ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y DE
TELECOMUNICACIN UNIVERSIDAD DE CANTABRIA INSTRUMENTACIN ELECTRNICA
DE COMUNICACIONES (5 Curso Ingeniera de Telecomunicacin) Tema VII:
Acondicionamiento analgico de seales. Jos Mara Drake Moyano Dpto.
de Electrnica y Computadores Santander, 2005 Contenido:
VII.1Conversin tensin-intensidad e intensidad-tensin.
VII.2Amplificadores logartmicos. VII.3Multiplicadores analgicos.
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CAPITULO 7 ACONDICIONAMIENTO ANALGICO DE SEALES
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7.1 CONVERSIN TENSIN-INTENSIDAD E INTENSIDAD-TENSIN.
Enlasetapasmsbajasdecualquiersistemadeinstrumentacinesfrecuentequeserequiera
generartensionesqueseanproporcionalesaintensidades,presentesenelcircuito,e
inversamente, obligar a pasar por una carga una intensidad que sea
proporcional a la diferencia de potencial entre dos puntos del
circuito. Esto equivale a tener capacidad que disear circuitos que
realicen fsicamente dos de los cuatro tipos de fuentes
condicionadas que existen. Las otras dos fuentes condicionadas,
corresponden a los amplificadores idealesde tensin e intensidad ya
previamente estudiados. 2FUENTES DE INTENSIDAD CONTROLADAS POR
TENSIN. a) Fuente de intensidad sobre carga flotante (sin tierra).
Cuandolacargasobrelaquesedeseahacerfluirlacorrientedesalidanorequieretenerun
terminal a masa (es una carga potencialmente flotante), los
circuitos ms simples de conversin tensin a intensidad son los que
se muestran en las figuras.
Enamboscasos,sedefinelaintensidaddesalidaatravsdeunaresistenciaR,enlaque,
utilizandoelcerovirtualdelaentradadeloperacional,sehacecaerlatensindeentradayen
consecuencia por ella fluye una corriente vi/R; utilizando la alta
impedancia de entrada y la alta ganancia de tensin del
amplificador, esta intensidad se obliga a fluir tambin por la
carga. Rv=iio
Unadiferenciaimportanteentreambasconfiguracioneseselhechodequeenlainversora,la
totalidaddelaintensidadquepasaporcargadebesersuministradaporlafuentedetensinde
entrada.Porlocontrario,enlaconfiguracinnoinversora,lafuentedeentradanotieneque
suministrar ninguna intensidad.
Porelcontrario,lamximatensinVLmaxquepuedealcanzarlacargaessuperiorenelcaso
inversor que en el caso no inversor,
Esimportanterecordar,queenamboscasoslaintensidadquefluyeporlacargadebeser
suministradaporelamplificadoroperacional,yencasodequeestenodispongadesuficiente
capacidad, debe ser dotada de la correspondiente etapa de potencia.
v-VIIV=IIV=v214321T43T be |.|
\||.|
\| Ln Ln )I+I()I+I)(I-I(=I-I>)I+I()I-I(=)I+I()I-I(2 14 3 2 14
32 12 14 34 3 22Multiplicador analgico basado en un amplificador de
transconductancia OTA.
UnamplificadordetransconductanciavariableOTA,esun
amplificadorconentradadiferencialentensinysalidaen
intensidad,caracterizadoporunatransconductancia
entrada/salidagmcuyovalorpuedesercontrolada linealmente mediante
una intensidad de control Ic.
Lacapacidaddegenerarunaintensidaddesalida;proporcionalalproductodelatensin
diferencial de entrada; y de la intensidad de polarizacin Ic, se
puede utilizar para implementar multiplicadores analgicos. En la
figura adjunta se muestra el esquema interno de un amplificador de
transconductancia. En las pginas siguientes, se muestran las hojas
caractersticas del OTA CA3080 que corresponde a este circuito.
Elespejodecorrienteconstituidopor Q5-D4-Q6,aceptalaintensidadde
controlexternaIc,ylareflejacomo intensidad de emisor del par
diferencial Q2-Q4.Lasalidadiferencialen
intensidad,setransformaenintensidad desalidaIoatravsdelosespejosde
corrienteQ5-Q6-D4,Q7-Q8-D5,yQ9-Q10-D6.Laintensidaddesalidase puede
expresar como,
Aspectosimportantesquedebenserconsideradoscuandosetrabajaconunamplificadorde
transconductancia, son: 1)Lamximaintensidaddesalidaqueescapazde
proporcionar el circuito es Ic. 2) La linealidad de la intensidad
de salida respecto de la tensin diferencial de entrada, se basa en
la linealidad de laetapadiferencial,yestasoloesciertaparamuybaja
seal de entrada. IK = g siendo,
)v-v(IK = )v-v( g =Icm- + c - +mo I)v-v( K =I )I+I(I+II-I=I-Ic -
+ oQ QD DD DQ Q 4 32 11 24 3 I|I|c omax mV 0 |v-v|- +5 23 24 25
26Aplicaciones de los multiplicadores analgicos. Los
multiplicadores analgicos tienen importantes aplicaciones:
-Moduladores de amplitud. -Procesado analgico de seales. -Diseo de
circuitos osciladores controlados por tensin y moduladores FM.
-Diseo de amplificadores programables mediante seales externas.
-Diseo de filtros ajustables electrnicamente.
Asimismo,losmultiplicadoresanalgicossonlabasedeotrosmuchostiposdemdulosde
procesado analgico de las seales: Circuito de clculo del cuadrado:
Circuito divisor: El resultado es vlido solo si la realimentacin es
negativa, esto es, si v1 > 0 Circuito de clculo de la raz
cuadrada: Solo vlido si v1>0. Vv=vr21o vvV- =v0 =Vv v+v12r oro
12 v V=v==>Vv=v 1 r or2o1 27Multiplicador de 2 cuadrantes En la
figura se muestra un multiplicador de dos cuadrante realizado con
un amplificador
OTA.LaintensidaddepolarizacinsegeneraatravsdeunconvertidorV-I,realizadoconel
amplificadoroperacionalOA1,yeltransistorQ1.(EldiodoD1tienelamisindeevitarquela
unin base-emisor de Q1 se polarice muy inversamente y el transistor
se destruya). La seal de entrada, se amortigua mediante un divisor
de tensin formado por las resistencias R1 y R2 . La salida se
obtiene mediante un convertidor I-V, realizado con el amplificador
operacional OA2. En este circuito, la funcin de transferencia
entrada salida es,
Estemultiplicadoresdedoscuadrantes,yaqueIc,yenconsecuenciatambinvy,debenser
positivos. RR+RR vRvK =R)v-v(IK =R I- =v o2 12 xpyo + - c o o o
28Ejemplo: Diseo de un multiplicador de 2 cuadrantes utilizando un
OTA LM3080. Disear un multiplicador de dos cuadrantes con las
siguientes especificaciones: Diseo Diseo de la fuente de
intensidad: Rb y el diodo solo sirven para que la unin base-emisor
del transistor no se invierta en el arranque y alcance la tensin de
Zener que es baja. Rb= 680 Diseo del circuito de entrada del OTA:
Diseo del convertidor I/V de salida vx vy vo vx vy 10 10y xov vv
=10 10 xv5 0 yvR1 R2 R2RoRoRbRpRpvxvyvoip+ ++ - - -+12 +12+12 -12
-12 -12 pypRvi =Para que el OTA sea lineal =>ip0
