Amplificador de alta impedancia de entrada y ganancia 1

Amplificador de alta impedancia de entrada y ganancia 1. Características: Impedancia de entrada: 50MΩ Impedancia de salida: 270Ω Amplificación: x1 Ancho de banda de pequeña señal: 

330KHz con una impedancia a la entrada de 50Ω. 8KHz con una impedancia de entrada de 1,6MΩ Rango de salida: La salida con 0 voltios de entrada es de la mitad de la tensión de alimentación (6V). Sobre esta tensión puede variar ±6V entre 12V y 0V. Rango de entrada máximo: 6Vpp Entrada: Bornes hembra de 2mm separadas 25,42mm. Roja para el activo y negra para masa o cero voltios. Salida: Bananas macho 2 mm. Roja para el activo y negra para masa o cero voltios. En este amplificador el común de salida y entrada están conectados entre sí y conectados a los cero voltios de alimentación. La caja metálica no está conectada a los cero voltios o referencia. 1 Oscilograma y espectro (N=4096 puntos) de una señal de 0,1Vpp La SNR es: 65
10 ∗ log
2
65
33
32
Estas medidas se han realizado poniendo los 0 voltios o referencia del amplificador al chasis del amplificador. 10 ∗ log
2
2 Amplificador de alta impedancia de entrada y ganancia 1, 10, 100. Características: Impedancia de entrada: Ω Impedancia de salida: (300Ω @ ganancia 1. Menos de 50Ω @ ganancias 10 y 100) Amplificación: x1, x10, x100 Ancho de banda (Con una impedancia conectada a la entrada de 1,6MΩ.): 

0,3Hz a 3KHz en modo AC. 0 a 3KHz en modo DC. Rango de salida: ±5V Rango de entrada máximo: (100mVpp @ G=100), (1Vpp @ G=10) ((10V @ G=1)) Entrada: Bornes hembra de 2mm separadas 25,422mm. Roja para el activo y negra para masa o cero voltios. Salida: Bananas macho 2 mm. Roja para el activo y negra para masa o cero voltios. 3 Partes del amplificador 4 Entrada La borna roja de entrada es el activo y la negra el común o la referencia. La borna negra, está conectada eléctricamente a los cero voltios o referencia, del amplificador. Salida La banana roja es el activo y la negra el común o la referencia. La banana de salida negra, también está conectada a los cero voltios del amplificador o referencia. Si la señal de salida se inyecta en otro sistema, amplificador, convertidor analógico digital, etc. hay que asegurarse de que la borna negra se conecta al común del sistema. Si no se hace así, se pueden producir tensiones parásitas que introduzcan ruido en la medida. Borna unida eléctricamente al chasis Conectada eléctricamente a la caja de aluminio. Su utilidad es que se puede conectar la caja metálica a la tierra de la red para disminuir el ruido indeseado a la salida del amplificador. Los cero voltios del amplificador o referencia no está conectado eléctricamente a la caja metálica del amplificador directamente. Ambos están unidos mediante un condensador. Si es oportuno conectar la caja a tierra o no, se ha de determinar empíricamente. Se recomienda probar las dos opciones para ver cual es la mejor. Offset Solo actúa con las ganancias x10 y x100 El potenciómetro de offset, desplaza la señal de salida entre ±5V (el rango dinámico del amplificador). De esta manera se pueden cancelar potenciales de tensión continua, presentes en la entrada. Interruptor para bloquear la tensión continua Solo actúa con las ganancias x10 y x100. No tiene efecto sobre el potenciómetro de offset. En posición baja permite que la tensión continua presente en la señal a medir llegue al amplificador. En posición alta bloquea desde la tensión continua a una frecuencia de 0,3Hercios. Conector de la batería Se conecta a la caja de la batería. Esta proporciona entre 12 y 13 voltios. En la caja del amplificador hay un circuito que convierte los 12 voltios de la batería en ±6 voltios. De esta forma se puede obtener una salida bipolar. Conmutador de ganancias Cambia la ganancia entre x1, x10 y x100. La ganancia x1 se consigue con un circuito de alta impedancia de entrada, que se conecta a la muestra a medir, mediante la entrada y se filtra con un filtro con frecuencia de corte 3KHz. Las 5 ganancias de x10 y x1000 son el resultado de amplificar la señal obtenida de la ganancia x1, pero además se puede bloquear la continua con el interruptor y modificar el offset con el potenciómetro. El rango de salida del amplificador es de ±5V, debe de seleccionarse una ganancia tal que la salida tenga la máxima amplitud posible dentro de este rango. Por ejemplo, si se esperan señales menores de 100mVpp, debe seleccionarse la ganancia de 100, para tener una salida de hasta 10Vpp. Cuanto más nivel de señal se consiga a la salida, mejor relación señal ruido se obtendrá y mejor se aprovechan los 16 bits del convertidor analógico digital. Configuración de medida La medida se hace con un punto común, los cero voltios del amplificador o referencia. La entrada negativa (borna negra), la salida negativa (banana negra) y los cero voltios del amplificador, están eléctricamente conectados entre si. La salida positiva (borna roja) debe ir al activo del convertidor analógico digital. Como se ha mencionado antes, la caja de aluminio no está conectada directamente a los cero voltios, o referencia, del amplificador. En general el conductor exterior del conector BNC de entrada de un sistema convertidor analógico digital, osciloscopio, etc. va conectado a la tierra de la red (es el caso del Digidata 1440A .Véase la página 26 de su manual). Como el sistema ya tiene tierra por un extremo, debe probarse a conectar el chasis del amplificador a tierra o no y ver que es mejor respecto al ruido que se pueda inducir en la medida. 6 Rango de salida La Batería que alimenta el sistema es de 12V, esta tensión se convierte en otra bipolar de ±6V con la referencia en los cero voltios. De esta forma, para una entrada de 0 voltios se obtiene una salida de 0 voltios. Con los ±6V de alimentación, el amplificador puede entregar una señal de salida de de ±5V. Los convertidores analógico‐digital del Digidata 1440A de 16 bits de resolución, divide la señal de entrada en escalones discretos de: 20
2
2
305,17
Esta es el mínimo incremento de tensión teórico que puede reconocer el convertidor. Si por ejemplo le entregamos una señal de un nivel de 100mV, la divide en: 100
305,17 10
327,68 327 escalones discretos, con lo que estaremos aprovechando: log 327=8,35 Solamente 8 bits. Por esta razón hay que proporcionar a la entrada del convertidor una señal lo más grande posible, sin rebasar el rango dinámico de ±10V. Otra razón es, como veremos más abajo, que la relación señal ruido mejora. El amplificador puede proporcionar ±5V que son 10V pico a pico (Vpp), que se dividirían en: 32768 escalones discretos ,
Con lo que aprovechan: log 32768=15 bits Esto es teórico, porque en realidad, debido al ruido de cuantificación del convertidor más el ruido de sus componentes electrónicos, sumado al ruido de salida del amplificador, se pierden algunos bits de resolución. Por ejemplo, si el ruido pico a pico es de 1mV, esto es casi 3 veces el valor mínimo que puede discriminar el convertidor (305,17µV). 7 Rango de entrada En las características del amplificador se dan los niveles máximos de entrada en función de la ganancia. En cuanto al nivel mínimo de entrada que puede amplificar, se ve mejor con unos oscilogramas. Salida (1Vpp) para una entrada de 10mVpp ganancia x100 Salida (100mVpp) para una entrada de 1mVpp ganancia x100 8 En el primer oscilograma (entrada de 10mVpp) se ve una señal limpia, la relación señal ruido es buena, tenemos una señal con amplitud y poco ruido. En el segundo todavía la señal conserva su integridad, pero la relación señal ruido a empeorado evidentemente. El límite inferior está, por tanto, en el orden de magnitud de 1mVpp. Con 1mVpp de entrada obtenemos 100mVpp de salida, pero como hemos visto este nivel de señal es muy bajo y desperdicia 8 bits de resolución del convertidor. Salida (50mVpp) para una entrada de 500µVpp ganancia x100 En este último oscilograma vemos una señal de entrada de 500µVpp amplificado por 100, a la que se le ha aplicado un filtro simple. Si aplicamos un procesado digital a una señal de entorno a 500µVpp, todavía se pueden capturar señales con el amplificador. Para señales más pequeñas habría que estudiar la posibilidad de diseñar amplificadores de ganancia 1000, con topología diferencial. El amplificador no es diferencial, sino que, como hemos visto, mide respecto de una referencia de 0 voltios. De esta forma se comporta como el amplificador que se utilizó como referencia, cuyas características se expusieron al principio de este documento. 9 Oscilograma, espectro de 4096 puntos de una senoide de 1KHz y relación señal ruido SNR Señal de de 1KHz, 16,6mVpp y espectro con G=1. SNR=20dB Señal de de 1KHz, 16,6mVpp y espectro con G=10 SNR=42dB 10 Señal de de 1KHz, 16,6mVpp y espectro con G=100, SNR=47dB 11 Batería La caja de la batería contiene una batería de ácido plomo de 12 voltios. A plena carga tendrá unos 13 voltios y estará descargada con 11 voltios. Tiene un piloto que se enciende cuando la tensión de la batería baja de 11,2 voltios, en ese momento hay que conectar el cargador. La batería es de 4 amperios hora, como el cargador entrega 800mA, en unas 5 horas se cargará completamente. La batería se puede utilizar con el cargador conectado. Partiendo de la batería cargada completamente, y dado que el amplificador consume unos 20 miliamperios, la batería tardaría unos 8 días en descargarse. También tiene una protección en la salida, en caso de cortocircuito accidental la corriente de salida se limitaría a un mínimo inofensivo. En la entrada de carga tiene un fusible de 5 amperios dentro de la caja, si este se fundiera, habría que abrir la caja y reemplazarlo. Este fusible se pones para evitar, que ante un cortocircuito accidental en el conector de entrada del cargador, se produzca una corriente descontrolada en la batería. ¡IMPORTANTE! En caso de no utilizar la batería durante tiempo prolongado, es conveniente almacenarla cargada y recargarla cada 6 meses. Otra opción es guardarla con el cargador conectado. La razón para esto es que la batería se autodescarga en 6 meses y una batería descargada se inutiliza en poco tiempo. 12 5
4
3
2
1
J2
12V Batería
D
Batería
D
1
2
SW1
1
R1
10M
0V Batería
2
AC/DC
+Entrada
J3
C1
R5
Q1
BFT46
2
1
100nF
C
C3
100nF
100K
Entrada
R2
10M
Salida
J1
C2
C
1
2
-Entrada
2.2nF
R3
10M
R4
100K
Salida
GND
J?
B
B
1
BORNA PARA BANANA 2mm
SEGAIVEX
SEGAINVEX, Dpto. Electrónica
Diseñado: Patricio Coronado
Dibujado: Patricio Coronado
Título: Biopreamplificador V1 con JFET
A
Tam. Orden de Trabajo: 2030352
A
Archivo: Biopreamplificador.max
Fecha: Wednesday, October 09, 2013
5
4
3
2
A
Hoja
1
1
de
Rev.
V1
1
5
4
VCC
TL2426
3
D
R1
3K3
NM
IN
0V Batería
1
U1
OUT
1
FILT
8
BORNA PARA BANANA 2mm
C3
2.2uF
2
Bateria
1
J4
D1
2
1
2
VEE
COM
12V Batería
J1
3
D
a la caja de
aluminio
C11
1uF, 100V
D2
C1
22uF
C2
22uF
Salida
Salida
GANANCIAS MEDIDAS
1, 10, 100
R?
J2
1
2
300 1%
VCC
C
100nF
C7
VCC
2 -
3 +
0
R5
5K6
R6
5K6
1
5 +
R8
AD712
C10
C8
100nF
100nF
7
AD712
R9
220K
0
VEE
C6
B
U3B
6 -
2.2uF
AD548
SW1
ganancia
C9
8
U3A
2 4
R4
10K
6
VCC
SW2
AC/DC
1
2
C5
4
3 +
8
R7
4
5
Entrada
C4
4.7nF
U2
7
1
J3
2
1
R3
22K
1
R2
NM
4
3
2
+Entrada
C
8
5
6
7
GND
VEE
R12
100nF
10nF
R11
B
VEE
2K2
2
-Entrada
VEE
22K
J4
JUMPER
1
R10
NM
P2
1M
R13
220K
VCC
SEGAIVEX
SEGAINVEX, Dpto. Electrónica
Diseñado: Patricio Coronado
Dibujado: Patricio Coronado
Título: Bioamplificador V2 con ganancia
A
Tam. Orden de Trabajo: 2030352
A
Archivo: BioamplificadorV2.max
Fecha: Monday, February 10, 2014
5
4
3
2
A
Hoja
1
1
de
Rev.
V1
4
5
4
3
2
1
Fusible redisparable 0.2A
D
D
+
3.3uF,36V
10 oh 2W
Cargador+
1
2
3
33K
3K7
1
24K
5A
REF02
Cargador-
TEMP
3
3
8
SALIDA 12V
1
100nF
120K
C
2
TRIM
OUT
2
LED
4
IN
5
6
4
2
GND
LM393
+
CARGADOR
C
VBAT
-
12V
3.3MEG
21K
22K
100nF
B
B
SEGAIVEX
SEGAINVEX, Dpto. Electrónica
Diseñado: Patricio Coronado
Dibujado: Patricio Coronado
Título: Caja de la batería
A
Tam. Orden de Trabajo: 2030352
A
Archivo:
Fecha: Tuesday, April 22, 2014
5
4
3
2
A
Hoja
1
1
de
Rev.
V1
4