Circuitos Convertidores-Electronica Analogica

Circuitos convertidores: El componente básico y necesario para los circuitos convertidores son los amplificadores operacionales los cuales se utilizan para el procesamiento de señales analógicas. En Operaciones Lineales es común usarlos como amplificadores, en operaciones de suma, resta, derivación, integración, etc. En operaciones no lineales se usan como comparadores, rectificadores, multiplicación, etc. Es común también usarlo para la generación de señales sinusoidales, cuadradas, triangulares, en fuentes de tensión y de corriente, filtros activos, convertidores analógicos y digitales. Una de las características comunes de los amplificadores Operacionales es de ganancia muy elevada, resistencia de entrada muy alta y resistencia de salida muy baja.

Los amplificadores operacionales ahora esta disponibles en literalmente cientos de tipos, con el símbolo universal mostrado, en donde las entradas (+) y (-) hacen lo que se espera: La salida se vuelve positiva cuando la entrada no inversora (+), se vuelve más positiva que la entrada inversora (-), y viceversa. Los símbolos (+) y (-) no significan que uno deba mantener uno positivo respecto al otro, o nada que se parezca. Ellos simplemente dicen la fase relativa de la salida (la cuál es importante para mantener la realimentación negativa) El uso de las palabras "no inversora" e "inversora" en lugar de "mas"" y "menos" ayudará a evitar confusión de Las

conexiones de la alimentación, usualmente no se muestran, y tampoco hay símbolo de tierra. Los amplificadores operacionales tienen ganancias de voltaje enormes, y casi nunca son usados sin realimentación. De Voltaje a Corriente. El convertidor de voltaje - corriente es un circuito capaz de mantener una corriente de salida constante al variar de la carga aplicada y lo que es sólo depende de la tensión aplicada en la entrada. Los convertidores se vuelven necesarios cuando se desea disponer de una corriente proporcional a una tensión dada. Partiendo de la utilización de la ley de Ohm se podría lograr lo mismo: I = V / R, donde la relación entre la corriente y la tensión está dada por 1/R. Pero en este caso la corriente dependerá de la resistencia de carga. Lo ideal sería tener una fuente de corriente con la capacidad de entregar una corriente constante, sin importar la carga que se le ponga. Observamos que la corriente de salida en la carga es función del voltaje de entrada, multiplicado por un factor (inverso de la resistencia) y además La corriente de salida tiene un valor dado por: I = Vin / R. Si la tensión de entrada Vin cambia, la corriente también, sin importar el valor de RL, Este circuito tiene la desventaja de que los dos terminales de la carga “flotan”, ya que ninguno de los terminales de salida está a tierra.

Ejemplo de convertidor de voltaje a corriente

Considere una fuente de voltaje (sensor, o dispositivo) que está generando tensión de 500mV. Determine una proporcionalidad de 10 a 1 en corriente, o de otra manera, determine el valor de las resistencias para que la salida sea 50mA. De acuerdo a la ecuación de la salida tenemos que:

   En donde podemos despejar el valor de R1:

  

De Corriente a Voltaje. El circuito convertidor de Corriente-Voltaje es un circuito que me da en la salida una tensión  que es proporcional a la corriente recibida en la entrada. En consecuencia, la tensión de salida no depende de la carga, pero depende solamente de la corriente de entrada.

Existen dos circuitos básicos los cuales son; Salida invertida

Siendo K la constante de traducción -R1. Salida no invertida

Por la masa virtual tenemos:

Los convertidores de corriente-voltaje o amplificadores de corriente son muy sencillos si se utilizan los amplificadores operacionales. Una fuente ideal de corriente tiene una impedancia de salida infinita y una corriente de salida independiente de la carga.

Ejemplo de convertidor de corriente a voltaje Considere una fuente de corriente (sensor, o dispositivo) que está generando una corriente de 10mA. Determine una proporcionalidad de 100 a 1 en voltaje, o de otra manera, determine el valor de Rf para que la salida sea -1V. De acuerdo a la ecuación de la salida tenemos que:    En donde podemos despejar el valor de Rf:

  

De Voltaje a Frecuencia. Los convertidores de frecuencia a voltaje son circuitos integrados que convierten un voltaje de entrada análogo en un tren de pulsos cuya frecuencia de salida es proporcional al nivel de entrada. Se utilizan en aplicaciones de conversión análoga a digital donde la velocidad no es un factor crítico, también operan como convertidores de frecuencia a voltaje y pueden ser utilizados como convertidores de señales digitales a análogas de baja frecuencia. 

Existen muchos diseños de circuitos convertidor Voltaje – Frecuencia y la complejidad del circuito a menudo nos da una idea del grado de linealidad y la máxima frecuencia de operación que tiene el mismo. La principal aplicación de este dispositivo es la implementación en una manera muy sencilla de una conversión analógica a digital. La razón para realizar este tipo de conversión es que es mucho más fácil transmitir y decodificar con precisión una serie de pulsos que una señal analógica, sobre todo, si la distancia a la que se debe transmitir la señal es larga y ruidosa.

Este diseño utiliza el circuito integrado LM3900 de 14 pines, qué consiste de cuatro amplificadores operacionales de propósito general, de alta ganancia que operan sin ningún problema con una sola fuente de alimentación. Esta fuente de alimentación puede tener valores que van desde los 2.2 hasta los 16 VDC. En el diagrama del circuito, se muestra un diseño que se puede utilizar para obtener frecuencias por debajo de aproximadamente 10 KHz. El funcionamiento del LM3900 consiste en: El amplificador A1 se conecta como un amplificador integrador y permitirá obtener en su salida (Vo1) una onda triangular y el amplificador A2 funciona como un Schmitt Trigger (disparador Schmitt). El amplificador A2 verifica la salida del amplificador A1 y controla el estado del transistor Q1 que: 

Derivará la corriente de entrada a tierra a través de la resistencia R2, haciendo que la salida Vo1 disminuya linealmente, o también…



Permitirá que la señal entre en el amplificador A1 causando que la salida Vo1 aumente linealmente con R1 = 2*R2.

Así la salida V01 es tiene la forma de una onda triangular y la salida V02 tiene la forma de una onda cuadrada y tiene una frecuencia que es linealmente

dependientes de los valores de resistencia R1 y del condensador C1 y de los niveles establecidos por el Disparador Schmitt. (Ver V+) De frecuencia a voltaje Los convertidores de frecuencia a voltaje son circuitos integrados que convierten un voltaje de entrada análogo en un tren de pulsos cuya frecuencia de salida es proporcional al nivel de entrada. Se utilizan en aplicaciones de conversión análoga a digital donde la velocidad no es un factor crítico, también opera como convertidores de frecuencia a voltaje y pueden ser utilizados como convertidores de señales digitales a análogas de baja frecuencia. La conversión F/V es conocida sobre todo por los problemas derivados de los instrumentos (desde los tacómetros para automóviles hasta los dispositivos de detección de radioactividad). Dentro de los convertidores de señales de voltaje a frecuencia o de frecuencia a voltaje se encuentran: LM331, LM2907 En el caso del LM331 el circuito para convertir de frecuencia a voltaje es

Se puede observar que La entrada esta formada por un filtro pasa altos con una frecuencia de corte mucho mayor que la máxima de entrada, lo que hace que el

pin 6 vea solo los saltos de la onda de entrada y de esta forma se obtiene una serie de pulsos positivos y negativos montados sobre la continua Vcc. Por otro lado, la tensión en el pin 7 esta fijada por el divisor resistivo y es aproximadamente ( 0,87 x Vcc ). Para el LM2907 que es un conversor de menor precisión y menos versátil que el LM331, ya que solo realiza la conversión de frecuencia en tensión. En su circuito interno incluye: un comparador de tensión en la entrada con una función de histéresis, una bomba de carga como convertidor frecuencia en tensión y un amplificador operacional con un transistor de salida.

Algunas aplicaciones de los convertidores de Frecuencia a Voltaje son: Control de velocidad de motores. Medición de flujo Demodulación de FM

Transmisión de datos. Aislamiento de sistemas Enlaces ópticos Interface de transductores con sistemas digitales. Telemetría de FM de bajo costo. Aislamiento de señales análogas

Un caso sencillo es aquel en el que la frecuencia de entrada está constituida por una secuencia de pulsos de forma y amplitud bien determinados con área constante. Las ecuaciones de operación son: V0 = - Vin RF Rs ( 1 + 2 P f RF C ) Con una constante de tiempo RC pequeña se tiene una respuesta rápida pero aumentará el rizo de la salida mientras que si la constante de tiempo RC es grande reducirá mucho la velocidad de respuesta del dispositivo.

Conclusión EL uso de los amplificadores operacionales en conjunto con otros elementos ha permitido el desarrollo de diferentes instrumentos, dispositivos que por sus

aplicaciones en la electrónica moderna han permitido la creación de artefactos que facilitan la realización de actividades en distintas áreas.