*spanishcaptions [unicode, charset=utf8, fontenc=EU1 EU2]spanishstringprocess BibliographyBibliografaCaptuloAppendixApndiceList of

Figuresndice de figurasList of Tablesndice de cuadrosIndexndice alfabticopgi-navasevase tambinDemostracinContentsndice

*spanishcaptionsspanishstringprocess PrefacioReferencesReferenciasAbstractResumenBibliog-

raphyBibliografıaCapıtuloAppendixApendiceList of FiguresIndice de figurasListof TablesIndice de cuadrosIndexIndice alfabeticoFigureFiguraTableCuadroPartParteAdjuntoCopiaaApaginaveasevease tambienDemostracionGlosarioContentsIndice *spanishdate

month1nameenero,febrero,marzo,abril,mayo,junio,julio,agosto,septiembre,octubre,noviembre,diciembreucmonth1nameEnero,Febrero,Marzo,Abril,Mayo,Junio,Julio,Agosto,Septiembre,Octubre,Noviembre,DiciembreMarch 16, 2015

1

LABORATORIO DE INSTRUMENTACION

INDRUSTRIAL

PRACTICA N1

March 16, 2015

Integrante 1: Juan Manuel Ortiz Vargas 20112005085Integrante 2: Stephany Catherin Sandoval Castro 20111005054Profesor: Ingeniero Ivan Ladino Vega

1. Problema

a. Calcule, monte y compruebe un conversor de voltaje a corriente que pre-sente las siguientes caracterısticas

a) Funcion de transferencia: 100uA/V

b) Rango de la carga aterrizada: de 0 a 2 K

c) Rango de corriente en la carga: [- 1,+1] mA

d) Que caracterıstica debe tener la impedancia de entrada de este dis-positivo. Mıdala.

e) Que caracterıstica debe tener la impedancia de salida de este dispo-sitivo. Mıdala.

b. Calcule, monte y compruebe un conversor de corriente a voltaje que pre-sente las siguientes caracterısticas:

a) Funcion de transferencia 100000V/A

b) Impedancia de entrada teorica: 0

c) Rango de voltaje a la salida: [-10,+10] V

d) Utilice el circuito de A-, como fuente de excitacion para este circuito

2

e) Que caracterıstica debe tener la impedancia de entrada de este dis-positivo. Mıdala.

f ) Que caracterıstica debe tener la impedancia de salida de este dispo-sitivo. Mıdala.

c. Calcule, monte y compruebe un sumador que cumpla con las siguientescondiciones

3

a) Funcion de salida:

V0 = −2V1 + 5V2 + 3V3 − 0.5V4 + V5 − 2V6 (1)

b) Impedancia de entrada mınima (en cualquiera de las entradas): 3K

c) Compensacion del voltaje de off-set

d) Use un solo amplificador operacional.

2. INTRODUCCIONLa instrumentacion busca como objetivo principal la exactitud o la precisionpara comprobar tanto los equipos (multımetro y fuente) como los dispositivos ausar (resistencias, operacionales) por medio de 3 montajes basicos. Un conver-tidor de voltaje corriente, es un montaje que con uso de amplificadores opera-cionales logra generar una corriente determinada dependiendo de la entrada devoltaje, en este caso sera una variacion de +/- 1 m A con una entrada de voltajede 15 partiendo de este circuito realizamos un convertidor de corriente voltajecon un rango de trabajo de 10V con una entrada de +/- 1 mA, por ultimo serealizara un sumador de entradas multiples, en todos estos montajes debemostener en cuenta el offset de los operacionales ya que el manejo correcto de estepuede permitir tener mejores mediciones. En este informe se podra ver todo elanalisis y diseno para lograr evaluar la precision y la exactitud de los circuitos,y el manejo adecuado de todos los elementos que puedan adicionarle errores alsistema con el es manejo del offset y el valor de las resistencias.

3. MARCO TEORICOLos convertidores de voltaje a corriente, tambien conocidos como amplificadoresde transconductancia, el cual acepta un voltaje a la entrada y entrega unacorriente lineal que depende de dicho voltaje de entrada.

Iout = A ∗ V i (2)

Un convertidor de voltaje a corriente debe ser independiente de la carga a lacual esta siendo sometido, lo cual se puede traducir como que debe tener unaresistencia de salida infinita.

En esta circuito se pueden encontrar dos variaciones de arquitectura: con cargaflotante o con carga aterrizada; Un convertidor de voltaje a corriente con cargaflotante usa la carga como elemento de realimentacion mientras que uno de carga

4

aterrizada no involucra dicha carga en el circuito de realimentacion.

La salida fuente de corriente Howland usa un amplificador operacional con re-alimentacion inversora y no inversora.

Un convertidor de corriente a voltaje, tambien conocido como amplificador detransresistencia, recibe una corriente de entrada y entrega un voltaje de salidalineal dependiente de dicha corriente de entrada.

Vo = −R ∗ Iin (3)

Cuando se tienen sensibilidades muy elevadas se pueden obtener valores de resis-tencias de valores irreales, por lo cual puede llegar a ser necesario hacer algunasmodificaciones en el circuito a utilizar para ası poder obtener valores de resis-tencias mas convenientes.

Los amplificadores operacionales tienen en su entrada unas pequenas corrien-tes llamadas corriente de polarizacion de entrada, los cuales debido a la altasensibilidad de estos circuitos pueden generar grandes errores en los resultadosobtenidos, por lo cual es recomendable usar dispositivos FET los cuales tienenunas corrientes de polarizacion de entrada mucho menores que otros dispositivos.

Para poder disminuir los errores dados por las corrientes de polarizacion se debeasegurar que las impedancias equivalentes vistas por la entrada inversora y noinversora sean la misma.

Puesto que la tension de salida es la combinacion lineal de las tensiones deentrada multiplicadas por una constante, se pueden dar condiciones de disenode modo que se tenga una red con impedancias de entrada iguales, tanto en laentrada inversora como en la no inversora.

4. METODOLOGIA

a. Teniendo la igualdad:R4/R1 = R2/R3 (4)

Io,max = Vin,max ∗ 1/R1 (5)

R1 = 10KΩ = R3 (6)

Para que la corriente de salida sea independiente de la carga se debe tener:

R2 = 0.1 ∗ R1 (7)

R2 = 1KΩ = R4 (8)

5

b.Vout,max = R ∗ Iin,max (9)

Vo = n ∗ V0,1 (10)

V0,1 = I0 ∗ 10KΩ (11)

n = 10 (12)

V0 = 100KΩ ∗ I0 (13)

c.V0 = −2V1 + 5V2 + 3V3 − 0.5V4 + V5 − 2V6 (14)

Asumiendo que las fuentes de alimentacion tienen la misma entrada y unaimpedancia de entrada menor a 3K:

V1 = V2 = V3 = V4 = V5 = V6 = Vin (15)

V0 = 4.5Vin (16)

Zin = Z+ = Z− = 20KΩ (17)

Rf = 40KΩ (18)

R0− = Rf /3.5 = 11, 4KΩ (19)

R1− = Rf /5 = 8KΩ (20)

R2− = Rf /3 = 13, 3KΩ (21)

R3− = Rf /1 = 40KΩ (22)

R1+ = Rf /2 = 20KΩ (23)

R2+ = Rf /0.5 = 80KΩ (24)

R3+ = Rf /2 = 20KΩ (25)

6

5. RESULTADOS

V in I salida15.013 0.00112.183 -0.00089.201 0.00065.908 0.00042.9997 0.00020.007 0-3.02 -0.0002-6.196 -0.0004-9.0911 -0.0006-12.03 -0.0008-14.993 -0.001

Tabla 1. Convertidor voltaje a corriente

I entradamA V salidaV1 -10.002

0.811 -8.120.611 -6.870.398 -40.206 -2.50.0026 -0.0276

-0.19605 1.95-0.405 4.035-0.602 5.99-0.8 7.96

-1.009 10.05Tabla 2. Convertidor voltaje a corriente

Funcion V in V out-2Vin1 -3.55 7.25-2Vin6 -3.29 6.69

-0.5Vin4 -2.13 1.075Vin2 -0.39 -1.9253Vin3 -2.42 -6.72Vin5 -7.26 -7.47Tabla 3. Sumador

7

Figure 1: Grafica de dispersion del convertidor de voltaje a corriente.

8

Figure 2: Grafica de dispersion del convertidor de corriente a voltaje.

Figure 3: Grafica de dispersion del convertidor del sumador.

9

Figure 4: Convertidor de voltaje a corriente.

10

Figure 5: Convertidor de corriente a voltaje.

11

Figure 6: Grafica del sumador.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

a. Es posible ver que el rango de voltajes aplicado a la entrada del sumadorvario entre aproximadamente -2V y 2V debido a que estos valores dabancomo limites superior e inferior de entrada para que el dispositivo no en-trara en zona de saturacion usando una polarizacion entre -15V y 15V lacual es la maxima para el dispositivo utilizado (LM353).

12

b. Debido a el numero de entradas que requeria el sumador, se comprobo laexactitud de las ganancias probando una por una y las que no se usabanaterrizandolas, los resultados vistos nos permitieron ver que la salida paralas entradas no inversoras tenian una disminucion en la salida de 0.5 V yen las entradas inversoras una disminucion de -0.5V, para mejorar esto, semodifico en unos cuantas unidades de ohmios la resistencia de referencia,obteniendo asi un valor mas aproximado a la ganancia individual de cadaaentrada.

c. Debido a que el convertidor de corriente a voltaje presenta una ganancianegativa, por ende dependiendo de la aplicacion puede ser necesario hacerque esta ganancia se vuelva positiva, bien sea haciendo un convertidor deimpedancia negativa o usando otro amplificador que permita invertir estaganancia

7. CONCLUSIONES

a. La medicion de offset debe ser medido sobre la misma topologıa de cir-cuito, ya que si variamos algun elemento del mismo el valor de offset queestamos midiendo no es el correspondiente al circuito y por ende se harauna correccion erronea aumentando el error en las mediciones.

b. Algunos de los problemas de precision dados en el sumador se atribuyen ala relacion entre los valores de las resistencias, debido a que la tolerancia deestas es aproximadamente del +/-10 porciento, esto genera, en resistenciasaltas (superiores a 10k), una alta diferencia con las resistencias teoricas .

c. las resistencias son dispositivos con una tolerancia grande lo que hace q seanecesario realizar varias mediciones de su valor real para lograr encontraraquellas q sean lo mas aproximadas la las teoricas reduciendo asi el nivelde error entre entre lo esperado y lo practico

d. Es posible ver que la corriente que se espera a la salida depende del vol-taje de polarizacion y este a su vez marca cuanto puede ser la resistenciamaxima que se puede colocar como carga.

13