Instrumentación electrónica Índice Introducción a la electrónica Dispositivos elementales (R, L, C…) El diodo El transistor de efecto de campo MOSFET El amplificador operacional OPAM Sistemas electrónicos Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Definición “Electrónica es la ciencia y tecnología relativas al paso de partículas cargadas eléctricamente a través de un gas, del vacío o de un semiconductor” - Objetivos Capturar, almacenar, procesar, transformar… (manejar) señales con formato óptico o eléctrico. Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Objetivos Variaciones continuas Número infinito de valores Magnitud continua Temperatura Desplazamiento Fuerza Humedad Intensidad de luz Tiempo Masa Población Magnitudes físicas Variaciones discontinuas Número finito de valores Magnitud discreta Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Objetivos Sistema externo Magnitud física Movimientos Sistema electrónico Sensor Actuador Señales eléctricas Agua Tensión (V) Corriente (I) Intensidad luminosa H  V Caudal  I Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Señal implica “información”. Formatos ópticos: Intensidad (brillo), Longitud de onda (color). Formatos eléctricos: Tensión (v) ó corriente (i). Señal continua, periódica (senoidal, cuadrada…), impulsos, exponencial… Amplitud (Voltios o Amperios) o frecuencia (Hercios o ciclos/segundo). Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Tecnologías electrónicas: Analógica o digital. Medida analógica: La señal puede adoptar un número infinito de valores en un intervalo finito. p. ej.: infinitos valores en (0,3) Medida digital: La señal puede adoptar un número discreto de valores en un intervalo finito. p. ej.: valores {0, 1, 2 y 3} Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Ruido en la medida. Magnitud continua Magnitud discreta Ruido Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Ejemplo de señales analógicas Sinusoidal Cuadrada con T=20 ms, t en ms y n N Triangular Amplitud Valor pico a pico Periodo Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Ejemplo de señales analógicas Sinusoidal Cuadrada con T=20 ms, t en ms y n N Triangular Amplitud Valor pico a pico Periodo Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Ejemplo de señales analógicas Sinusoidal Cuadrada con T=20 ms, t en ms y n N Triangular Amplitud Valor pico a pico Periodo Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Características de las señales electrónicas Ejemplo de señales analógicas (impulso) Ejemplo de señal digital Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica - Funciones electrónicas Muestreo: Adquirir y almacenar muestras de una señal determinada. Discretización: Aproximar el valor analógico de una señal por otro digital (discreto). Conversión A/D: Implica muestrear y discretizar una señal analógica para convertirla en digital. (ver figura pag. 6) Conversión D/A: Proceso inverso al anterior. Amplificación: Multiplicar la amplitud de la señal por una constante. Filtrado: Eliminación de algunas de las componentes de una señal. Y otras muchas como rectificación, comparación, almacenamiento, etc… A vi(t) vo(t) =Avi(t) Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Dispositivos electrónicos son aquellos encargados de realizar el procesado de las señales optoelectrónicas. Función de transferencia o característica Instrumentación electrónica

Introducción a la electrónica Circuitos y sistemas electrónicos están formado por varios dispositivos (circuitos) electrónicos conectados eléctricamente, con el fin de conseguir una funcionalidad más compleja. Dispositivo electrónico Circuito Sistema Nivel de complejidad Instrumentación electrónica

Dispositivos elementales Dispositivos elementales Resistencia Condensador Inductancia LDR Potenciometro Instrumentación electrónica

Instrumentación electrónica El diodo - El diodo. Modelo aproximado. Parámetros básicos VF ~ 0,7 V (Si), 0,3 V (Ge) VBR ~ 1000 V (Si), 400 V (Ge) Pmax ~ mW – W Instrumentación electrónica

Instrumentación electrónica El diodo - Ejemplos de uso (función rectificadora) Instrumentación electrónica

Instrumentación electrónica El diodo - El diodo emisor de luz (LED). El fotodiodo PIN. Instrumentación electrónica

Instrumentación electrónica El diodo - Ejemplos de uso (comunicación optoelectrónica) Instrumentación electrónica

El transistor de efecto de campo MOSFET - Estructura y símbolos. Metal Flujo de electrones El transistor MOSFET se comporta como una fuente de corriente IDS entre los terminales D y S controlada por la tensión VGS aplicada en G. Instrumentación electrónica

El transistor de efecto de campo MOSFET - El MOSFET. Modelo aproximado. El transistor MOSFET se comporta como una fuente de corriente controlada por una tensión Instrumentación electrónica

El transistor de efecto de campo MOSFET - El MOSFET. Modelo aproximado. VGS ≤ VT IG = 0 ID = 0 MOSFET en CORTE Instrumentación electrónica

El transistor de efecto de campo MOSFET - El MOSFET. Modelo aproximado. VGS > VT IG = 0 ID = f (VGS, VDS) MOSFET en CONDUCCIÓN Instrumentación electrónica

El transistor de efecto de campo MOSFET - Ejemplos de uso (interruptor controlado por tensión) Señal de control Amplificación (amplificador de señal) Instrumentación electrónica

El amplificador operacional OPAM - El OPAM. Modelo aproximado. - Circuito amplificador hecho con transistores (ej. 741) Instrumentación electrónica

El amplificador operacional OPAM - El OPAM. Modelo aproximado. Ampl. diferencial: Vo proporcional a (Vin+ - Vin-). Ganancia (A) muy elevada y constante Alta impedancia de entrada y baja de salida Instrumentación electrónica

El amplificador operacional OPAM - Ejemplos de uso (Avisador óptico de umbral) (Amplificador de audio) Amplificación VO = (1+R2/R1)·V1 V1(t) Instrumentación electrónica

El amplificador operacional OPAM Comparativa entre amplificadores con MOSFET y OPAM MOSFET OPAM Menos dispositivos Diseño muy simple Menor tamaño Más lineal Ideal para electrónica integrada Ideal para instrumentación electrónica Montajes con OPAM en instrumentación electrónica Montaje inversor VO = - (R2/R1)·V1 ; I1 = V1 / R1 Instrumentación electrónica

El amplificador operacional OPAM Montajes con OPAM en instrumentación electrónica Montaje no inversor VO = (1 + R2/R1)·V1 ; I1 = 0 Montaje seguidor de tensión VO = V1 ; I1 = 0 Instrumentación electrónica

El amplificador operacional OPAM Montajes con OPAM en instrumentación electrónica Los amplificadores operacionales (OPAM) permiten diseñar fácilmente dispositivos electrónicos de medida sin afectar a la señal que se pretende procesar. Montaje no inversor VO = (1 + R2/R1)·V1 ; I1 = 0 Montaje seguidor de tensión VO = V1 ; I1 = 0 Instrumentación electrónica

Sistemas electrónicos Sistema electrónico analógico Ejemplo: Marcapasos Audífono Instrumentación electrónica

Sistemas electrónicos Sistema electrónico digital Ejemplo: Holter Termómetro digital Instrumentación electrónica

Sistemas electrónicos Sistema electrónico digital Microcontrolador Instrumentación electrónica

Sistemas electrónicos Sistema electrónico digital Instrumentación electrónica

Sistemas electrónicos Sistema electrónico digital I/O digitales Microcontrolador: 14 I/O digitales 6 I analógicas 32 KB Flash 2 KB SRAM 1KB EEPROM 16 MHz clock USB 6 O PWM SPI I2C UART Comunicaciones Alimentación I/O analógicas Instrumentación electrónica