LABORATORIO IIAmplificador de instrumentacin

Rodrguez Amzquita Jimmy, Bedoya Joaqun, Osorio Galvis Katheryn

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA UDECFACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA

Resumen: La amplificacin de seales se realiza por medio de un amplificador de instrumentacin, la mayora de estos procedimientos introducen en la seal tratada ruidos indeseados que producen errores en el anlisis de las mismas, para evitar estos efectos se disean filtros que recortan las frecuencias no deseadas y permiten tener una seal correcta con las caractersticas deseadas.

Palabras Claves: Amplificador de instrumentacin, filtro, pasa bajo, pasa banda,

INTRODUCCIONTomar seales de valores pequeos (del orden de los mili-voltios) y amplificarlos, genera que estos sumen ruido a su caracterstica, este informe, muestra el procedimiento que se desarrolla para amplificar una seal de este tipo y luego su posterior tratamiento por medio de filtros pasa baja y pasa banda, para tener la seal deseada que sea susceptible de un correcto anlisis.MARCO TEORICOAmplificador de instrumentacinEl amplificador de instrumentacin es un amplificador diferencial tensin-tensin cuya ganancia puede establecerse de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que opere de acuerdo a su propia especificacin an en un entorno hostil. Es un elemento esencial de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional que ofrece caractersticas funcionales propias e independientes de los restantes elementos con los que interacciona. Para ello, se le requiere: a) Tengan unas caractersticas funcionales que sean precisas y estables. b) Sus caractersticas no se modifiquen cuando se ensambla con otros elementos. A los amplificadores de instrumentacin se les requieren las siguientes caractersticas: 1) Son amplificadores diferenciales con una ganancia diferencial precisa y estable, generalmente en el rango de 1 a 1000. 2) Su ganancia diferencial se controlada mediante un nico elemento analgicos (potencimetro resistivo) o digital (conmutadores) lo que facilita su ajuste. 3) Su ganancia en modo comn debe ser muy baja respecto de la ganancia diferencial, esto es, debe ofrecer un CMRR muy alto en todo el rango de frecuencia en que opera. 4) Una impedancia muy alta para que su ganancia no se vea afectada por la impedancia de la fuente de entrada. 5) Una impedancia de salida muy baja para que su ganancia no se vea afectada por la carga que se conecta a su salida. 6) Bajo nivel de las tensiones de offset del amplificador y baja deriva en el tiempo y con la temperatura, a fin de poder trabajar con seales de continua muy pequeas. 7) Una anchura de banda ajustada a la que se necesita en el diseo. 8) Un factor de ruido muy prximo a la unidad, Esto es, que no incremente el ruido. 9) Una razn de rechazo al rizado a la fuente de alimentacin muy alto.

Fig. 1: Modelo de un amplificador de instrumentacinFiltro pasa banda

Un filtro pasa banda es un selector de frecuencia. Permite seleccionar o pasar nicamente una banda particular de frecuencias de entre otras que pueden estar presentes en el circuito. En la Fig. 2. se muestra la respuesta normalizada en frecuencia. Este tipo de filtro posee una ganancia mxima a una frecuencia resonante Fr.

Fig. 2: Un filtro pasa banda tiene una ganancia mxima a la frecuencia de resonancia Fr. La banda de frecuencias transmitidas queda entre Fl y FhFiltro rechaza banda

Un filtro rechaza banda es llamado as por la forma peculiar de su curva de respuesta en frecuencia, que se ve en la Fig. 3. Las frecuencias indeseables quedan atenuadas en la banda de detencin B, las frecuencias deseadas son trasmitidas en la pasa banda que est a ambos lados de la banda rechazada.Es en teora la seal a la que se le resta la salida de un filtro pasa bandas.

Fig. 3: Un filtro rechaza banda trasmite frecuencias en la banda pasante y rechaza las frecuencias indeseables en la franja de detencin.

DESARROLLO DE LA PRCTICA

La prctica explota las bondades del Amplificador de instrumentacin encapsulado AD620, que es un amplificador de instrumentacin que tiene un comportamiento sumamente estable y amplifica voltajes en funcin de la relacin que presenta la resistencia Rg, ubicada entre las terminales 1 y 8 del encapsulado bajo la siguiente ecuacin.

El filtro pasa banda, permite que solo pase la frecuencia que nosotros escogemos como los rangos son entre 20 Hz y 150 Hz.

Asumiendo C=1F

Ahora:

Despejando R3

Para propsitos de montaje todos los capacitores son iguales, por lo tanto:

En la Fig. 4 Podemos observar el circuito que se implementa con los valores obtenidos

Fig. 4: Circuito de Amplificador de instrumentacin y filtro pasa bandaEl diseo del filtro rechaza banda se tom para eliminar la banda de los 60 Hz frecuencia introducida por la red y que se desea quitar para optimizar el anlisis de la seal en cuestin, para esto se adelantaron los siguiente anlisis.

Tenemos las condiciones de diseo ya planteadas como:

Asumiendo el valor de C1=1F

Por lo tanto:

Con estos anlisis se implementa el circuito elctrico mostrado en la Fig. 5.

Fig. 4: Circuito de Amplificador de instrumentacin y filtro rechaza bandaEl amplificador de instrumentacin permite un amplificar una seal de 120mV hasta 2.64V como lo muestra la Fig. 5, es importante anotaqr que en este punto las dos seales comparten la misma frecuencia (24.34Hz) y la misma fase

Fig. 5: Circuito de Amplificador de instrumentacin en implementacin real.No basta solo amplificar una seal es muy importante realizar la etapa de filtrado, cuando se interconecto la seal amplificada con la etapa de filtrado se obtienen los resultados mostrados en la Fig. 6, esta respuesta, desfasa la seal de salida con respecto a la entrada, que en teora seria el resultado esperado con la etapa de filtrado pues cambia la frecuencia de la seal de salida para obtener la frecuencia dentro de los parmetros diseados.

Fig. 6: Circuito de Amplificador de instrumentacin y posterior etapa de filtrado (amarilla-seal de entrada, azul-seal de salida)El efecto es ms visible al aumentar las frecuencias pues la seal comienza a perder amplificacin con mayores frecuencias de entrada.

CONCLUSIONES

El amplificador de instrumentacin AD620, a pesar de su costo, es una excelente herramienta en el proceso de amplificacin de seales, por su estabilidad y simplicidad en el manejo. Los filtros pasivos presentan problemas en la implementacin a pesar de ser ms simples en su diseo, mientras que los filtro activos son algo ms complejos en su diseo pero su implementacin es mas segura La etapa de filtrado necesita de un correcto y concienzudo procedimiento de diseo e implementacin.

REFERENCIAS

ELECTRONICA DE POTENCIA. Daniel W. Hart. Pearson Educacin S.A. Madrid 2001. ELECTRONICA. Allan R Hambley. 2 Edicin Pag: 906. AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES. Robert F. Coughlin. Prentice Hall. Cap 11 Instrumentacin electrnica, Enrique Mandado Perez.