Lección 03.ppt

Circuitos amplificadores de uso

en instrumentación

Lección 3

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Amplificador diferencial.

Vo

V1

R3

R4

V2 +

-

R2

R1

11

22

3

43

21

2o v

R

Rv

R

RR

RR

Rv

Si R2 = R4 y R1 = R3

)vv(R

Rv 12

3

4o

Si v1 = v2 = vic

ic1

2

3

43

21

2oc v

R

R

R

RR

RR

Rv

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Circuitos prácticos.

V1

V2

Salida

Sense

25k

INA105

V+

V-

Reference25k

25k25k

+

-

V1

V2

Salida

380k

INA117

V+

V-

Ref. A20k

380k380k

+

-

21,11kRef. B

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Amplificador de dos operacionales.

+

-

+

-

Vi+

VoA2

R1

C

RG

R5R4

R3

R2

Vi-

A1

(a)

+

-

+

-

Vi+

Vo

10k

RG

40k

10k

40k

Vi-

(b)

R5

C

3

7

+Vcc

INA126

5

4

6

8

1

2

-Vcc

ii

G

2

1

2o vv

R

R2

R

R1v

GG

2

1

2R

Ωk805GG

R

R2

R

R1

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Amplificador de tres operacionales.

+

-

+

-

Vi-

A1

RG R1

R1

Vi+

A2

R2

R2

R3

R3

A

B

C

D

Sense

Salida (Vo)

Referencia

ENTRADA

DIFERENCIAL

A3

ii

G

1

2

3o vv

R

R21

R

Rv

G

1d R

R21A

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Amplificador de ganancia programable (I).

PGA204 PGA205 A1 Ao1 1 0 010 2 0 1100 4 1 01000 8 1 1

GANANCIA SELECCIÓN

RED RESISTIVA DERETROALIMENTACIÓN

DIGITALMENTESELECCIONABLE (RG, R1)

PROTECCIÓNSOBRE-

TENSIONES

PROTECCIÓNSOBRE-

TENSIONES

A2

A1

Vi-

Vi+

25k

25k

25k

25k

Sense

Salida (Vo)

Referencia

A1

A0

Vo1 V+

DIGITALCOMÚN

AjusteVos Vo2 V-

1

6 7 98

5

14

15

18

4

13

12

11

10

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Amplificador de ganancia programable (II).

+

-

+

-

Vi-

A1

R1

R1

Vi+

A2

R

R

R

R

Sense

Salida (Vo)

Referencia

A3

R2

R4

R3

R3

R2

Ao

A1

SA

SB

I1A

I4B

I3B

I2B

I1B

I4A

I3A

I2A

LÓGICADE

CONTROL

V+

V-

VDDHABILITACIÓN

Vo1

Vo2

A.I.

MPX ANALÓGICODIFERENCIAL

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Amplificador de instrumentación. Parámetros

PARÁMETROS

GANANCIA

1 2 4 8 16

Error de ganancia (%) 0.05 0.05 0.1 0.15 0.15

No linealidad a 25ºC (%) 0.05 0.05 0.1 0.15 0.15

Deriva del error de ganancia (ppm/ºC)

0.5 0.5 0.5 0.5 1

Tensión de ruido (RTI) @ 0,1 - 10Hz (mVpp)

5 5 5 4 3

Corriente de ruido @ 0,1 – 10Hz (nApp)

60 60 60 60 60

Ancho de banda a 3dB (MHz) 4 2 1.1 0.65 0.35

Ancho de banda de potencia (MHz)

0.1 0.1 0.1 0.35 0.35

Slew rate, (V/ms) 6 6 6 24 24

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Amplificadores aislados (I).

Vi+

Vi-

+Vcc1

-Vcc1

+Vcc2

-Vcc2

Vo

(a) Aislamiento de dospuertos

Vi+

Vi-

Vo

-Vcc+Vcc

(b) Aislamiento de trespuertos

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Amplificadores aislados (II).

MODULADORDIGITAL

DEMODULADORFILTRO PASO

BAJOVs Vo

BARRERA DE AISLAMIENTO

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Amplificadores aislados (III).

ISO102. © ITES-Paraninfo

OSCI-LADOR

fo

+5 VSALIDA

DETECTORDE

FRECUENCIA

FILTRODE

BUCLE

FILTROPASOBAJO

fo

+5 VSALIDA

AJUSTEDESPLAZ. +Vcc2-Vcc1

BARRERA DEAISLAMIENTO

-Vcc2+Vcc1

REF1

REF2

VCO

VIN

BUCLE ENGANCHADO ENFASE PLL

Vo

(VSAL)

C2

COMÚNDIGITAL

COMÚNENTRADA

AJUSTE DEGANANCIA

Vi

DESPLAZ.0,5k

2,5k

24,5k

97,5k

VCO3pF

3pF

3k

3k

AMPL.

1

2

3 4 10

1112 13

14

15

16

21

22

23 24

COMÚNSALIDA

C1

fo

fo

of

9

Amplificadores aislados (IV).

COMÚNENTRADA

COMÚNSALIDA

Vs

Rs

Is

A1

A2

D1

R

D2

LED

Vo+

IsIs

BARRERA DEAISLAMIENTO

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Amplificadores aislados (V).

MODULADOR

DEMODULADORY FILTRO PASO

BAJO

OSCILADORRECTIFICADOR

Y FILTRO

V5

FB

G=1

IN+

IN-

COMÚNENTRADA

+VISO

SALIDA

1

2

3

4

5

+7,5

-7,5

ENERGÍA

SEÑAL

AD202

25kHz

Hi

Lo

Vo

+15V DC

MASA DE LAFUENTE DC

Vs V/F Vo

38

37

31

32

6

-VISO

SALIDA

V5

F/VV/F

AD202/20416

3,8

6,553

SEÑAL

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Amplificadores aislados (VI).

+Vcc

+Vcc1

X

(1)ISLA1

+-

-Vcc

+Vcc

+Vcc2

(2)

ISLA2

+-

-Vcc

ISLA3

CIRCUITO DEMEDIDA

+Vcc

-VccT

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Amplificadores aislados (VII).

+

-RF

Io

IMPEDANCIADEL

AISLAMIENTO

RIN

IL

COMÚN DELCIRCUITO DE

SALIDA

COMÚN DELA ENTRADA

ViCM

VS

RSIS VISOIMRR*

Ii

VISO

Vo

CMRR

ViCM

*IMRR en A/V

-

+

ZISO

BARRERA DE AISLAMIENTO

IMRR

VRiv ISO

Fso

FISOs

Fcso RIMRRV

R

R

CMRR

vvv

IMRR

V

R

R

CMRR

vvv ISO

s

Fcso

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Amplificadores aislados (VIII).

VS

VC

RS1

RS2

VISO

(2)

Vo

(1)

(a) (b), d

B

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Amplificador de transimpedancia (I).

CIRCUITO EQUIVALENTEIDEAL

CFA

SÍMBOLO

IS

+ ZmOLIC

VoIe

IF

(a)

+1

+

+1

RF

RB

Ie ZmOLVi

Vo

RG

Ie

CIRCUITO EQUIVALENTE REAL

(b)

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Amplificador de transimpedancia (II).

OLF

G

FOL

i

o

ZmR

R

R1Zm

v

v

G

F

i

o

R

R1

v

v

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+ ZmOLIC

Vo

Ie

(a)

+

RB

Ro

Vi

RF

RG

Am

pli

tud

de

la S

alid

a, d

B

Ganancia = 1Vcc = 15 V Ri = 150 Ohm Vi = 200 mV RMS

Frecuencia f, Hz

THS 3001TEXAS INSTRUMENTS

(b)

Amplificador de transconductancia (I).

IABC

Io

+V

IL

IoT

ABCm V2

Ig

B

1DCC1ABC R

VVVI

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IABC

(a)

Io Salida

V1

( )

( )

Io

Vcc

Vcc

Entradas

RB

IABC

(b)

VD1

Amplificador de transconductancia (II).

1B

1Dcc21

B1

B

1Dcc21mo0 V

R

VVVV

R

RRV

R

VVVRVgRIV

Cπ2RR

gRf

34

m3c

© IT

ES

-Par

anin

fo

IABC

Io

V1

R

RB

Vo

V2

MULTIPLICADOR ANALÓGICO

IABCVi

Vo

v

+VccR1

R2

R3

R4 C

RL

VccFILTRO ACTIVO

log f

A

3 dB

V1 V2 V3

fc1 fc2 fc3

Vo

Vi

(dB)

Amplificadores troceadores.

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+A2A1

A3

A4

CIRCUITO DECONTROL DE MODO

fM

Vi+

Vi-

S1

-RL1 RL2

CA CB

VREF

S2

Vo

(a)

(b)

A

Vi(f)

f

VA(f)

f

f

2fM

3fM

4fM

fMVB(f)

B

Amplificadores logaritmicos (I).

VinVin=100VxVin=10Vx

Vin=Vx

Ideal

Real

2Vy

Vy

oV=xVinV

log.yV

Vin VoLOG

Escalalogarítmica

x

i10yo V

vlogVv

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Amplificadores logaritmicos (II).

R

Ii

I = Ii

D

Vo

-Vi

I

VDIODO

I

V

+ -

I

V

o

i

o

io IR

vlog06,0

I

iln

q

kTv

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Amplificadores logaritmicos (III).

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Vo

Vi

G1

= NA dB

G = 0

G3

= (N-2)A dB

(b)

G2

= (N-1)A dB

A dB A dBA dBA dB

Vi

Vo

N = 4 CASCADA

(a)

Amplificadores logaritmicos (IV).

Vi

Vo

VoVi

N etapas

1

VoVi

Vi

Vo

G

1

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Amplificadores logaritmicos (V).

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2

1,5

1

0,5

2,5

3

1 10 100 1000300 V

I o2

(mA

)

ViRF (mV)

4 3 2 1

Suma de las corrientes de losdetectores individuales

(b)

1 2 3 4

SUMADOR

Vi

RFModulada

Vo1

A

BVo2 , Io2

G = 12 dB/etapa

RFModulada

Moduladora detectada

(a)

Selección de operacionales.

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BiFET

- Alta SR

CMOS

- Bajas tensiones

- Simple fuente DC

- Bajo consumo

- Operación RAIL to RAIL

Zin

Iin

VOSESTABLE

B

Io

- Muy bajo ruido

- Baja tensión offset

- Ad muy alta

BIPOLAR

Circuitos basados en operacionales con resistencias reales (I).

Vo

V1

R1

R2

V2 +

-11 RΔR

22 RΔR

21121

211212

11

22o v

ΔRRRR

ΔRRΔRRvv

ΔRR

ΔRRv

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Circuitos basados en operacionales con resistencias reales (II).

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Vo

+

-

Vio

R

C

(a)

Vo

+

-R

C

(b)

ib1

ib2

Circuitos basados en operacionales con resistencias reales (III).

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+

- Vo= 0

Vcc V

cc

Vi

R

C

Vcc

Vcc

+

-

Vcc V

cc

Vi

R

C

Vcc

Vcc

dtVRC

1V io

Circuitos basados en operacionales con resistencias reales (IV).

dod vR

R'Rv

CR'2π

1fmín

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Vi

VO

+

-R

C

R’

log f

)dB(Vi

Vo

RC2

1

IntegraAmplifica

(a) (b)

Circuitos basados en operacionales con resistencias reales (V).

+

-

R

C

VO

Vi

(a)RCπ2

1

A

1/

40dB/dec

Ad

Inestable

log f

(b)

RCjω11/β

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Circuitos basados en operacionales con resistencias reales (VI).

oCf2π

1R'

CR'2π

1fmáx

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Vi

VO

R’

(b)

+

-

R

C

log f

A

1/

Ad

RCπ2

1

Compensada

fo

Estable

(a)