DISEÑO CIRCUITO CERO Y SPAN

DISEÑO CIRCUITO CERO Y SPAN

Según los criterios de diseño, para el siguiente problema se plantea la elaboración de un circuito CERO y SPAN con salida de voltaje entre  que permita operar un sensor de temperatura el cual entrega  y que su rango de oscilación este entre los . Teniendo en cuenta lo anterior, se implementarán amplificadores operacionales estableciendo los siguientes parámetros:[pic 1][pic 2][pic 3]

• Rango de operación del sensor en términos de temperatura y voltaje.

[pic 4]

[pic 5]

• Rango del voltaje de operación final de entrada y salida del sistema, para determinar la ganancia que manejara el sistema.

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

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[pic 11]

• Ganancia del sistema.

[pic 12]

[pic 13]

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Para simular el sensor de temperatura descrito y que se cumpla que cada  se utiliza el LM35, el cual tiene un rango de operación de  a  en su configuración estándar.[pic 15][pic 16][pic 17]

 [pic 18][pic 19]

Imagen 1. Configuración básica sensor temperatura LM35.

Lo siguiente es limitar el sensor para que opere en los rangos de temperatura requeridos, por lo tanto, se implementa un amplificador diferencial con ganancia 1 esto permite que a los  el voltaje de entrada sea igual a  y a los  el voltaje llegue a los .[pic 20][pic 21][pic 22][pic 23]

Para cumplir con lo anterior se tiene que:

• El circuito amplificador restador está definido por:

[pic 24]

Imagen 2. Amplificador restador.

Teniendo en cuenta que el voltaje de salida que se desea obtener es de  y el sensor entrega  para los rangos de temperatura entre  y  el valor que se debe restar para asemejar la salida con la entrada es de . También considerando que la ganancia es 1 entonces los valores de  , se valida con la siguiente ecuación:[pic 25][pic 26][pic 27][pic 28][pic 29][pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

[pic 33]

[pic 34]

[pic 35]

• como resultado se tiene:

[pic 36]

Imagen 3. Aplicación del restador operacional con una temperatura de 60°C.

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Imagen 4. Aplicación del restador operacional con una temperatura de 10°C.

Ya teniendo valores de voltaje correspondientes a los rangos de temperatura, lo siguientes es amplificar la señal para que en la salida del circuito el rango final este entre . Para esto se implementará un amplificador no inversor, teniendo como resultado lo siguientes:[pic 38]

[pic 39]

Imagen 5. Amplificador no inversor.

• Ecuación de sistema

[pic 40]

• Despejando la ecuación quedaría como

[pic 41]

• Ahora se remplaza los valores por términos ya conocidos teniendo como resultado

[pic 42]

Desde un inicio se estableció que la ganancia del sistema seria de 10 entonces para que se cumpla este criterio se define que  ya despejando las constantes ya identificadas se tiene que:[pic 43]

[pic 44]

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[pic 46]

Y resultado final, es un circuito que opera con temperaturas de  a  con un voltaje de salida de . Este quedo divido en tres etapas, la primera es la del sensor de temperatura, la segunda es la de acondicionamiento y es donde se limita la operación del sensor de entre  a  y la ultima es la de amplificación donde ya el voltaje de salida final está definido entre los.[pic 47][pic 48][pic 49][pic 50][pic 51][pic 52]

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