personal. Se supone que la presiónpuede variar entre 750 y 770 mmHg, la temperatura entre 15 y 35EC, y la humedad relativa entre el10 y 90%. La exactitud deseada en cada magnitud medida es, respectivamente, ±5 mmHg,±0,5EC y ±5%. Para los componentes electrónicos se supone que la temperatura ambiente tambiénpuede variar 20EC (15EC - 35EC). El sistema debe alimentarse con una pila de 9 V, 400 mAh. Lasespecificaciones de los sensores están en el manual de especificaciones.

El µC empleado es el PIC16C71, que tiene arquitectura RISC. En consecuencia, suconjunto de instrucciones es pequeño (35) y esto permite familiarizarse rápidamente con suprogramación. Las instrucciones son de 14 bits y dispone de una memoria EPROM de 1024x14para almacenar el programa. El bus de datos es de 8 bits. Incluye un convertidor A/D (CAD) conresolución de 8 bits, 4 canales de entrada multiplexados, amplificador de muestreo y retención(S&H), y contador de 8 bits. Dispone de un modo de funcionamiento SLEEP, que permite ahorrarenergía cuando algunas tareas sólo hay que hacerlas esporádicamente, como es el caso presente.Para mayor información sobre su arquitectura, instrucciones, mapa de memoria, etc., ver el manualde especificaciones.

El sistema de desarrollo disponible es el PICSTART-16B, que incluye una tarjeta paraprogramar el dispositivo y el software de ensamblado, simulación, y programación.

El µC se utiliza montado en una placa de circuito impreso (ya disponible) donde seencuentran los distintos periféricos que se utilizan en esta práctica. En el Anexo 8.1 se especificanla configuración y las prestaciones de esta placa.

En el Anexo 8.2 se da el listado y se comentan varias rutinas para el µC que se suministranpara facilitar la realización de la práctica. Estas rutinas permiten la escritura de la memoriaEEPROM mediante un bus I C y la lectura de la misma desde el PC a través del puerto serie.2

También se suministra una rutina que permite realizar retardos.

La práctica está distribuida en 5 sesiones. Antes de iniciarla se recomienda leer en elmanual de especificaciones los apartados relativos a la arquitectura del µC y sus especificacionesbásicas. Las tareas se distribuirán de la siguiente forma:

Sesión 1: Diseño, montaje y verificación de la interfaz para los sensores de presión,temperatura y humedad

Sesión 2: Adquisición continua de los datos medidos por los sensores mediante el µC.Familiarización con la programación del µC y utilización del sistema dedesarrollo

Sesiones 3 y 4: Programación definitiva del µC. Pruebas de adquisición de datos y su lecturamediante el PC

Sesión 5: Lectura y presentación de los datos almacenados

La semana entre las sesiones 4 y 5 se utilizará para la adquisición de las medidasambientales.


SESIÓN1

4 Circuito propuesto

Los sensores elegidos son: KP 101 A (Philips) para la presión, AD590J para la temperaturay 2322 691 90001 (Philips) para la humedad relativa. Las especificaciones de estos sensores se danen el manual correspondiente. La figura 1 muestra los circuitos de acondicionamiento propuestospara cada sensor. Las medidas de presión y temperatura dan salidas analógicas y se adquirirán através del CAD del µC. La medida de humedad relativa es en forma de frecuencia variable, por loque no necesita CAD; su adquisición se hará a través del contador del µC.

Los sensores y los circuitos de acondicionamiento se montan en una placa de 'topos' deforma que se puedan construir los circuitos acondicionadores propuestos u otro diseño realizado porlos alumnos y previamente comentado con el profesor.

Para la posterior conexión a la placa donde está montado el µC se debe respetar laasignación de terminales del conector existente entre las dos placas (CON1). Esta distribución estádescrita en el Anexo 8.1.

En esta primera fase, la alimentación de 5 V de los circuitos se obtendrá conectando lafuente de alimentación del laboratorio a los terminales 1 y 2 del CON1 (correspondientes a GND yVcc). Posteriormente será la placa del µC la que alimentará la placa de sensores.


Determinar los valores de los componentes del diseño elegido. Para el diseño delacondicionador de señal del sensor de presión, la tensión de alimentación del puente es de 2,5 V.

Al ser un sistema alimentado a pilas, hay que analizar el consumo de los circuitosempleados. Teniendo en cuenta que la adquisición de las tres variables medidas se hace sólo unavez cada hora, la alimentación de la parte analógica puede interrumpirse la mayor parte del tiempo.

(Nota: El amplificador operacional recomendado en el circuito de acondicionamiento deseñal, TLC2272, es una versión LinCMOS rail-to-rail de bajo consumo. Si no se dispone de élpuede sustituirse por un LinCMOS equivalente, TLC272, que no es de rail-to-rail pero es más fácilde encontrar.)

Determinar cuál es el tiempo mínimo durante el que se deben alimentar los circuitosanalógicos teniendo en cuenta una estimación del tiempo de estabilización térmica de los circuitosutilizados y el tiempo que necesita el µC para realizar las adquisiciones.

Estimar el consumo de los circuitos analógicos durante una semana teniendo en cuenta quelas adquisiciones se realizan cada hora.

Calibración de los sensores:


Sensor de presión: Al no disponer en el laboratorio de una referencia de presión cero, la calibracióndel sensor deberá realizarse a partir de la medida en dos puntos (presión ambiente y presiónambiente más 60 mmHg).

Los pasos a seguir para realizar la calibración del circuito propuesto son:

1. Mediante el ajuste de cero obtener una salida de 1 V, aproximadamente, a la presiónambiente

2. Aumentar el valor de la presión aplicada al sensor en 60 mmHg mediante unesfigmomanómetro. Ajustar la ganancia hasta incrementar la salida en 3 V. De esta forma lasensibilidad del circuito queda ajustada a 50 mV/mmHg

3. Reducir la presión aplicada al sensor hasta la presión ambiente. Volver a ajustar el cero alvalor deseado de 1 V

Sensor de temperatura: El sensor de temperatura se ajustará mediante el elemento Peltier tal y comose realizó en las prácticas anteriores.

Sensor de humedad: Al no disponer de una cámara climática en el laborario que permita variar lahumedad relativa, se tomará la humedad ambiental del momento de la calibración cómo referencia ya partir de entonces se realizarán las medidas teniendo en cuenta esta referencia.


Figura 1. Circuitos de acondicionamiento propuestos


SESIÓN 2

4 Solución propuesta

En esta sesión se pretende la familiarización con las herramientas de desarrollo del µCPIC16C71. Para ello se desarrolla y prueba un programa que permita adquirir las variables medidaspor los acondicionadores que se construyeron en la sesión anterior.

El sistema de desarrollo PICSTART-16B consta de una serie de programas que permitencompilar, simular y grabar el programa del µC, así como una placa hardware que permite grabar laEPROM del µC. Los programas del PICSTART-16B son los siguientes:

- Programa MPALC.EXE: permite compilar los programas escritos mediante un editorASCII. Las instrucciones para la utilización de esteprograma se encuentran en el fichero MPALC.TXT, delque existe una copia impresa en el laboratorio.

- Programa MPSIM.EXE: permite simular los programas compilados. Lasinstrucciones para la utilización de este programa seencuentran en el fichero MPSIM.TXT, del que existe unacopia impresa en el laboratorio.

- Programa MPSTART.EXE: permite grabar la memoria EPROM del microcontrolador.Este programa dispone de un HELP on line para resolverlas dudas que se presentan.

Existe un programa, SAMPLE.ASM, que distribuye el fabricante del µC a modo deejemplo de programación y simulación.

El programa que se propone desarrollar en esta sesión debe adquirir los datos ofrecidos porlos sensores y permitir la verificación del software desarrollado.

Este programa deberá constar de los siguientes pasos:

1. Configuración del µC:

. interrupciones: en esta fase no es necesaria ninguna interrupción.

. PORT B : en este caso pueden ser todo salidas.

. entradas analógicas.

. contador.

2. Activación de la alimentación para la placa analógica


. se activa el bit 2 de PORT B para conectar el terminal 0 de CON1 a GND (verAnexo 8.1).

3. Esperar el tiempo de estabilización de los circuitos analógicos

. se puede utilizar la rutina suministrada DELAY (ver Anexo 8.2).

4. Leer entradas AD

. seleccionar entrada (registro ADCON0, ver especificaciones del µC).

. esperar el tiempo de establecimiento del CAD.

. detectar el fin de la conversión.

. leer el valor adquirido y almacenar en memoria los datos del µC.

5. Leer contador

. poner el contador a cero.

. contar durante un intervalo igual al tiempo de puerta seleccionado.

. leer el valor adquirido y almacenarlo en la memoria de datos del µC.

6. Desconectar la alimentación de la placa analógica

7. Verificar el buen funcionamiento del programa (por ejemplo activando las salidas libresdel PORT B dependiendo de los datos adquiridos)

8. Volver al punto 2

5 Experiencias y comprobaciones

El programa se deberá escribir con un editor ASCII, compilar y simular antes de grabar lamemoria EPROM del µC. Estas pruebas con el simulador deberán ser exhaustivas para evitar lapérdida de tiempo que ocasiona borrar la EPROM del µC (aproximadamente 10 minutos). Elprograma de simulación permite generar un fichero de estímulos para poder verificar el buenfuncionamiento del programa (el fichero de estímulos no permite actuar sobre las entradasanalógicas pero sí sobre el control del CAD).

En este momento sólo nos interesa conectar el bit 2 del PORTB al transistor MOS quepermite alimentar la circuitería analógica, dejando los otros bits accesibles como entrada o salida enel CON1 para verificar el funcionamiento del programa desarrollado. Para conseguir esto hay queconfigurar los microinterruptores de la placa del µC adecuadamente (ver Anexo 8.1).

En esta sesión es interesante poder variar fácilmente las entradas que debe adquirir el µC,por lo que se aconseja no conectar los amplificadores y sensores montados anteriormente sinoconectar potenciómetros que permitan variar las entradas analógicas y utilizar el generador defunciones del puesto de trabajo para generar la entrada de pulsos de frecuencia variable.

Dato 1 Dato 2

10 ms

50 ms

Dato 3

.

1 ms


Figura 2. Visualización del funcionamiento del µC, mediante la activación las salidas digitales

Una posibilidad para visualizar el funcionamiento del µC consiste en activar alguna salidadependiendo de las entradas que podemos modificar (la tensión de las dos entradas a los CAD y lafrecuencia de la señal aplicada al contador). Un ejemplo puede ser activar dos salidas con los dosbits más significativos de los datos adquiridos de forma que podamos presentar estas señales en elosciloscopio tal y como aparece en la figura 2.


SESIONES 3 Y 4

4 Solución propuesta

En estas sesiones debe programarse el µC con el programa definitivo después de simularlo.También deberán realizarse las pruebas pertinentes que aseguren el buen funcionamiento delsistema, lo que nos permitirá dejar que funcione autónomamente durante la semana siguiente,adquiriendo las variables de presión, temperatura y humedad ambientales.

Los datos adquiridos cada hora durante una semana deberán almacenarse en la memoriaEEPROM, comunicada con el µC mediante un bus I C. Para ello puede utilizarse la rutina2

suministrada para escribir un dato en la memoria (rutina WRE2PROM en Anexo 8.2), que utilizalos bits 5 y 6 del PORT B para el bus I C.2

Calcular el tamaño de memoria necesario para almacenar los datos que se adquieren durantela semana. Si la frecuencia de adquisición es un poco mayor de 1 adquisición/hora se necesitaránmás posiciones de memoria.

Calcular cuál es la frecuencia de adquisición máxima que podemos permitir con la memoria24C04 de Xicor que dispone de dos bancos de memoria de 256 bytes (las especificaciones de estamemoria están en el manual).

Para ahorrar energía, y dado que el µC está la mayor parte del tiempo sin hacer nada, seutiliza la función SLEEP. La señal para despertar al µC se genera mediante un oscilador basado enun circuito 7555. Esta señal de despertar, Wake Up, se aplica al bit 7 del PORT B configuradacomo interrupción.

Aunque las especificaciones del circuito 7555 indican que se puede tener un período deoscilación de varias horas, las corrientes de fugas de los condensadores habituales reducen elmáximo período disponible a unas decenas de segundos. La frecuencia de oscilación elegida paraesta práctica es de 1 pulso/30 s aproximadamente. De esta forma puede seguirse el proceso sin tenerque esperar durante tiempos exesivamente largos.

Dado que se produce un Wake Up cada vez que hay una transición en el PORT B, el µC sedespierta cada 15 s. El programa completo se deberá ejecutar sólo cuando ha transcurrido una hora.En los otros casos se deberá incrementar un contador de Wake Up y volver a la situación de Sleep.Como sólo debe contarse hasta 240 se puede utilizar una sola palabra de datos del µC.

Una vez almacenados los datos en la memoria, deberán leerse mediante el puerto serie deun PC. El puerto serie se conecta a los bits 0 y 1 del PORT B. El bit 0 se utiliza como interrupciónen el µC para despertarlo y ejecutar la rutina (E2PROMPC en Anexo 8.2) que envía el contenido dela memoria al PC a través del puerto serie. También se suministra el programa LEEPROM.C (verAnexo 8.2) para ejecutarlo en el PC y leer, a través del puerto serie, los datos de la memoria.


5 Experiencias y comprobaciones

Se deberá ampliar el programa realizado en la sesión anterior de forma que después dehaber adquirido los tres datos ambientales los guarde en la memoria. Posteriormente el µC deberá ira SLEEP, y despertarse por interrupción.

(Nota: Es conveniente colocar una instrucción NOP a continuación de la instrucciónSLEEP, puesto que el µC siempre ejecuta la siguiente instrucción después del SLEEP antes desaltar a la rutina de servicio de interrupciones)

Es interesante continuar actuando sobre alguna de las salidas libres del PORT B (quedanlibres los bits 3 y 4) para poder verificar el correcto funcionamiento del programa.

También es interesante diseñar el programa de forma que cuando se llena la memoria no seescriban más datos, indicando esta situación externamente. De esta forma se evitará perder datos yse tendrá un aviso de que no se han guardado las últimas adquisiciones.

El programa se deberá iniciar cuando se realice una puesta a cero (reset) que consistirá enuna desconexión momentánea de la alimentación ya que el terminal de reset del µC está conectadodirectamente a Vcc.

Las rutinas de interrupción necesarias, así como su configuración, se suministran yaparecen comentadas en el Anexo 8.2. También se dan algunos detalles sobre otras configuracionesdel µC así como los mapas de memoria de datos y programa para las rutinas suministradas.

Para verificar el buen funcionamiento del sistema puede hacerse una ejecución acelerada deforma que se realicen las adquisiciones de una semana en poco tiempo. Para ello el oscilador 7555de la placa del µC dispone de un puente que permite pasar la frecuencia de 1 pulso/15 s a una de 2pulso/s de modo que se puede realizar todo un ciclo de adquisiciones en dos minutos.

Una vez realizadas las adquisiciones se deberá probar el programa de lectura desde el PC através del puerto serie.

Al acabar todas las pruebas deberá volverse a la frecuencia de 1 pulso/hora y disponer elsistema para que esté adquiriendo durante toda la semana siguiente. Hay que tener en cuenta losmárgenes de medida de las variables deseadas a la hora de elegir el lugar donde se situará el equipo.


SESIÓN 5

4 Solución propuesta y experiencias

En esta sesión se deben leer los datos adquiridos por el µC durante toda la semana ypresentarlos mediante el PC.

La presentación de los datos queda totalmente abierta al estudiante y se aconseja lapresentación gráfica, la comparación con algunos valores de referencia (por ejemplo los de laprensa diaria), la corrección de la medida de presión o humedad según los datos adquiridos de latemperatura, etc.

Los datos leídos por el programa COMSENS.C se almacenan en tres arrays (uno por cadavariable de la EEPROM). Se aconseja modificar este programa y salvar los datos leídos en unfichero para poder manipularlos cómodamente sin necesidad de leer cada vez la memoriaEEPROM.


ANEXO 8.1

Placa µC y periféricos

Esta placa se entrega totalmente montada y en ella están instalados el microcontrolador, losperiféricos necesarios y los conectores para la placa analógica y el puerto serie del PC.

En las siguientes figuras aparecen el esquema eléctrico y la disposición de los diferentescomponentes. Las especificaciones de los diferentes componentes aparecen en el manual deespecificaciones de las prácticas. A continuación se da una breve descripción de cada componente ysu función dentro de la placa.

PIC 16C71: µC arquitectura RISC.

24C04: memoria EEPROM utilizada para almacenar los datos adquiridos. Se comunica con el µCmediante bus I C conectado a los bits 5 y 6 del PORT B.2

7555: circuito análogo al multivibrador 555 pero realizado en tecnología CMOS, que es de bajoconsumo. Es el encargado de proporcionar una señal de 1 pulso/15 s para despertar al µC cuandoestá en situación de SLEEP.

S1: puente para variar la frecuencia de oscilación del 7555. El puente permite seleccionar elcondensador adecuado para conseguir la frecuencia de 2 Hz, para las pruebas, o de 1 pulso/15 spara la adquisición durante toda la semana.

MAX666: regulador de bajo consumo. Se utiliza para obtener, a partir de la pila de 9 V, la tensiónestable necesaria de 5 V. Es de bajo consumo (Quiescent Current 6 µA), ya que es uno de loscircuitos que están siempre conectados.

VN10KM: transistor MOSFET. Se utiliza para desconectar la alimentación de la placa analógicadurante los tiempos en los que no hay adquisición y así disminuir la potencia consumida. Eltransistor está conectado entre el pin 0 del conector CON1 y masa. La puerta del transistor estáconectada al bit 2 del PORT B del µC de modo que, activando esta salida a nivel alto, se alimenta laplaca analógica.


MICROINTERRUPTORES: existen dos grupos de 4 microinterruptores, cada uno conectados alPORT B del µC. Estos interruptores permiten conectar o desconectar el PORT B de los periféricosexistentes en esta placa de modo que en la posición ON el pin del PORT B está conectado alconector CON2 y a los periféricos mientras que en la posición OFF solo está conectado al CON2.

MSW1 MSW2. bit 0 PORT B . bit 7 PORT B. bit 1 PORT B . bit 6 PORT B. bit 2 PORT B . bit 5 PORT B. bit 3 PORT B . bit 4 PORT B

CON1: conector entre la placa del µC y la placa analógica. Las conexiones son las siguientes:

pin 1: GND para circuitos analógicos. Conectada a masa a través deltransistor MOS cuando se activa bit 2 de PORT B.

pin 2: Vcc para circuitos analógicos. Siempre está conectada a la salida delregulador, 5V.

pin 3: GND

pin 4: RA4/RTCC (pin 3 del PIC16C71)

pin 5: RA3/AIN3/Vref (pin 2 del PIC16C71)

pin 6: RA2/AIN2 (pin 1 del PIC16C71)



CON2: conector entre la placa del µC y la placa analógica. Las conexiones son las siguientes:

pin 1: RB0/INT (pin 6 del PIC16C71)

pin 2: RB1 (pin 7 del PIC16C71)



pin 5: RB4 (pin 10 el PIC16C71)

pin 6: RB5 (pin 11 el PIC16C71)



CON1

CON2MSW2

U2

C7

U3

C3

C6

U1

C1

C2

S1R6

Q1

R1 J1

U4

MSW1

C5

R7

R2

R3

R4R5


CON3: conector para el puerto serie del PC. Las conexiones son las siguientes:

pin 1: Vcc

pin 2: Comunicación desde µC a PC

pin 3: Comunicación desde PC a µC

pin 4: GND

En el circuito hay otros componentes para el oscilador del µC. Este oscilador está realizadomediante una resistencia de película metálica de valor 100 kS y un condensador NP0 de valor 20pF, lo que permite una frecuencia de oscilador de 300 kHz aproximadamente.

Figura 3. Disposición de los componentes en el circuito impreso


Figura 4. Circuito correspondiente a la realización en la placa de circuito impreso


ANEXO 8.2

Rutinas suministradas para el PIC16C71

A continuación se detallan las rutinas suministradas para el desarrollo de la práctica con susmapas de memoria. También se comenta un ejemplo de configuración del µC y una rutina deinterrupciones. Al final se comenta el programa en C para la lectura, desde PC, de los datosalmacenados en la memoria EEPROM. Al final de este anexo aparecen los listados de las rutinas.

Rutinas para el PIC16C71:

- WRE2PROM:

Permite escribir un byte en la EEPROM a través del bus I C. El dato a escribir debe almacenarse en2

el acumulador y la dirección a grabar en DIRE2P. El banco de datos se elige medianteBANCOE2P, donde se aceptan los valores 0 y 1. Devuelve un 0 en el acumulador cuando laescritura se ha realizado sin problemas y un 1 cuando la escritura no se ha podido realizar.

- E2PROMPC:

Al llamar a esta rutina se envía todo el contenido de la memoria al PC a través del puerto serie.Esta rutina debe ejecutarse sólo cuando se ha detectado una interrupción en INT (bit 0 de PORTB).Este tipo de interrupción se provoca cuando se conecta el conector del PC y este envía una señal desincronización. Si se ejecuta la rutina RUTINT, que gestiona todas las interrupciones, no esnecesario llamar a E2PROMPC directamente.

- RUTINT:

Es la rutina que gestiona las interrupciones. Permite detectar las interrupciones siguientes:

Interrupción INT: cuando detecta un cambio en esta entrada ejecuta la rutinaE2PROMPC para enviar datos a través del puerto serie.

Interrupción RB7: al detectar un cambio en esta entrada se produce un Wake Up quedespierta al procesador de la situación de SLEEP.

Interrupciones RB4,RB5,RB6: si se detecta una de estas interrupciones (que no se pueden

enmascarar independientemente de RB7) se hace un reset del vectorde interrupción y se vuelve a la situación anterior.

Las demás interrupciones deberán estar inhabilitadas por configuración.- DELAY:


Permite generar un retardo en la ejecución del programa entre 1 y 256 ms. El número demilisegundos a retardar debe situarse en el acumulador. Debido a que el reloj del µC se haconstruido con una resistencia y un condensador, la frecuencia de oscilación depende de latolerancia de estos componentes. Para hacer más precisa esta rutina, la constante CLKPIC se deberáajustar en función de la frecuencia de oscilación medida en el laboratorio.

Configuraciones:

Para el correcto funcionamiento de las rutinas anteriores hay que tener en cuenta las siguientesconfiguraciones de interrupciones y PORT B.

Interrupciones:

Deben permitirse las interrupciones de INT y del PORT B (en particular se utiliza la RB7).(Nota: La interrupción INT debe estar configurada para activarse con el flanco de bajada.)

PORT B:

- bits 0 7 y 5 como entradas.- bits 1 2 y 6 como salidas.- bits 3 y 4 no son utilizados por los periféricos. Se aconseja definir el bit 4 como

salida, ya que al definirlo como entrada puede provocar interrupcionesindeseadas.

Mapas de memoria:

Las rutinas comentadas anteriormente utilizan las posiciones de memoria de datos de 0Dh a 1Fh.

Las posiciones de memoria de datos a partir de 20h y hasta 2Fh quedan libres.

Para la memoria de programa se debe tener en cuenta que las posiciones desde 0000h hasta 0004hestán reservadas para vectores de reset e interrupción. En el compilador se deberán escribir lassiguientes instrucciones:

org 0000h goto INICIO (etiqueta donde comienza el programa)

org 0004h goto RUTINT (se ejecuta la rutina de interrupción)

org 0005h A partir de aquí se puede escribir el programa.

Programa lectura EEPROM desde PC:


Al ejecutar el programa COMSENS.C (conectando previamente PC y PIC) se envían una serie depulsos para provocar la interrupción del µC y despertarlo de la situación de SLEEP. Después deestablecer la sincronización, el µC lee la memoria EEPROM y envía los datos al PC mediante elpuerto serie. El programa COMSENS.C devuelve los arrays PRES, TPRA y HUM de 170 bytescada uno con los datos de las tres magnitudes contenidas en los bancos 0 y 1 de la memoriaEEPROM.

Listados de rutinas para el PIC 16C71

LIST C=123,P=16C71,N=66 ;Opciones del ensamblador

;*******************************************************************; RUTPIC.ASM; Práctica de sensores; Sensor inteligente para medidas ambientales;*******************************************************************;;;*******************************************************************

;*******************************************************************;***Constants definides*********************************************;*******************************************************************

DX equ 01h ;bit del port B configurado como salida RS-232RX equ 00h ;bit del port B configurado como entrada RS-232CARRY equ 00h ;bit de Carry del registro de statusD_UN_BIT equ .17 ;Constante para la rutina de retardo de un bit

;D_UN_BIT=[OSCIN/(4*BAUD)-13]/3 ;D_UN_BIT no puede ser nunca menor que 1! ;OSCIN es la frecuencia de oscilación del circuito RC

SCL equ 06h ;bit del port B configurado como reloj del bus I2CSDA equ 05h ;línea de datos del bus I2CMW_I2C equ B'10100000' ;Dirección I2C del dispositivo de memoria,escrituraMR_I2C equ B'10100001' ;Dirección I2C del dispositivo de memoria,lecturaN_MOST equ .170 ;Número de muestras a adquirir de cada magnitudCLKPIC equ .5 ;Constante para ajustar la rutina DELAY a 1ms en función

;de la frecuencia del uC (OSCIN);Td(1ms)=[12*CLKPIC+26]*4/OSCIN

;****************************************************************************

;*****************************************************************************;***Dirección de las variables definidas**************************************;*****************************************************************************

PRESSIO equ 0Dh ;valor leido de la presiónTEMPERA equ 0Eh ;valor leido de la temperaturaHUMITAT equ 0Fh ;valor leido de la humedad

DELVAL equ 10h ;valor para la rutina de delayDELVAL1 equ 11h ; " " " " "DELVAL2 equ 12h ; " " " " "XCount equ 13h ;número de bits enviados por el port serie RS-232 o I2CXmtReg equ 14h ;Byte a transmitir RS-232 o I2CDlyCnt equ 15h ;Registro para la rutina de retardo de un bitTempo equ 16h ;Variable temporalDIRI2C equ 19h ;Dirección I2C del dispositivoDIRE2P equ 17h ;Dirección de la memoria donde se graba y lee el byte

BANCOE2P equ 18h ;Banco de la memoria donde se accede (1 o 0)M_Data equ 1Ah ;Dato a escribir en la memoriaN_Mos equ 1Bh ;Número de muestras grabadas en la memoria


L_Bloc equ 1Ch ;Longitud del bloque transmitido por RS-232CONTA_WK equ 1Dh ;Número de veces que se tiene que despertar para hacer

; una adquisición

W_C equ 1Eh ;Copia del acumulador, se puede utilizar para guardarloSTAT_C equ 1Fh ;en las rutinas de interrupción

STATUS equ 03h ;registros internosADCON0 equ 08h ;ADCON1 equ 08h ;ADRES equ 09h ;OPCIONS equ 01h ;RTCC equ 01h ;INTCON equ 0Bh ;PORTB equ 06h ;PORTA equ 05h ;;*************************************************************************

;**************************************************************************;***Definición de MACROS***************************************************;**************************************************************************

SDA_1 macrobsf STATUS,5 ;Selecciona la página 1bsf PORTB,SDA ;configura port B, SDA como entrada ("1")bcf STATUS,5 ;Vuelve a la página 0endm

SDA_0 macrobcf PORTB,SDAbsf STATUS,5 ;Selecciona la página 1bcf PORTB,SDA ;configura port B, SDA como salida ("0")bcf STATUS,5 ;Vuelve a la página 0endm

G_W macromovwf W_C ;Guarda una copia del acumuladormovf STATUS,0 ;Guarda una copia del statusmovwf STAT_Cendm

R_W macromovf STAT_C,0movwf STATUS ;Recupera el registro de statusmovf W_C,0 ;Recupera el acumuladorendm

INT_E macro ;Activa las interrupciones movlw B'10011000' ;configura interrupcionesmovwf INTCON ;(pág. 12 del manual) INT activa con el flanco deendm ;bajada.

INT_D macro ;Desactiva todas las interrupciones movlw B'00000000' movwf INTCON endm

;*****************************************************************************

;VECTOR DE RESET ********************************************************

org 0000h goto Inicio

;VECTOR DE INTERRUPCION***************************************************

org 0004hgoto Rutint

;PROGRAMA DEL USUARIO *****************************************************org 0005h


;*****************************************************************************;***Rutina WRE2PROM: escribe un byte en la E2PROM mediante el bus I2C ****;El byte que se envia tiene que estar en el acumulador,la dirección tiene ****;que estar en la variable DIRE2P y el banco en la variable BANCOE2P. ****;Devuelve un 0 si la escritura ha sido correcta ****;*****************************************************************************WRE2PROM movwf M_Data ;El registro M_Data contiene ahora el dato a escribir movlw MW_I2C ; btfsc BANCOE2P,0 ;Seleciona el banco donde se tiene que escribir iorlw B'00000010' movwf XmtReg ;Dirección a enviar del dispositivo I2C ;Transmisión de la dirección del dispositivo SDA_1 ; bsf PORTB,SCL SDA_0 ;Genera la condición de START call W_I2C ;Llama a la rutina de escritura de un byte al I2C movwf Tempo ;Comprueba si ha habido error en la transmisión btfsc Tempo,0 retlw 1 ;Devuelve 1 si ha habido error;Transmisión de la dirección de memoria bcf PORTB,SCL movf DIRE2P,0 ;Envia la dirección de memoria donde escribir movwf XmtReg call W_I2C movwf Tempo ;Comprueba si ha habido error en la transmisión btfsc Tempo,0 retlw 1 ;Devuelve 1 si ha habido error;Transmisión del byte a escribir bcf PORTB,SCL movf M_Data,0 ;Envia el byte a escribir movwf XmtReg call W_I2C movwf Tempo ;Comprueba si ha habido error en la transmisión btfsc Tempo,0 retlw 1 ;Devuelve 1 si ha habido error;Transmisión de la condición de STOP bcf PORTB,SCL SDA_0 bsf PORTB,SCL ;Genera la condición de STOP SDA_1 movlw .10 ;Espera 10 ms a que se haya grabado movwf DELVAL call Delay retlw 0

;RUTINA DE ESCRITURA DE UN BYTE AL I2CW_I2C movlw 8 movwf XCount ;palabras de 8 bitsl_wi2c bcf PORTB,SCL rlf XmtReg btfss STATUS,CARRY ;Comprueba el bit a enviar goto b_a0 SDA_1 goto cwib_a0 SDA_0 ;El bit está a 0 cwi bsf PORTB,SCL nop decfsz XCount ;Si XCount=0, genera un ciclo de ACK goto l_wi2c bcf PORTB,SCL ;Baja la línea de clock para permitir el ACK SDA_1 ;configurar port B, SDA como entrada bsf PORTB,SCL nop ;Epera el ACK btfsc PORTB,SDA retlw 1 ;No ha habido reconocimiento, sale devolviendo 1 retlw 0 ;Si ha habido reconocimiento, sale devolviendo 0 ;****************************************************************************

;****************************************************************************;*Rutina E2PROMPC (transmisión de toda la memoria por el port serie RS-232)**;****************************************************************************


E2PROMPC INT_D ;Desactiva todas las interrupciones movlw 0 movwf DIRE2P ;Inicializa la dirección por donde comenzará a leer movwf BANCOE2P ;Inicializa el banco a 0 movlw N_MOST ;Inicializa el contador de muestras grabadas en movwf N_Mos ;la memoria E2PROM envia movlw B'11111111' ;Envia por el port serie una palabra de sincronismo movwf XmtReg call Xmtr call Sincro0 ; X-0 sincro call Sincro1 ; 0-1 sincro call Sincro0 ; 1-0 sincro movlw .3 movwf L_BlocE_RS call RDE2PROM ;Envia en bloques de 3 Bytes (Presión,Temp.,Humedad) movf M_Data,0 movwf XmtReg call Xmtr call INC_Pt ;Incrementa la dirección y el banco de memoria decfsz L_Bloc goto E_RS decfsz N_Mos goto envia

goto Dormir2 ;No vuelve de la interrupción se queda en un lazo ;infinito hasta que se vuelva a generar otra ;interrupción de lectura de datos por el port serie.

; Rutinas sincro

Sincro0 movf PORTB,0 andlw B'11100111' movwf PORTB movlw .1 movwf DELVAL call Delay return

Sincro1 movf PORTB,0 iorlw B'00011000' movwf PORTB movlw .1 movwf DELVAL call Delay return

;RUTINA TRANSMISSION DE 1 BYTE POR EL PORT SERIE;La señal que se envia hacia el conector tiene que estar invertida '1'=0V, '0'=5V

Xmtr movlw 8 ;El registro Xmtreg contiene el dato a transmitir movwf XCount ;palabras de 8 bits bcf PORTB,DX call delay_bit call delay_bit bsf PORTB,DX ;Envia el bit de start nop ;ajusta la longitud del bit de start nop nopX_next call delay_bit ;Rutina de retardo de medio bit rrf XmtReg btfsc STATUS,CARRY ;Comprueba el bit a enviar bcf PORTB,DX ;El bit está a 1 btfss STATUS,CARRY bsf PORTB,DX ;El bit está a 0 decfsz XCount ;Si XCount=0, envia el bit de stop goto X_next; nop ;Ajusta el tiempo del último bit


nop nop nop nop nop call delay_bit bcf PORTB,DX ;Envia el bit de stop call delay_bit call delay_bit return

;*****************************************************************************;***RUTINA RDE2PROM:LEE UN BYTE DE LA E2PROM MEDIANTE EL BUS I2C**************;* La dirección a leer tiene que estar en DIRE2P y el banco BANCOE2P.El byte * ;* que se ha leido está en el registro M_Data. La rutina devuelve un 0 si la * ;* lectura ha sido correcta. *;*****************************************************************************RDE2PROM movlw MW_I2C ;Elige la dirección del dipositivo para escritura

btfsc BANCOE2P,0 ;Seleciona el banco donde se tiene que leer iorlw B'00000010' movwf XmtReg ;Dirección a enviar del dispositivo I2C ;Transmisión de la dirección del dispositivo SDA_1 ; bsf PORTB,SCL SDA_0 ;Genera la condición de START call W_I2C ;Llama a la rutina de escritura de un byte en I2C movwf Tempo ;Comprueba si ha habido error en la transmisión btfsc Tempo,0 retlw 1 ;Devuelve 1 si ha habido error;Transmisión de la dirección de memoria bcf PORTB,SCL movf DIRE2P,0 ;Envia la dirección de memoria donde leer movwf XmtReg call W_I2C movwf Tempo ;Comprueba si ha habido error en la transmisión btfsc Tempo,0 retlw 1 ;Devuelve 1 si ha habido error;Transmisión de la dirección del dispositivo para lectura SDA_1 ; bcf PORTB,SCL nop bsf PORTB,SCL movlw MR_I2C ;Elige la dirección del dipositivo para lectura

btfsc BANCOE2P,0 ;Selecciona el banco donde se tiene que leer iorlw B'00000010' movwf XmtReg ;Dirección a enviar del dispositivo I2C SDA_0 ;Genera la condición de START call W_I2C ;Llama a la rutina de escritura de un byte en el I2C movwf Tempo ;Comprueba si ha habido error en la transmisión btfsc Tempo,0 retlw 1 ;Devuelve 1 si ha habido error

;Lectura del byte de la memoria bcf PORTB,SCL call R_I2C bsf PORTB,SCL ;Genera la condición de STOP sin ACK SDA_1 retlw 0

;RUTINA DE LECTURA DE UN BYTE EN EL I2CR_I2C movlw 8 movwf XCount ;palabras de 8 bits bcf PORTB,SCLl_ri2c bsf PORTB,SCL rlf M_Data bcf M_Data,0 btfsc PORTB,SDA ;Comprueba el bit leido bsf M_Data,0 bcf PORTB,SCL decfsz XCount ;Si XCount=0, genera un ciclo de ACK goto l_ri2c SDA_0 retlw 0 ;Si ha habido reconocimiento sale devolviendo 0


;RUTINA DE RETARDO DE UN BITdelay_bit ;Rutina de retardo de un bit para el port serie movlw D_UN_BIT ;Td=(D_UN_BIT*3+5)*4/OSCIN movwf DlyCntvuelve decfsz DlyCnt goto vuelve return

;*****************************************************************************

;**************************************************************************;***Rutina RUTINT Rutina de interrupciones********************************;**************************************************************************

Rutint btfsc INTCON,1 ; se detecta el tipo de interrupción goto IntINT btfsc INTCON,0 goto IntRB retfie

IntRB movf PORTB,1 ;Carga el PORTB consigo mismo para desactivar

;el cambio bcf INTCON,0 ;Borra el FLAG de interrupción RB retfie IntINT bcf INTCON,1 ;rutina de servicio de la interrupción INT btfsc PORTB,RX ;comprueba que la línea continue estando a 0 retfie ;vuelve si no está a 0 goto E2PROMPC ;***************************************************************************

;***************************************************************************;***Rutina DELAY Retardo en milisegundos **********************************;***************************************************************************

Delay ;rutina delay en DELVAL*1 ms movlw .4 ; movwf DELVAL1 ; call Delay1 decfsz DELVAL goto Delay return Delay1 ;rutina delay en DELVAL1*1/4 ms movlw CLKPIC ;Td=[(3*DELVAL2+4)*DELVAL1+10]*4/OSCIN movwf DELVAL2 ; loop11 decfsz DELVAL2 goto loop11 decfsz DELVAL1 goto Delay1 return

;****************************************************************************

END


Listado programa lectura EEPROM desde PC:

#include <conio.h>#include <stdlib.h>#include <dos.h>#include <string.h>

#define N_b 3 /* Número de bytes por trama menos sync */#define N_MOST 170 /* Número de muestras por parámetro */#define com1base 0x3F8#define com2base 0x2F8

union REGS inregs, outregs;int velocitat=1200,i,j,m,l,n;unsigned char dat,sta,dat1[N_b],uk;unsigned int pres[N_MOST],tpra[N_MOST],hum[N_MOST];

void main(){

inregs.h.ah=0x0; /************ borrar la pantalla *************/inregs.h.al=0x03;int86(0x10,&inregs,&outregs);

inregs.h.ah=0x06; /************** Ventana título ***************/inregs.h.al=0;inregs.h.bh=0x1F;inregs.h.ch=0;inregs.h.cl=0;inregs.h.dh=3;inregs.h.dl=79;int86(0x10,&inregs,&outregs);textattr(0x40); cprintf("64444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444447");cprintf("5 PROGRAMA DE LECTURA PORT SERIE 5");cprintf("5 SENSOR INTELIGENTE PARA MEDIDAS AMBIENTALES 5");cprintf("5 DEE-UPC, 1994 5");cprintf("94444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444448");

/************************ ventana de datos **********************/inregs.h.ah=0x06;inregs.h.al=0;inregs.h.bh=0x1F;inregs.h.ch=5;inregs.h.cl=0;inregs.h.dh=24;inregs.h.dl=79;int86(0x10,&inregs,&outregs);

/************* programación del port serie ********/

inregs.h.ah=0x0;inregs.h.al=0x83; /* velocidad 1200, 8 bits, 1 stop bit, no paridad */inregs.x.dx=0x0; /* com1 */

int86(0x14,&inregs,&outregs);outportb(com1base+4,0x02); /* coloca DTR a -12 (activo) i RTS a +12 para alimentar */

/* preparación de la ventana de texto */

inregs.h.ah=0x02;inregs.h.bh=0;inregs.h.dh=24;inregs.h.dl=0;int86(0x10,&inregs,&outregs);

textattr(0x1F);

inregs.h.ah=0x06;inregs.h.al=1;inregs.h.bh=0x1F;


inregs.h.ch=4;inregs.h.cl=0;inregs.h.dh=24;inregs.h.dl=79;

uk=0;outportb(com1base,0);for(;!kbhit() && uk<N_MOST;)

{sta=inportb(com1base+5);if ((sta & 0x01)==0x01)

{dat=inportb(com1base);/* Espera palabra de sincronismo de trama */if(dat==0xFF)

{for(i=0;i<N_b;i++){

sta=inportb(com1base+5);for(;(sta & 0x01)!=0x01;) sta=inportb(com1base+5);dat1[i]=inportb(com1base);

}pres[uk]=dat1[0];tpra[uk]=dat1[1];hum[uk]=dat1[2];cprintf("no.%d Sy=%X Temp=%d Pres=%d Hum=%d ",uk, dat,tpra,pres,hum);uk++;

}}else{gotoxy(1,25);}

if ((sta & 0x02)==0x02) cprintf(" --> Overrun error");if ((sta & 0x04)==0x04) cprintf(" --> Parity error");if ((sta & 0x08)==0x08) cprintf(" --> Framing error");if ((sta & 0x10)==0x10) cprintf(" --> Received break");

if ((sta & 0x17) !=0){int86(0x10,&inregs,&outregs);gotoxy(1,25);}

}

inregs.h.ah=0x0; /************ borrar pantalla *************/inregs.h.al=0x03;int86(0x10,&inregs,&outregs);

}

97Práctica 9. Sistema de telemedida con fibra óptica.

Práctica 9. Sistema de telemedida con fibra óptica

1 Presentación

Se diseña un sistema de telemedida que acepta un margen de tensiones de entrada de 2 a 3V. La información se transmite a 5 m de distancia empleando una fibra óptica y modulación PWM.A la salida se obtiene el mismo margen de tensiones de 2 a 3 V. Todo el sistema funciona con unaalimentación simple (no simétrica) de +5 V.

2 Objetivos


1 Diseñar un sistema de telemedida basado en fibra óptica con modulación PWM

2 Comprender las limitaciones de los circuitos analógicos alimentados con tensión unipolar

3 Entender la necesidad de un doble ajuste de cero en los circuitos de telemedida

4 Diseñar un filtro activo empleando recursos profesionales


La telemedida con fibra óptica permite transmitir información en entornos con interferenciaselectromagnéticas fuertes sin necesidad de apantallar el medio de transmisión. Sólo el emisor y elreceptor, en los que se realiza la conversión de señal eléctrica a señal óptica, y viceversa, necesitanapantallamiento.

Una servidumbre que introduce la fibra óptica es debida a la falta de linealidad de losemisores de luz para un margen de tensiones grande. Por ello, y también para que variasinformaciones distintas puedan compartir una misma fibra, se modula con la señal de interés unportadora que luego se demodula en el receptor. El tipo de modulación empleado depende de losanchos de banda de la señal y del canal disponible, y también de factores adicionales como puedenser el consumo y el tipo de interferencias presentes en el sitio donde se mide.


Dado que en muchos casos la información se transmite en formato digital, los emisores ylos receptores de línea son a veces de tecnología TTL alimentados a + 5 V. Si se desea tener unaúnica alimentación, los circuitos analógicos deben poder trabajar entre 0 y 5 V, y esto limita elnúmero de dispositivos válidos.

La señal a transmitir es una tensión de muy baja frecuencia, con un margen de 2 a 3 V.Esta señal se puede tomar del generador de funciones, o puede proceder de uno de los circuitos delas prácticas anteriores.

Para señales de muy baja frecuencia, en telemedida es muy frecuente emplear modulaciónde impulsos en anchura (PWM). El modulador y demodulador son muy simples, pero hay que tenerla precaución de que a la entrada cero no le corresponda un impulso con anchura nula. Esto implicaun desplazamiento del cero que hay que corregir en el demodulador. La demodulación consisteentonces en detectar el valor medio de la señal recibida y corregir el nivel de tensióncorrespondiente a entrada cero.

Para los circuitos analógicos de baja frecuencia que deban ser alimentados con una tensiónsimple (no simétrica), la mejor opción son, en general, los amplificadores de tecnología CMOS. Suconsumo, error y derivas de cero, y margen dinámico de entrada y de salida, superan en estascondiciones de trabajo a los ofrecidos por los amplificadores bipolares previstos para alimentaciónsimple. Por razones de coste, sin embargo, se empleará aquí un AO de tecnología bipolar.


En la figura 1 se muestra el circuito completo. En el emisor hay 2 partes: el oscilador deportadora y el modulador PWM. La portadora es una señal cuadrada que se obtiene de un osciladorde relajación basado en la integración de una señal cuadrada y un comparador [2].

El modulador PWM es un comparador rápido con salida en colector abierto, a cuya entradano inversora se aplica la salida triangular del oscilador y a cuya entrada inversora se aplica la señala transmitir. (Obsérvese que con la configuración de salida elegida para el comparador, el terminalno inversor es en realidad el terminal negativo de entrada). Cuanto mayor sea la tensión de entrada,más breve será el tiempo durante el que la salida del comparador estará en el estado alto. (Podríahacerse también a la inversa).

El kit de fibra óptica disponible tiene, además de la fibra y los conectores, el LED, elfototransistor, y también el emisor y el receptor de "línea", que son los que exigen una alimentaciónentre 0 y 5 V. La señal de salida del receptor tiene niveles TTL y su valor medio se detecta con unfiltro activo de paso bajo. El amplificador de salida establece el nivel de cero en el punto deseado.El objetivo es tener un margen de 2 a 3 V a la entrada y a la salida.

-+Vr

R6a

R6b

C2

C3

+ 5V

LM358A

R8

RcR7 R10

+ 5V

C4

R9

VoLM358A

-

-

+ 5V

Rc1

Rc2

C1

+ 5V

R1R3

AO1

LM358A

Rd12

+ 5V

Vr

Vt

+ 5V

+ 5V+ 5V + 5V

+ 5VR2

R4

COMP1

LM311E R

Fibra

óptica

Vr

LM358A


Figura 1. Circuito propuesto para la telemedida con fibra óptica



Analizar el oscilador de portadora y determinar la expresión de su frecuencia de salida f eno

función de los valores de los componentes del circuito.

Cuestión 1 ¿Cuál es la expresión de f ?o

La frecuencia adecuada para la portadora no viene determinada por la fibra óptica sino porlos circuitos emisor y receptor. Según las especificaciones del fabricante, la principal distorsiónintroducida por el conjunto es la distorsión de anchura de pulso (pulse stretching), que depende delos umbrales del trigger Schmitt, que son fijos, y de la potencia incidente en el receptor de luz. Estadistorsión es prácticamente constante con la frecuencia, y es despreciable para frecuencias inferioresa 10 kHz. Por lo tanto, la frecuencia se puede elegir según convenga a los amplificadoresoperacionales utilizados.

Elegir una frecuencia de trabajo adecuada y dar valores a los componentes, suponiendo unaalimentación simple de + 5 V y que se desea tener un ciclo de trabajo del 50% para 2 V y del 10%para 3 V.

- El margen de salida típico de un operacional CMOS como el TLC274CN es de 0 a 3,8 V yla tensión de modo común que acepta a su entrada es de -0,3 V a 4,2 V. Para el LM358,que también acepta alimentación simple, pero fabricado con tecnología bipolar, el margende salida es de 0 a 5 V - 1,5 V = 3,5 V, mientras que el margen de tensión de modo comúnque acepta a su entrada es de 0 a 5 V - 2 V = 3 V.

Cuestión 2 ¿Cuáles son los valores apropiados para f , R , R , R , R , R , R , C y R ?o c1 c2 d12 1 2 3 1 4

Analizar el circuito de salida en el lado del receptor y determinar la expresión de v eno

función del valor medio de la tensión de salida del receptor, v , y de la tensión v aplicada a lar d

entrada no inversora del amplificador de salida.

Cuestión 3 ¿Cuál es la expresión de v ?o

Empleando el programa FILTERPRO, u otro equivalente, diseñar el filtro activo para teneruna frecuencia de corte 100 veces inferior a la portadora y una respuesta de 2E orden tipoButterworth.

Cuestión 4 ¿Cuáles son los valores apropiados para R , C y C ?6 2 3

Calcular los valores de los elementos del amplificador de salida para tener el margen detensiones de salida deseado.

Cuestión 5 ¿Cuáles son los valores apropiados para R , R , R , R , R y C ?7 8 9 10 c 4

Montar el circuito de la figura empleando salidas distintas de la fuente de alimentación parael emisor y el receptor. Cuidar de no exceder los 5 V que aceptan el emisor y el receptor de línea.


Proceder en el orden siguiente:

A Montar el oscilador y verificar su funcionamiento. Si se mide su salida con una sonda deosciloscopio que no sea divisora, puede que se perturbe el correcto funcionamiento delcircuito.

B Montar y verificar el funcionamiento del modulador aplicando una señal triangular adecuadaobtenida del generador de funciones.

C Montar y verificar el funcionamiento del demodulador, ajustando su nivel de salida para unaentrada cero en el modulador (señal cuadrada).

D Verificar el funcionamiento del enlace de fibra óptica empleando señales del generador defunciones o tensiones continuas obtenidas a partir de la fuente de alimentación.

E Conectar el conjunto y verificar su funcionamiento cuando a la entrada se aplica una señalcon un margen de 0 a 1 V.

Aplicar un escalón de tensión a la entrada y observar la variación de la salida con el tiempo.

Cuestión 6 ¿Cuál es la constante de tiempo del conjunto?


En el circuito de la figura 1 se emplea un comparador en el oscilador de portadora y otrocomo modulador. Estudiar la posibilidad de suprimir el comparador que se emplea como moduladory controlar directamente el ciclo de trabajo del oscilador de relajación con la señal de entrada.

Observar las tensiones aplicadas a cada uno de los terminales de entrada de losamplificadores operacionales del lado del emisor.

Cuestión C1 ¿Sería posible emplear en el lado del emisor componentes no previstos parafuncionar con alimentación unipolar?

Teniendo en cuenta el margen de tensiones a medir y un error aceptado del 1%, si laportadora se elige f = 1 kHz,o

Cuestión C2 ¿Cuál puede ser la máxima frecuencia de variación de la señal medida para que elfiltro activo pueda ser sustituido por un filtro pasivo de primer orden?



7.1 Enumerar 3 ventajas de los amplificadores operacionales CMOS sobre los bipolares cuandose alimentan con tensión unipolar.

7.2 ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene la modulación PWM para telemetría de señales de bajafrecuencia?

7.3 ¿Por qué son necesarios 3 ajustes en el circuito de la figura 1, si en principio elcomportamiento es lineal?

7.4 ¿Cuál es el orden correcto en que se deben realizar los 3 ajustes en el circuito de la figura1?

7.5 ¿Es necesario ajustar el offset de los amplificadores operacionales en este montaje?

8 Bibliografía



105Apéndice: Sugerencias para la realización de estas prácticas

Apéndice: Sugerencias para la realización de estas prácticas

A1 Comprobar el estado de todas las sondas utilizadas (BNC-BNC, BNC-Banana, etc.) enprevisión de posibles cortocircuitos, rupturas, etc. Tener en cuenta que un cortocircuito en la salidade ciertos circuitos integrados, por ejemplo, lleva a su destrucción.

A2 Comprobar la polaridad de la fuente de alimentación antes de conectarla al circuito.

A3 Estimar el consumo del montaje realizado, a partir de los datos del catálogo cuando se tratade circuitos integrados. Ejemplo: el OP-07C consume un máximo de 150 mW cuando estáalimentado a ±15 V y sin carga. Esto significa que drena unos 5 mA de cada una de sus dos líneasde alimentación. Un consumo exageradamente mayor es síntoma inequívoco de que se estádestruyendo un circuito integrado.

A4 Limitar la corriente máxima que puede entregar la fuente de alimentación, en función delconsumo previsto. Un consumo mayor dará lugar a una caída de la tensión de alimentaciónfácilmente detectable si dispone de indicador analógico. La conclusión inmediata es que deberevisarse el montaje.

A5 Cuando se manejen componentes CMOS tener en cuenta:

- No rebasar la tensión máxima de alimentación recomendada. - Las señales de entrada deben ser compatibles con las tensiones de alimentación, es decir,

V < V < V .SS in DD

- La carga en la salida debe ser 10 kS. - A pesar de que muchos de ellos incorporan una protección frente a las cargas

electrostáticas, evitar su contacto con las manos o con materiales poco conductores. Unaprecaución recomendable es intentar descargar el cuerpo tocando una masa metálica puestaa tierra, antes de tocar los componentes.

A6 El empleo de zócalos deficientes es una fuente de averías muchas veces difíciles de detectar,por lo que se recomienda comprobar su estado antes de montarlos en el circuito.

A7 Se recomienda hacer los montajes en placas de prueba que sean de calidad, en circuitoimpreso o en placa de "topos". Evitar la "cajas de conexiones" de las que no se tenga constancia deestar en buen estado, pues son fuente de muchas anomalías.


A8 Mantener todas las conexiones lo más cortas posible y mantener limpios los terminales deconexión.

A9 Si se conectan condensadores grandes a las entradas de señal de un circuito integrado,puede que al desconectar la alimentación se descarguen de tal modo que destruyan una unión pn, sies que las dos alimentaciones no se desconectan y se extinguen simultáneamente. Evitar, por tanto,el uso de condensadores de dicha forma.

A10 Desconectar primero las entradas de señal, luego las alimentaciones. Hay componentes quepueden quedar dañados si se procede al revés.

A11 Para las medidas con osciloscopio, emplear sondas divisoras. Evitar los cables coaxialescon terminales "banana". Su utilización provoca a veces cortocircuitos entre terminales próximos.

A12 Algunas fuentes de alimentación con salida ajustable dan una salida transitoria de valorelevado cuando se ponen en marcha. Cuando se emplean componentes muy susceptibles (CMOS) esaconsejable, por tanto, poner primero en marcha la fuente con los terminales de alimentación delcircuito desconectados, y luego conectar éstos.

En caso de que el montaje no funcione:

B1 Comprobar directamente en las patillas de alimentación de los circuitos integrados que lastensiones presentes son las adecuadas. No limitarse a la comprobación en los cables dealimentación.

B2 En un montaje que conste de varias etapas, comprobarlas sucesivamente desde la entradahacia la salida. De esta forma se puede localizar la zona del error.

B3 Un método rápido para comprobar el buen funcionamiento de un amplificador operacionalque funcione en su zona de trabajo lineal es mirar directamente la tensión diferencial en sus patillasmediante un multímetro que tenga entradas flotantes. Dicha tensión no debe exceder de unosmilivoltios.

B4 Para comprobar el funcionamiento de una etapa lineal, emplear los dos canales del osciloscopio: visualizar con uno la señal de entrada y con el otro la salida.


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)

PRÁCTICAS 1 y 2 Fecha NOTA: /

PRÁCTICA 1

CUESTIÓN 1.1 V = V =1T 2T

CUESTIÓN 1.2 I = I =N )N

CUESTIÓN 1.3 CRO DMM GF FA

CUESTIÓN 1.4 CRO DMM GF FA

CUESTIÓN 2.1 10 Hz 1 kHz 10 kHz 1 MHz

CUESTIÓN 2.2 Función Escala

CUESTIÓN 3.1 R = C .

CUESTIÓN 3.2

CUESTIÓN 4.1 (15 V) s (5 V) s

CUESTIÓN 4.2 (15 V) (5 V) VppVpp

Cuestiones complementarias

CUESTIÓN C1

CUESTIÓN C2 CMRR (50 Hz) = dB CMRR (20 kHz) = dB

CUESTIÓN C3 Rechazo Total = dB

CUESTIÓN C4 CMRR (50 Hz) CMRR (20 kHz)

CUESTIÓN C5 C . C .1 2

CUESTIÓN C6 Z = MS** pF

CUESTIÓN C7 (15 V) mVpp (5 V) mVpp

PRÁCTICA 2

CUESTIÓN 1 T = EC @ I = 1 A T = EC @ I = 0,5 A

CUESTIÓN 2 J =


CUESTIÓN C1 T - T = T - T =1 2 1 2

CUESTIÓN C2 J =

CUESTIÓN C3 J =

CUESTIÓN C4 J =


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)

PRÁCTICA nº 3 Fecha NOTA: /

CUESTIÓN 1 R =

CUESTIÓN 2 "(R ) = "(R ) =T P

CUESTIÓN 3 R = p0

CUESTIÓN 4 R =2

CUESTIÓN 5 dv /dT =

o

CUESTIÓN 6 T = P =max dis max

CUESTIÓN 7 R = R = R = C =1 2 3

CUESTIÓN 8 V = R = R = R =s a b c


CUESTIÓN C1 A = B =

CUESTIÓN C2 )R máx = )Tmáx =p

CUESTIÓN C3


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)


CUESTIÓN 1 Tipo Margen a Pa

CUESTIÓN 2 Error total = Pa

CUESTIÓN 3 Sensibilidad = mV/Pa

CUESTIÓN 4 R = R =o e

CUESTIÓN 5 t = r

CUESTIÓN 6 V =o

CUESTIÓN 7 R = R = R = R = R =1 2 3 4 5

CUESTIÓN 8 I = I =T(RMS) TSM

V = dv/dt =DRM

CUESTIÓN 9 V > I >GT GT

CUESTIÓN 10 Histéresis = Pa


CUESTIÓN C1 error total (10EC - 40EC) =

CUESTIÓN C2 error por carga = Pa


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)


CUESTIÓN 1 v = G = s

CUESTIÓN 2 Error total = g

CUESTIÓN 3 Error de cero máx. =

CUESTIÓN 4 R =o

CUESTIÓN 5 V mín =cc

CUESTIÓN 6 R = R = R = R = R =1 2 3 4 G

G = G =1 2

CUESTIÓN 7 R = R = C =5 6 2

CUESTIÓN 8


CUESTIÓN C1

CUESTIÓN C2 desfase =

CUESTIÓN C3 error por fluencia = g

CUESTIÓN C4 error de retorno a cero = g

CUESTIÓN C5 deriva = g/EC error = g

CUESTIÓN C6 deriva cero = µV/EC

CUESTIÓN C7 deriva cero total = µV/EC

CUESTIÓN C8 deriva = g/EC error = g

CUESTIÓN C9 deriva sensibilidad = g/EC

CUESTIÓN C10 error total = g/EC


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)


CUESTIÓN 1

CUESTIÓN 2 v =o

CUESTIÓN 3 V = f = C =p p 1

R = R = R =1 2 3

CUESTIÓN 4 C = R =2 4

CUESTIÓN 5 C = R = R =3 5 6

CUESTIÓN 6

CUESTIÓN 7

CUESTIÓN 8


CUESTIÓN 1 C =

s

CUESTIÓN 2 C =s

CUESTIÓN 3

CUESTIÓN 4

CUESTION 5 dv/dt = V/µs dv/dt = V/µs dv/dt = V/µs


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)


CUESTION 1 R = R = f c

CUESTIÓN 2 V = R = R = P =in 1a 1b 1

CUESTIÓN 3

R = R = R =2 3 4

C = C = C =1 2 3

R = R = R = R =13 14 15 16

CUESTIÓN 4 R = R = R =6 7 5a

R = C =5b 8

CUESTIÓN 5

R = R = R =8 9 10

R = R = C =11 12 5

C = C =6 7

CUESTIÓN 6 C = P = R = R =9 4 21 22

CUESTIÓN 7

1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V

7 V 8 V 9 V 10 V 11 V 12 V

CUESTIÓN 8


CUESTIÓN 1

12 V 11 V 10 V 9 V 8 V 7 V

6 V 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V

CUESTIÓN 2

CUESTIÓN 3


HOJA DE RESULTADOS

GRUPO (nombres)


CUESTIÓN 1 f =o

f = R = R = R = CUESTIÓN 2

o c1 c2 d12

R = R = R = R = C =1 2 3 4 1

CUESTIÓN 3 v =o

CUESTIÓN 4 R = C = C =6 2 3

R = R = C = CUESTIÓN 5

8 9 4

R = R = R =7 10 c

CUESTIÓN 6 J =


CUESTIÓN C1

CUESTIÓN C2 f =max

acondicionar señal de sensores ii

Documents