El 555 es un circuito integrado cuya funcin principal es producir pulsos de temporizacin con precisin, entre sus funciones secundarias estn la de oscilador, divisor de frecuencia, modulador o generador.Este circuito integrado incorpora dentro de si, dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, un divisor de voltaje por resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de como se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran numero de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable.

El 555 tiene diversas aplicaciones, como: Control de sistemas secuenciales, divisor de frecuencias, modulacin por ancho de pulso, generacin de tiempos de retraso, repeticin de pulsos, etc.

Funcionamiento:Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales 8 (+Vcc) y 1(GND) tierra; el voltaje de la fuente va desde los 5 voltios hasta 15 voltios de corriente continua, la misma fuente se conecta a un circuito pasivo RC, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una seal de voltaje que esta en funcin del tiempo, esta seal de tensin es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal 2 (TRIGGER) que es la entrada de un comparador.

La terminal 6 (THRESHOLD) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de seal externa que le sirve de disparo.

La terminal 5(CONTROL VOLTAGE) se dispone para producir modulacin por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal 7 (DISCHARGE), se descarga cuando el transistor (NPN) T1, se encuentra en saturacin, se puede descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarizacin del transistor (PNP) T2.

Se dispone de la base de T2 en la terminal 4 (RESET) del circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee.

La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es adems la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da ms versatilidad al circuito de tiempo 555, ya que la corriente mxima que se puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al nivel de tierra es de 200 mA.

La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" estn conectadas al Reset y Set del FF tipo SR respectivamente, la salida del FF-SR acta como seal de entrada para el amplificador de corriente (Buffer), mientras que en la terminal 6 el nivel de tensin sea ms pequeo que el nivel de voltaje contra el que se compara la entrada Reset del FF-SR no se activar, por otra parte mientras que el nivel de tensin presente en la terminal 2 sea ms grande que el nivel de tensin contra el que se compara la entrada Set del FF-SR no se activar.Circuito astable bsico:Si se usa en este modo el circuito su principal caracterstica es una forma de onda rectangular a la salida, en la cual el ancho de la onda puede ser manejado con los valores de ciertos elementos en el diseo.

Para esto debemos aplicar las siguientes formulas:

TA = 0.693 * (R1+R2) * C1TB = 0.693 * (R2*C1)

Donde TA es el tiempo del nivel alto de la seal y TB es el tiempo del nivel bajo de la seal.Estos tiempo dependen de los valores de R1 y R2. Recordemos que el periodo es = 1/f.

La frecuencia con que la seal de salida oscila est dada por la frmula: f = 1/(0.693 * C1 * (R1 + 2 * R2))

Circuito monoestable:En este caso el timmer 555 en su modo monoestable funcionar como un circuito de un tiro. Dentro del 555 hay un transistor que mantiene a C1 descargado inicialmente. Cuando un pulso negativo de disparo se aplica a terminal 2, el flip-flop interno se setea, lo que quita el corto de C1 y esto causa una salida alta (un high) en el terminal 3 (el terminal de salida).

La salida a travs del capacitor aumenta exponencialmente con la constante de tiempo:

t = R1 * C1

Cuando el voltaje a travs de C1 iguala dos tercios de Vcc el comparador interno del 555 se resetea el flip-flop, que entonces descarga el capacitor C1 rpidamente y lleva al terminal de salida a su estado bajo (low). El circuito e activado con un impulso de entrada que va en direccin negativa cuando el nivel llega a un tercio de Vcc. Una vez disparado, el circuito permanece en ese estado hasta que pasa el tiempo de seteo, aun si se vuelve a disparar el circuito.

La duracin del estado alto (high) es dada por la ecuacin:T= 1.1 * (R1*C1)

El intervalo es independiente del voltaje de Vcc. Cuando el terminal reset no se usa, debe atarse alto para evitar disparos espontneos o falsos.

IntroduccinEl concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analgicos, en los que comenzaron a usarse tcnicas operacionales en una poca tan temprana como en los aos 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas caractersticas de operacin estaban determinadas por los elementos de realimentacin utilizados. Cambiando los tipos y disposicin de los elementos de realimentacin, podan implementarse diferentes operaciones analgicas; en gran medida, las caractersticas globales del circuito estaban determinadas slo por estos elementos de realimentacin. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseo de circuitos.Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente bsico de su tiempo: la vlvula de vaco. El uso generalizado de los AOs no comenz realmente hasta los aos 60, cuando empezaron a aplicarse las tcnicas de estado slido al diseo de circuitos amplificadores operacionales, fabricndose mdulos que realizaban la circuitera interna del amplificador operacional mediante diseo discreto de estado slido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos aos los amplificadores operacionales integrados se convirtieron en una herramienta estndar de diseo, abarcando aplicaciones mucho ms all del mbito original de los computadores analgicos.Qu es un Amplificador Operacional?El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propsito general el cual tiene capacidad de manejo de seal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene adems lmites de seal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificacion tambin definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor queequivalentes a 100dB.El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere).El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades bsicas de este, como lo son realizar operaciones matemticas en computadores analgicos (caractersticas operativas).El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:1. Resistencia de entrada,(Ren), tiende a infinito.2. Resistencia de salida, (Ro), tiende a cero.3. Ganancia de tensin de lazo abierto, (A), tiende a infinito.4. Ancho de banda (BW) tiende a infinito.5. vo = 0 cuando v+ = v-Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no inversora, es cero. Adems el hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensin entre las dos terminales sea cero, como se muestra a continuacin:

Principios Bsicos de los Amplificadores OperacionalesEl amplificador operacional idealLos primeros amplificadores operacionales usaban el componente bsico de su tiempo: la vlvula de vaco. El uso generalizado de los AOs no comenz realmente hasta los aos 60, cuando empezaron a aplicarse las tcnicas de estado slido al diseo de circuitos amplificadores operacionales, fabricndose mdulos que realizaban la circuitera interna del amplificador operacional mediante diseo discreto de estado slido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos aos los amplificadores operacionales integrados se convirtieron en una herramienta estndar de diseo, abarcando aplicaciones mucho ms all del mbito original de los computadores analgicos.

Figura 1En la figura 1 se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un nico terminal de salida. El amplificador slo responde a la diferencia de tensin entre los dos terminales de entrada, no a su potencial comn. Una seal positiva en la entrada inversora (-), produce una seal negativa a la salida, mientras que la misma seal en la entrada no inversora (+) produce una seal positiva en la salida. Con una tensin de entrada diferencial, Vd, la tensin de salida, Vo, ser a Vd, donde a es la ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarn siempre independientemente de la aplicacin. La seal de salida es de un slo terminal y est referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentacin bipolares ( )V0 = a Vda = infinitoRi = infinitoRo = 0BW (ancho de banda) = infinitoV0 = 0 s Vd = 0Teniendo en mente estas funciones de la entrada y salida, podemos definir ahora las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes:1. La ganancia de tensin es infinita:

2. La resistencia de entrada es infinita:

3. La resistencia de salida es cero:Ro = 04. El ancho de banda es infinito:

5. La tensin offset de entrada es cero:V0 = 0 s Vd = 0A partir de estas caractersticas del AO, podemos deducir otras dos importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia en tensin es infinita, cualquier seal de salida que se desarrolle ser el resultado de una seal de entrada infinitesimalmente pequea. Luego, en resumen:La tensin de entrada diferencial es nula.Tambin, si la resistencia de entrada es infinita. No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entradaEstas dos propiedades pueden considerarse como axiomas, y se emplearn repetidamente en el anlisis y diseo del circuito del AO. Una vez entendidas estas propiedades, se pude, lgicamente, deducir el funcionamiento de casi todos los circuitos amplificadores operacionales.Configuraciones bsicas del amplificador operacionalLos amplificadores operacionales se pueden conectar segn dos circuitos amplificadores bsicos: las configuraciones (1) inversora y (2) no inversora. Casi todos los dems circuitos con amplificadores operacionales estn basados, de alguna forma, en estas dos configuraciones bsicas. Adems, existen variaciones estrechamente relacionadas de estos dos circuitos, ms otro circuito bsico que es una combinacin de los dos primeros: el amplificador diferencial.El amplificador inversorLa figura 2 ilustra la primera configuracin bsica del AO. El amplificador inversor. En este circuito, la entrada (+) est a masa, y la seal se aplica a la entrada (-) a travs de R1, con realimentacin desde la salida a travs de R2.

Figura 2.Aplicando las propiedades anteriormente establecidas del AO ideal, las caractersticas distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue.Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollar su tensin de salida, V0, con tensin de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es:Vd = Vp - Vn, ==> Vd = 0.- Y si Vd = 0,entonces toda la tensin de entrada Vi, deber aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1

Vn est a un potencial cero, es un punto de tierra virtualToda la corriente I que circula por R1 pasar por R2, puesto que no se derivar ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), as pues el producto de I por R2 ser igual a - V0

por lo que:

luego la ganancia del amplificador inversor:

Deben observarse otras propiedades adicionales del amplificador inversor ideal. La ganancia se puede variar ajustando bien R1, o bien R2. Si R2 vara desde cero hasta infinito, la ganancia variar tambin desde cero hasta infinito, puesto que es directamente proporcional a R2. La impedancia de entrada es igual a R1, y Vi y R1 nicamente determinan la corriente I, por lo que la corriente que circula por R2 es siempre I, para cualquier valor de dicha R2.La entra del amplificador, o el punto de conexin de la entrada y las seales de realimentacin, es un nudo de tensin nula, independientemente de la corriente I. Luego, esta conexin es un punto de tierra virtual, un punto en el que siempre habr el mismo potencial que en la entrada (+). Por tanto, este punto en el que se suman las seales de salida y entrada, se conoce tambin como nudo suma. Esta ltima caracterstica conduce al tercer axioma bsico de los amplificadores operacionales, el cual se aplica a la operacin en bucle cerrado:En bucle cerrado, la entrada (-) ser regulada al potencial de entrada (+) o de referencia.Esta propiedad puede an ser o no ser obvia, a partir de la teora de tensin de entrada de diferencial nula. Es, sin embargo, muy til para entender el circuito del AO, ver la entrada (+) como un terminal de referencia, el cual controlar el nivel que ambas entradas asumen. Luego esta tensin puede ser masa (como en la figura 2), o cualquier potencial que se desee.El amplificador no inversorLa segunda configuracin bsica del AO ideal es el amplificador no inversor, mostrado en la figura 3. Este circuito ilustra claramente la validez del axioma 3.

Figura 3.En este circuito, la tensin Vi se aplica a la entrada (+), y una fraccin de la seal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a travs del divisor de tensin R1 - R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningn terminal de entrada, y ya que Vd = 0, la tensin en R1 ser igual a Vi.As pues

y como

tendremos pues que:

que si lo expresamos en trminos de ganancia:

que es la ecuacin caracterstica de ganancia para el amplificador no inversor ideal.Tambin se pueden deducir propiedades adicionales para esta configuracin. El lmite inferior de ganancia se produce cuando R2 = 0, lo que da lugar a una ganancia unidad.En el amplificador inversor, la corriente a travs de R1 siempre determina la corriente a travs de R2, independientemente del valor de R2, esto tambin es cierto en el amplificador no inversor. Luego R2 puede utilizarse como un control de ganancia lineal, capaz de incrementar la ganancia desde el mnimo unidad hasta un mximo de infinito. La impedancia de entrada es infinita, puesto que se trata de un amplificador ideal.Introduccin a los motores Paso a PasoPon a funcionar tus motores

Los motores de pasos son utilizados en muchos dispositivos y aplicaciones que son partes de nuestra vida diaria.Aprende algunas bases para empezar a disear productos con ellos.

Los motores de pasos estn donde sea. Como un desarrolador experimentado, quizs ya hayas diseado motores de paso dentro de tus proyectos. Si no, seguro lo hars a lo largo de tu carrera o aficin.Este artculo resume alguna terminologa importante asociada con motores de paso, presentando suficiente informacin para entregarte un entendimiento bsico de los elementos de un motor de pasos, y te muestra como controlar un paso a paso usando un microcontrolador o procesador de seal digital.

El Paso a Paso.Un motor de pasos es un tipo de motor que convierte energa elctrica en energa mecnica a travs de los principios del electromagnetismo. Tambin conocidos como Steppers o Paso a Paso, esos motores fueron usados a inicios de los aos 1920. Sus usos se ha elevado rpidamente con la popularidad de los sistemas integrados, incluyendo impresoras, unidades de disco, juguetes, limpia parabrisas, buscapersonas, brazos robticas y video cmaras.

Siempre que se requiera mover desde una posicin a otra (sin importar que la aplicacin sea industrial, militar, mdica, automotriz o de entretenimiento), puedes apostar que un motor de pasos es la fuerza motora. Los motores de pasos vienen en muchas formas y tamaos, pero la mayora caen dentro de una o dos categoras: Los paso a paso de reluctancia variable o los paso a paos de magneto permanente.Este artculo se enfoca en los ms simples y populares Paso a Paso de magneto permanente.

Figura 1: Un estator con dos dientes y un devanado.

Construccin de un motor de pasosEl movimiento de un motor de pasos se hace posible gracias a los cables que son enrollados alrededor de los dientes de un estator, la parte no movible o estacionaria del motor como se muestra en la Figura 1. En general, el cable es enrollado en forma de bobina y es llamado solenoide. En un motor, el cable que es enrollado alrededor de un diente se denomina bobina, arrollado, devanado o fase. Si la corriente est fluyendo en la direccin mostrada en la Figura 1 y vemos el motor desde arriba mirando hacia abajo en el tope del diente, la corriente realiza un movimiento en contra de las agujas del reloj, alrededor de cada uno de los dos dientes. De acuerdo a la ley de Ampere y la regla de la mano derecha, este movimiento de corriente induce un campo magntico con el polo norte del campo apuntando hacia arriba

Supongamos ahora que construimos un dispositivo con dos bobinas en la parte estacionaria y dentro colocamos un imn permanente que puede rotar libremente alrededor de su centro. Esta pieza rotatoria es llamada Rotor.

Figura 2: Un motor de dos fases, dos polos.

El motor simple mostrado en la figura 2a, es llamado motor de dos fases y dos polos porque el estator tiene 2 fasis (bobinas), y el rotor tiene dos polos magnticos, norte y sur. Si hacemos pasar corriente a travs de la bobina 1 en la direccin mostrada en la figura 2a (sin ninguna corriente en la bobina 2), el rotor naturalmente se alinear a si mismo en la direccin mostrada, con su polo sur apuntando a la direccin norte del campo magntico del estator.

Ahora cortamos la corriente de la bobina 1 y se la aplicamos a la bobina 2 en la direccin mostrada en la Figura 2b. El campo magntico del estator apuntar a la izquierda, y el rotor girar de tal manera que el polo sur se alinee con este campo magntico del estator.

Luego cortamos la corriente de la bobina 2 y se la aplicamos nuevamente a la 1 en la direccin mostrada en la Figura 2c. Noten que la corriente de la bobina 1 es opuesta a la que se muestra en la Figura 2a. Esto resultar en un campo de estator apuntando hacia abajo, por lo tanto el rotor girar a la posicin donde nuevamente su polo sur quede apuntando hacia abajo.

Nuevamente cortamos corriente en la bobina 1 y se la aplicamos a la 2 en la direccin mostrada en la Figura 2d. Esto producir un campo de estator apuntando hacia la derecha, por lo que el rotor girar a la posicin en donde su polo sur est apuntando a la derecha

Finalmente, quitamos corriente de la bobina 2 y la aplicamos a la 1 en la direccin mostrada en la Figura 2a, regresando el rotor a su posicin original.

Hemos completado un ciclo de excitacin elctrica de las bobinas del motor, mientras el rotor ha girado una revolucin completa. En otra palabras, la frecuencia elctrica del motor es igual a su frecuencia mecnica.

Si suponemos un Segundo de secuencia a travs de los cuatro pasos de la Figura 2, la frecuencia elctrica ser 1Hz. El rotor gir en ese tiempo un vez, por lo tanto la frecuencia mecnica es tambin 1Hz. En general, para un Stepper de dos fases, se puede demostrar que la relacin entre las frecuencias mecnica y elctrica viene dada por la siguiente ecuacin:

fe = fm P / 2 (1)

donde fe es la frecuencia elctrica, fm es la frecuencia mecnica y P es el nmero de polos magnticos igualmente espaciados del motor.

Tambin podemos ver de la Figura 2 que un paso del motor resulta en una rotacin de 90 grados. En general, para un stepper de dos fases, se puede tambin demostrar que un paso resulta en una rotacin dada por la ecuacin:

1 paso = 180/ P (2)

Esta ecuacin nos dice que nuestro motor de dos polos rotar 180/ 2 = 90, lo cual es consistente con lo que observamos en la Figura 2. La ecuacin tambin muestra que un mayor nmero de polos resulta en una mejor resolucin de paso. Es muy comn encontrar paso a paso de dos fases con valores entre 12 y 200 polos, cuyas resoluciones de paso estn comprendidas ente 15 y 0,9 grados.

Figura 3: Un motor bipolar de seis polos.

En otro ejemplo, la Figura 3 muestra cuatro pasos elctricos de un motor bipolar de seis polos. Como se muestra, el rotor consiste de tres magnetos permanentes y, por consiguiente, seis polos magnticos.Aplicando la misma lgica anterior, podemos analizar el movimiento del rotor, las corrientes aplicadas a las bobinas de la armadura y los grados de rotacin

Figura 4: Excitando ambas bobinas del motor simultneamente.

Podemos incrementar el torque del motor, enviando corriente a travs de ambas bobinas simultneamente. La Figura 4 muestra este proceso. El campo magntico del estator es el vector suma de las componentes individuales de los campos magnticos de cada bobina individual. El campo magntico del estator continuar rotando en pasos de 90 grados (como en las Figuras 2 y 3), pero ahora el campo es mucho mas fuerte debido a la excitacin combinada de las dos bobinas. Debido a que el campo magntico resultante es el vector suma de dos campos componentes perpendiculares, su fuerza se incrementar en un factor de 2*1.414. (2 raiz de 2). Este resulta en una torque proporcionalmente mayor aplicado por el motor a su carga.

Secuencias de excitacinYa que hemos visto que secuencia de excitacin son las causantes de la rotacin del stepper, deberemos poner algn hardware asociado para proporcionar la secuencia de paso deseada. A estos circuitos (o combinacin de hardware/software) es los que se conoce como driver del motor.

En la Figura 4 podemos ver que secuencia de excitacin necesitamos para aplicarla a las bobinar de un motor de dos fases a fin de generar la rotacin.Los terminales del motor estn marcados como 1A, 1B, 2A y 2B. Los terminales 1 corresponden a la primera bobina y los 2 a la segunda.

Para el primer paso, necesitamos aplicar un voltaje positivo a los terminales 1B - 2B y deberemos poner a tierra los terminales 1A 2A. Para el segundo paso, aplicaremos voltaje a los terminales 1B 2A y tierra a los terminales 1A - 2B (esto en realidad depende de en que direccin se hayan enrollados las bobinas sobre los dientes. Asumiremos que se hizo en la direccin que afirma lo dicho anteriormente). Continuando con los otros pasos, podemos resumir la secuencia de excitacin a lla mostrada en la Tabla1, en donde 1 significa voltaje positivo y 0 significa aterramiento.

Figura 5: Un circuito Puente H puede ser usado para manejar cada bobina.

Debido a que la corriente puede fluir en cualquier sentido en los terminales de las bobinas, al motor se denomina Motor Bipolar y a la secuencia de manejo Secuencia Bipolar. Un driver para motor bipolar usualmente esta construido con un circuito denominado puente H (H Bridge). En la Figura 5 se muestra el esquemtico bsico de un puente H conectado a dos terminales de un paso a paso. Una fuente de poder DC constante (cuyo valor depende de las especificaciones del motor), se conecta al puente H a travs de una resistencia. El circuito se conmuta por medio de switches (marcados como S1, S2, S3 y S4) a los dos terminales de la bobina. El arreglo mostrado en el esquemtico luce como un H mayscula, de all su denominacin de puente H.

Tabla 1: Polaridades en los terminales de la bobina para una secuencia de paso de dos fases.

En la Tabla 1, vemos que el primer paso requiere de un 0 lgico en el Terminal 2A y un 1 lgico al Terminal 2B. Podemos hacer esto cerrando los interruptores S1 y S4 y abriendo S2 y S3. El segundo paso requiere de un 1 lgico en 2A y de un 0 lgico en 2B, lo cual logramos cerrando S2 y S3 y abriendo S1 y S4. Anlogamente hacemos el tercer paso manteniendo S2 y S3 cerrados y S1 y S4 abiertos, y el cuarto cerrando S1 y S4 y abriendo S2 y S3.

Podemos seguir una lnea similar de razonamiento para la bobina 1. Vemos entonces que un par de puente H pueden ser usados para generar toda la secuencia de excitacin. Esto genera la Tabla 2, en la que se muestra la posicin de los interruptores o switches para cada paso.

Tabla 2: Posicin de los interruptores para una secuencia de paso de dos fases.

Fjense que si R=0 y S1 y S3 se cierran a la vez, la corriente a travs de los interruptores ser infinita. Esto producir un dao a la fuente de poder y a los interruptores. Adems, la resistencia disipa potencia y hace que el driver sea menos eficiente pero provee proteccin contra corto circuitos.

Figura 6: Bobina de motores unipolares.

Motores Unipolares y su manejoUn motor unipolar es similar a un bipolar excepto que cada bobina tiene un terminal central comn que es accesible desde el exterior del motor. El Terminal que est arriba lo hemos llamado B y el de abajo, A, y al que viene del centro de la bobina lo hemos llamado C.

Muchas veces nos enfrentamos a motores en los que sus terminales no estn identificados. Conociendo como los steppers estn construidos, podemos determinar que cable est asociado con cada bobina, simplemente midiendo la resistencia entre sus terminales. La resistencia entre terminales que pertenecen a bobinas distintas ser infinita. Si la resistencia medida entre A y CEs 100 Ohm entonces, entre B y C ser tambin 100 Ohm y entre A y B 200 Ohm. En este caso, la resistencia de 200 Ohm se denomina Resistencia de Bobina

Figura 7: Circuito para el control de un motor unipolar.

La Figura 7 muestra el circuito de driver o circuito manejador para un motor unipolar de una fase. Podemos ver que con S1 cerrado y S2 abierto, la corriente fluir de derecha a izquierda a traves de la bobina. Con S1 abierto y S2 cerrado, la corriente fluir de izquierda a derecha. Entonces, podemos cambiar la direccin del flujo de corriente usando solamente 2 interruptores.Las secuencia de la posicin de los interruptores para un driver de motor unipolar se muestra en la Tabla 3.

Tabla 3: Posicin de los interruptores para una secuencia de paso de dos fases en un motor unipolar.

Los motores unipolares son simples de controlar. Si embargo son mecnicamente ms complicados que los motores bipolares debido a que tienen un terminal central comn, adems son generalmente ms caros que los bipolares. Debido a que la corriente elctrica fluye en una sola direccin a travs de la mitad de las bobinas que posee el motor, producen la mitad del campo elctrico que los bipolares y por ende generan menos torque que estos ltimos.

El conocimiento de cmo estn construidos ambos tipos de motores, nos permite establecer algunas inferencias cuando nos encontramos con un motor que no est etiquetado y no tenemos su hoja de datos. Un motor con cuatro terminaleses un motor bipolar de dos fases. Mediremos la continuidad entes terminales para identificar los polos correspondientes a cada bobina. Un motor con seis terminales puede ser un motor unipolar de dos fases o un motor bipolar de tres fases. Para determinar el tipo, mediremos la continuidad entre pares de terminales y as conoceremos el nmero de bobinas o campos que tiene.

Figura 8: Esquemtico de la controladora del motor paso a paso.

Controlando tu motorLa teora de control del motor discutida anteriormente en este trabajo puede ser implementada con una solucin de hardware nicamente: un microcontrolador o un DSP.La Figura 8 muestra como puede ser controlado un motor unipolar de dos fases usando transistores e interruptores. Cada transistor necesita tener su base conectada a una de las salidas digitales del microcontrolador. Los emisores debern ir conectados a tierra y los colectores a los cuatro terminales de las bobinas del motor. El Terminal central del motor ir conectado al Terminal positivo de la fuente de poder.

Cada colector tambin se conectar a la fuente a travs de un diodo a fin de proteger el transistor del voltaje inducido por las bobinas del motor durante su rotacin. De ms est decir que en la medida que el roto gira, un voltaje se induce en las bobinas del motor. Este voltaje suministrar corriente hacia los colectores de los transistores a no ser que se impida por medio del diodo.

Supongamos por ejemplo, que una salida digital do1 esta a nivel alto y do2 est a nivel bajo. Entonces, el transistor de do1 estar polarizado y la corriente fluir desde +V a travs del terminal central comn del motor, a travs de la base del transistor T1, saliendo por su emisor. Sin embargo, do2 estar apagada, por lo que la corriente no podr fluir a travs de T2. Continuando este razonamiento, podemos deducir la Tabla 3 para poder apreciar la secuencia deseada en las salidas digitales del microcontrolador para poder manejar el motor. Vean la Tabla 4.

Tabla 4: Salidas digitales del microcontrolador para las secuencias de pasos en un motor unipolar de dos fases.

Ahora que conocemos el hardware y la secuencia de las salidas digitlaes necesaria para el manejo del motor, podemos escribir el software para nuestro microcontrolador/DSP favorito a fin de implementar la secuencia mostrada.

Control del FirmwareHemos montado lo explicado anteriormente en un PIC16F877 de Microchip. Los diodos utilizados fueron los 1N4003 y los transistores unos Darlington 2SD1276A.Como salidas digitales se escogieron los bits 0, 1, 2 y 3 del puerto A (PortA). Los motores Airpax son unipolares, de dos fases y 5 voltios.Si bien en nuestro circuito utilizamos la misma fuente de poder de 5 voltios tanto para el microprocesador como para la alimentacin de motores, para aplicaciones serias se recomienda el uso de fuentes separadas a fin de evitar ruidos inducidos en el microcontrolador.

Ms abajo se muestra el cdigo fuente. Este programa hace que el motor realice un paso cada 50 milisegundos. Trabaja inicializando las salidas digitales para el paso #1 como se muestra en la Tabla 4. Entonces, cada 50ms (o aqul que se especifiquen la constante WaitTime), el programa rotar las salidas digitales en el orden correcto. Para invertir la direccin de giro, simplemente realice el ciclo en el orden opuesto.

Listado 1 PIC16F877 Cdigo Assembler para un motor paso a paso unipolar bifsicoCdigo:; Declaracin de variablescblock 0x20Count1; Contador DelayCount2; Contador Delayendc; Declare constantsWaitTimeequd'50'; Espera 50 msec entre stepsPosition1equb'1010'; Valores de la Salida digital para 1er stepPosition2equb'1001'; Valores de la Salida digital para 2do stepPosition3equb'0101'; Valores de la Salida digital para 3er stepPosition4equb'0110'; Valores de la Salida digital para 4to step;**************** Inicio del Programa ***********************org 0; Vector de Resetnop; nop para Microchip's In-Circuit Debugger (ICD);**************** Initialization *********************bankselTRISAmovlw0xC0movwfTRISA; Coloca bits 0-3 todas como Salidas en PortAmovlwb'00000110'; Configura Port A como digitalmovwfADCON1bankselPORTA; Regreso al Bank 0clrfCount1; Borra ContadorclrfCount2; Borra ContadormovlwPosition1; Comenzar motor in Posicin 1movwfPORTA;******************** Motor drive *********************DrivemovlwWaitTime; Inicializa WaitTime a Count1movwfCount1LoopcallTimer; Espera 1 msecdecfszCount1, f; Decrementa Count1. Count1 = 0 ?gotoLoop; No Mantente esperandomovfPORTA, w; Leer la posicin presentesublwPosition1bnz Drive1movlwPosition2; En la Posicin1 - step a la Posicin2movwfPORTA gotoDrive; otro StepDrive1movfPORTA, w; Leer la posicin actualsublwPosition4bnz Drive2movlwPosition1; En la Posicin4 - step a la Posicin1movwfPORTAgotoDrive; otro StepDrive2movfPORTA, w; Leer la posicin actualsublwPosition3bnzDrive3movlwPosition4; En la Posicin3 - step a la Posicin4movwfPORTAgotoDrive; otro Step Drive3movfPORTA, w; Leer la posicin actualsublwPosition2bnzDrive4movlwPosition3; En la Posicin2 - step a la Posicin3movwfPORTAgotoDrive; otro Step Drive4movlwPosition1; En posicin desconocida - step a la Posicin1movwfPORTA; Escribir PORTAgotoDrive; otro Step;************* Subturina de 1 msec de Retardo *****************; Esta rutina toma 1 ms en ejecutarse (a velocidad de reloj de 4 MHz)Timermovlwd'200'; Set loop countmovwfCount2; Save loop countTime1nopnopdecfszCount2, f; Count2 - 1 = 0 ?gotoTime1; No Continuarreturn; Si Regresar

endEl motor que hemos utilizado tiene 24 polos. Esto significa que un paso mueve 180/24 = 7,5. Este motor rota 7,5 cada 50ms, por lo que realiza una vuelta completa cada 2,4 segundos.Si reducimos el valor de la constante WaitTime por un factor de 2, el motor rotar al doble de la velocidad. Sin embargo, existe un lmite en la velocidad rotacional del motor. Si el campo del estator gira muy rpido, el rotor no ser capaz de seguirlo debido a su inercia, friccin y otras limitaciones mecnicas.En ese punto el motor empieza a saltar y deja de rotar sincrnicamente con el campo de estator. Si WaitTime se decrece consecutivamente, tambin el motor dejar de rotar.

Otros tipos de motores pueden contener 3 o 4 fases adicionales a las 2 que hemos tratado en este artculo. Algunos steppers bifsicos tiene un Terminal central que se conecta en el medio, entre ambas bobinas. Este tipo de paso a paso tiene 5 terminales saliendo del motor.

Tambin existen otros tipos de motores que no son paso a paso. Los ms viejos y simples son los motores DC o de corriente continua. Por lo general usan escobillas y no son muy duraderos como deberan ser. Sin embargo, existen motores DC que no usan escobillas y utilizan circuitera electrnica para la transmisin de energa a sus campos y rotores. Estos ltimos tiene una vida til mucho ms extensa.

Otro tipo es el de induccin. Un motor de induccin trabaja con un principio totalmente diferente a los steppers y DC. El voltaje de alimentacin de este tipo de motores es alterno (AC) en lugar de continuo (DC) y la velocidad del rotor retrasa la velocidad del campo magntico del estator.Los paso a paso y los DC son motores sincrnicos ya que su rotor gira sincrnicamente con el campo magntico del estator. Los de induccin son asyncrnicos porque la velocidad del rotor se retrasa relativamente a la rotacin del campo magntico

Muchisimos ms detalles y tpicos que los cubiertos en este artculo los estn esperando para que los descubran sin embargo, si han entendido los principios bsicos expuestos aqu, estarn bien posicionados para comenzar el diseo, mantenimiento y diagnstico de hardware controladora de paso a pasos y su software asociado.

Nota: El presente trabajo est basado y traducido del artculo de Dan Simon titulado Get Your Motor Running y publicado enhttp://www.embedded.comao 2003.

Saludos,Marcelo.

Adjunto:Guia Motores paso a paso, funcionamiento y control por computadora y sin ella.Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversorEl amplificador diferencialUna tercera configuracin del AO conocida como el amplificador diferencial, es una combinacin de las dos configuraciones anteriores. Aunque est basado en los otros dos circuitos, el amplificador diferencial tiene caractersticas nicas. Este circuito, mostrado en la figura 4, tiene aplicadas seales en ambos terminales de entrada, y utiliza la amplificacin diferencial natural del amplificador operacional.

Figura 4.Para comprender el circuito, primero se estudiarn las dos seales de entrada por separado, y despus combinadas. Como siempre Vd = 0 y la corriente de entrada en los terminales es cero.Recordar que Vd = V(+) - V(-) ==> V(-) = V(+)La tensin a la salida debida a V1 la llamaremos V01

y como V(-) = V(+)La tensin de salida debida a V1 (suponiendo V2 = 0) valdr:

Y la salida debida a V2 (suponiendo V1 = 0) ser, usando la ecuacin de la ganancia para el circuito inversor, V02

Y dado que, aplicando el teorema de la superposicin la tensin de salida V0 = V01 + V02 y haciendo que R3 sea igual a R1 y R4 igual a R2 tendremos que:

por lo que concluiremos

que expresando en trminos de ganancia:

que es la ganancia de la etapa para seales en modo diferencialEsta configuracin es nica porque puede rechazar una seal comn a ambas entradas. Esto se debe a la propiedad de tensin de entrada diferencial nula, que se explica a continuacin.En el caso de que las seales V1 y V2 sean idnticas, el anlisis es sencillo. V1 se dividir entre R1 y R2, apareciendo una menor tensin V(+) en R2. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y a la tensin de entrada diferencial cero, una tensin igual V(-) debe aparecer en el nudo suma (-). Puesto que la red de resistencias R3 y R4 es igual a la red R1 y R2, y se aplica la misma tensin a ambos terminales de entrada, se concluye que Vo debe estar a potencial nulo para que V(-) se mantenga igual a V(+); Vo estar al mismo potencial que R2, el cual, de hecho est a masa. Esta muy til propiedad del amplificador diferencial, puede utilizarse para discriminar componentes de ruido en modo comn no deseables, mientras que se amplifican las seales que aparecen de forma diferencial. Si se cumple la relacin

La ganancia para seales en modo comn es cero, puesto que, por definicin, el amplificador no tiene ganancia cuando se aplican seales iguales a ambas entradas.Las dos impedancias de entrada de la etapa son distintas. Para la entrada (+), la impedancia de entrada es R1 + R2. La impedancia para la entrada (-) es R3. La impedancia de entrada diferencial (para una fuente flotante) es la impedancia entre las entradas, es decir, R1+R3.El sumador inversorUtilizando la caracterstica de tierra virtual en el nudo suma (-) del amplificador inversor, se obtiene una til modificacin, el sumador inversor, figura 5.

Figura 5.En este circuito, como en el amplificador inversor, la tensin V(+) est conectada a masa, por lo que la tensin V(-) estar a una masa virtual, y como la impedancia de entrada es infinita toda la corriente I1 circular a travs de RF y la llamaremos I2. Lo que ocurre en este caso es que la corriente I1 es la suma algebraica de las corrientes proporcionadas por V1, V2 y V3, es decir:

y tambin

Como I1 = I2 concluiremos que:

que establece que la tensin de salida es la suma algebraica invertida de las tensiones de entrada multiplicadas por un factor corrector, que el alumno puede observar que en el caso en que RF = RG1 = R G2 = R G3 ==> VOUT = - (V1 + V2 + V3)La ganancia global del circuito la establece RF, la cual, en este sentido, se comporta como en el amplificador inversor bsico. A las ganancias de los canales individuales se les aplica independientemente los factores de escala RG1, R G2, R G3,... tc. Del mismo modo, R G1, R G2 y R G3 son las impedancias de entrada de los respectivos canales.Otra caracterstica interesante de esta configuracin es el hecho de que la mezcla de seales lineales, en el nodo suma, no produce interaccin entre las entradas, puesto que todas las fuentes de seal alimentan el punto de tierra virtual. El circuito puede acomodar cualquier nmero de entradas aadiendo resistencias de entrada adicionales en el nodo suma.Aunque los circuitos precedentes se han descrito en trminos de entrada y de resistencias de realimentacin, las resistencias se pueden reemplazar por elementos complejos, y los axiomas de los amplificadores operacionales se mantendrn como verdaderos. Dos circuitos que demuestran esto, son dos nuevas modificaciones del amplificador inversor.El integradorSe ha visto que ambas configuraciones bsicas del AO actan para mantener constantemente la corriente de realimentacin, IF igual a IIN.

Figura 6Una modificacin del amplificador inversor, el integrador, mostrado en la figura 6, se aprovecha de esta caracterstica. Se aplica una tensin de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una corriente Iin.Como ocurra en el amplificador inversor, V(-) = 0, puesto que V(+) = 0, y por tener impedancia infinita toda la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador Cf, llamaremos a esta corriente If.El elemento realimentador en el integrador es el condensador Cf. Por consiguiente, la corriente constante If, en Cf da lugar a una rampa lineal de tensin. La tensin de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar Cf por el lazo de realimentacin.La variacin de tensin en Cf es

lo que hace que la salida vare por unidad de tiempo segn:

Como en otras configuraciones del amplificador inversor, la impedancia de entrada es simplemente RgObsrvese el siguiente diagrama de seales para este circuito

Por supuesto la rampa depender de los valores de la seal de entrada, de la resistencia y del condensador.El diferenciadorUna segunda modificacin del amplificador inversor, que tambin aprovecha la corriente en un condensador es el diferenciador mostrado en la figura 7.

En este circuito, la posicin de R y C estn al revs que en el integrador, estando el elemento capacitativo en la red de entrada. Luego la corriente de entrada obtenida es proporcional a la tasa de variacin de la tensin de entrada:

De nuevo diremos que la corriente de entrada Iin, circular por Rf, por lo que If = IinY puesto que Vout= - If Rf Sustituyendo obtenemos

Obsrvese el siguiente diagrama de seales para este circuito

El seguidor de tensinUna modificacin especial del amplificador no inversor es la etapa de ganancia unidad mostrada en la figura 8

En este circuito, la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito, y Rf es cero, y la realimentacin es del 100%. Vo es entonces exactamente igual a Vi, dado que Es = 0. El circuito se conoce como "seguidor de emisor" puesto que la salida es una rplica en fase con ganancia unidad de la tensin de entrada. La impedancia de entrada de esta etapa es tambin infinita.SensoresLuego de recibir algunos pedidos de informacin acerca de sensores, decidi armar una breve sntesis sobre sensores y sus tipos, enfocados desde el punto de vista industrial. El propsito de este contenido es orientar a todos aquellos estudiantes y afines que requieran encarar un proyecto de investigacin acerca de estos dispositivos y sus configuraciones. Si bien en la sntesis de clasificacin general de sensores se especifican los tipos segn su arquitectura interna, he dejado a criterio del lector poner nfasis en las ejemplificaciones correspondientes, ya que estos varian segn el diseo de los fabricantes y/o aplicaciones a los que fueron destinados. Es sabido que el material es muy extenso, asi como la cantidad y tipo de sensores, por eso espero que esta sntesis pueda ayudar a encarar dichos proyectos._____________________________________________Literatura sobre SensoresFuente:apuntes tericos Universidad Tecnolgica Nacional (UTN-INSPT) - Bs. As. ArgentinaAutor:sntesis por MaMu_____________________________________________

Sensores

Instrumentos de Proceso

Para manejar (operar) una planta es necesario conocer el valor de las propiedades en proceso, utilizar esta informacin para diagnosticar la mejor forma de operar el proceso y disponer de medios de modificar el proceso en el grado deseado. Esta secuencia: Medir-Decidir-Actuar; es vlida desde el manejo de una sola variable o propiedad (por ejemplo, para obtener un cierto flujo es necesario medirlo, compararlo con el flujo deseado y manejar una vlvula o una bomba a fin de satisfacer el requerimiento) hasta una planta completa donde la medicin de una propiedad en el producto terminado puede implicar acciones sobre operaciones al inicio de la lnea de proceso.Dado que la seleccin de las variables a medir y sobre las que actuar es un aspecto emprico, se deber disponer de una batera de conocimientos desagregados desde donde realizar la seleccin de instrumentos. Se entiende por instrumento tanto los sistemas de medicin (Sensores) como los de manipulacin (Actuadores: motores, bombas, vlvulas, agitadores, etc.).

Sensores y Transductores

Se llama sensor al instrumento que produce una seal, usualmente elctrica (antao se utilizaban seales hidrulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlacin definida (su ganancia). En trminos estrictos, un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sera un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sera un instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un termmetro de radiacin infrarroja, p.e.). Existe, adems, el concepto estricto de transductor: un instrumento que convierte una forma de energa en otra (o una propiedad en otra). Por ejemplo, un generador elctrico en una cada de agua es un conocido transductor de energa cintica de un fluido en energa elctrica; sobre esta base se podra pensar, por ejemplo, en un transductor de flujo a seal elctrica consistente de un pequeo generador a paletas movilizado por el caudal a medir. Los transductores siempre retiran algo de energa desde la propiedad medida, de modo que al usarlo para obtener la cuantificacin de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la prdida no impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante.

Sntesis de Clasificacin de Sensores

(Analgicos Digitales)

Sensores de Temperatura:Termocuplas. Termistores: NTC, PTC, RTD. Integrados. A Diodo. Pirmetros de radiacin. Sensores de Deformacin:Galgas extensiomtricos (Strain Gages). Metal, Semiconductor, pelcula delgada, Capacitivo, piezoelctrico, Fotoelsticos. Sensores de Fuerza:Capacitivos. A reluctancia. A strain Gage. Piezoelctricos. A elemento vibrante. Celdas de carga. Sensores de Torque:A strain Gage. Reluctivos. Fotoelctricos. Inductivos a desplazamiento de fase. Sensores de Presin:Capacitivos. Inductivos. A reluctancia. Potenciomtricos resistivos. Strain Gage. Piezoelctricos. Servo-Sensores. A elemento vibrante. Llaves de Presin. Sensores de Flujo-Caudal:Presin diferencial. Mecnico. Termal. Magntico. Oscilante. Ultrasnico. Sensores de Nivel:Presin. Pesado. Flotadores. Conductividad. Capacitivos. Transferencia de calor. pticos. Osciladores amortiguados. Ultrasnicos. Microondas. Radioactividad. Sensores de Desplazamiento Lineal y Angular, Posicin:Capacitivos. Reluctivos o LVDT. Potenciomtricos. pticos. Codificadores Lineales y Angulares (Encoders-Encoders Incrementales). Por Sensado Remoto: Radar y Sonar. Por Posicin y Actitud: Girscopos e Inclinmetros. Sensores de Velocidad, Aceleracin y Vibraciones:Lineales: Electromagnticos, rueda a medida. Angulares: (Tacmetros) Electromagnticos. pticos. Acelermetros: Capacitivos. Potenciomtricos. Reluctivos. Servo asistidos. A Strain Gage. A elemento vibrante. Sensores de Sonido:A condensador. Piezoelctricos. Dinmicos. Hidrfonos. Ultrasnicos. Infrasnicos. Magnetoestrictivos. Sensores de Luz:Fotovoltaicos (clula). Fotoconductivos. Fotoemisivos. Termoelctricos. Piroelctricos. Fotomultiplicadores. Fototransistores (LDR). Por Reflexin. Sensores Magnticos:Hall. Magnetoresistivos. Magnetrn. Sensores de Proximidad:Inductivos sensibles a metales ferromagnticos. Inductivos no sensibles a metales ferromagnticos. Capacitivos. Luz visible o Infrarroja. Microondas. Ultrasnicos. Sensores de Humedad:Higromtricos. Psicromtricos. De punto de roco. Sensores Qumicos:Catarmetros. A cristales de cuarzo piezoelctricos. Catalticos. Capacitivos. Resistivos. Potenciomtricos. Amperomtricos. A Fibra ptica. Biosensores.

Acondicionamiento de Seales

La mayora de las seales requieren de preparacin antes de poder ser digitalizadas. Por ejemplo, una seal de un termopar es muy pequea y necesita ser amplificada antes de pasar por el digitalizador. Otros sensores como RTD, Termistores, galgas extensiomtricas y acelermetros requieren de poder para operar. An las seales de voltaje puro pueden requerir de tecnologa para bloquear seales grandes de modo comn o picos. Todas estas tecnologas de preparacin son formas de acondicionamiento de seal.Puesto que existe un amplio rango de tecnologas, el papel que desempea y la necesidad de cada una de estas se puede volver confuso. A continuacin le proporcionamos una gua de los tipos de acondicionamiento de seal ms comunes, su funcionalidad y ejemplos de cuando usarlos.

Aislamiento

Las seales de voltaje fuera del rango del digitalizador pueden daar el sistema de medicin y ser peligrosas para el operador. Por esta razn, normalmente es preciso tener el aislamiento y la atenuacin para proteger al sistema y al usuario de voltajes de alta tensin o picos. Tambin se puede necesitar aislamiento si el sensor est en un plano de tierra diferente al del sensor de medicin (como un termopar montado en una mquina).

Amplificacin

Cuando los niveles de voltaje que va a medir son muy pequeos, la amplificacin se usa para maximizar la efectividad de su digitalizador. Al amplificar la seal de entrada, la seal acondicionada usa ms efectivamente el rango del convertidor analgico-digital (ADC) y mejora la precisin y resolucin de la medicin. Algunos sensores que tpicamente requieren de amplificacin son los termopares y galgas extensiomtricas.

Atenuacin

La atenuacin es lo opuesto a la amplificacin. Es necesario cuando el voltaje que se va a digitalizar es mayor al rango de entrada del digitalizador. Esta forma de acondicionamiento de seal disminuye la amplitud de la seal de entrada, para que la seal acondicionada este dentro del rango del ADC. La atenuacin es necesaria para medir voltajes altos.

Multiplexeo

Tpicamente, el digitalizador es la parte ms costosa del sistema de adquisicin de datos. Al multiplexar, usted puede rutear secuencialmente un cierto nmero de seales a un solo digitalizador, logrando as un sistema de bajo costo y extendiendo el nmero de conteo de seales de su sistema. El multiplexeo es necesario para cualquier aplicacin de alto conteo de canales.

Filtrado

Los filtros son necesarios para remover cualquier componente de frecuencia no deseada en una seal, principalmente para prevenir aliasing y reducir la seal de ruido. Algunas mediciones de termopares generalmente requieren de filtros pasa bajos para remover el ruido de las lneas de poder. Las mediciones de vibracin normalmente requieren de filtros antialiasing para remover componentes de seales ms all del rango de frecuencias del sistema de adquisicin de datos.

Excitacin

Muchos sensores, como RTD, galgas y acelermetros, requieren de alguna fuente de poder para hacer la medicin. La excitacin es la tecnologa de acondicionamiento de seal requerida para proveer esa fuente. Esta excitacin puede ser voltaje o corriente dependiendo del tipo de sensor.

Linearizacin

Algunos tipos de sensores producen seales de voltaje que no son lineales en relacin con la cantidad fsica que estn midiendo. La linearizacin, el proceso de interpretar la seal del sensor como una medicin fsica, puede realizarse a travs de acondicionamiento de seal o software. Los termopares son un ejemplo tpico de un sensor que requiere linearizacin.

Compensacin de Junta Fra

Otra tecnologa requerida para mediciones de termopares es la compensacin de junta fra (CJC). Siempre que se conecta un termopar a un sistema de adquisicin de datos, la temperatura de la conexin debe ser conocida para poder calcular la temperatura verdadera que el termopar esta midiendo. Un sensor CJC debe estar presente en el lugar de las conexiones.

Muestreo Simultneo

Cuando es crtico medir dos o ms seales en un mismo instante, el muestreo simultneo es indispensable. El acondicionamiento de seal apropiado al frente de su sistema es una opcin de bajo costo para realizar esta operacin sin tener que comprar un digitalizador para cada canal. Algunas de las aplicaciones que podran requerir de muestreo simultneo incluyen las mediciones de vibracin y mediciones de diferencias de fase.Encoders: Informacin Tcnica

Un encoder es un sensor electro-opto-mecnico que unido a un eje, proporciona informacin de la posicin angular. Su fin, es actuar como un dispositivo de realimentacin en sistemas de control integrado.

Tipos de encoders

Encoder incremntal (Incremental Encoder)

Este tipo de encoder se caracteriza porque determina su posicin, contando el numero de impulsos que se generan cuando un rayo de luz, es atravesado por marcas opacas en la superficie de un disco unido al eje.

En el estator hay como mnimo dos pares de fotorreceptor pticos, escalados un nmero entero de pasos ms de paso. Al girar el rotor genera una seal cuadrada, el escalado hace que las seales tengan un desfase de de periodo si el rotor gira en un sentido y de si gira en el sentido contrario, lo que se utiliza para discriminar el sentido de giro.

Un simple sistema lgico permite determinar desplazamientos a partir de un origen, a base de contar impulsos de un canal y determinar el sentido de giro a partir del desfase entre los dos canales. Algunos encoders pueden disponer de un canal adicional que genere un pulso por vuelta y la lgica puede dar nmero de vueltas ms fraccin de vuelta.

La resolucin del encoder depende del nmero de impulsos por revolucin.

Encoder absoluto (Absolute Encoder)

En el encoder absoluto, el disco contiene varias bandas dispuestas en forma de coronas circulares concntricas, dispuestas de tal forma que en sentido radial el rotor queda dividido en sectores, con marcas opacas y transparentes codificadas en cdigo Gray.

El estator tiene un fotorreceptor por cada bit representado en el disco. El valor binario obtenido de los fotorreceptores es nico para cada posicin del rotor y representa su posicin absoluta. Se utiliza el cdigo Gray en lugar de un binario clsico porque en cada cambio de sector slo cambia el estado de una de las bandas, evitando errores por falta de alineacin de los captadores.

Para un encoder con n bandas en el disco, el rotor permite 2^n combinaciones, por lo cual la resolucin ser 360 dividido entre los 2^n sectores; Por ejemplo para encoders de 12 y 16 bits se obtiene una resolucin angular de 0.0879 y 0.00549 respectivamente.

Resolucin angular = 360/2^n

Generalmente, los encoders incremntales proporcionan mayor resolucin a un costo ms bajo que los encoders absolutos. Adems, su electrnica es mas simple ya que tienen menos lneas de salida.

Tpicamente un encoder incrmental solo tiene cuatro lneas: 2 de cuadratura, una de poder y una tierra. Un encoder absoluto tiene una lnea de salida por cada bit, una lnea de poder y la tierra.

Encoder Inside

Fotorreceptor

07/06/2005#2

Andres CuencaModerador general

Terminologa y definiciones tcnicas (1)

Aceleracin angular:El rgimen de cambio de la velocidad angular generalmente expresado en radianes por segundo al cuadrado.

Alto rendimiento:Los encoders con alta respuesta a frecuencia y resolucin se consideran de alto rendimiento.

Axial:La direccin paralela al eje del encoder.

Base:El envolvente que contiene el eje, los cojinetes y el sello del eje.

Binario:Un sistema de numeracin que usa 2 como base (1, 2, 4, 8, 16, 32, ...)

Bit:Una abreviacin de dgito binario.

Brida:Una configuracin de montaje cuadrado para encoders y dispositivos de resolucin rotativos.

Canal:Una seal de salida de encoder incremental. Un encoder de dos canales tiene dos salidas.

Carga:Un trmino usado para describir el dispositivo al cual se aplican las seales de encoder.

Carga axial:La cantidad mxima de fuerza que se puede aplicar a un eje de encoder en una direccin paralela al eje.

Carga de eje:La cantidad mxima de fuerza que se puede aplicar a un eje de encoder, generalmente expresada en libras (Newtons).

Carga radial:La cantidad mxima de fuerza que se puede aplicar a un eje de encoder en una direccin perpendicular.

Carrera del eje:La cantidad de movimiento radial durante la rotacin.

Ciclo de servicio:La relacin entre el nivel de lgica de estado alto y el perodo total de un ciclo.

Cdigo Gray:Un cdigo binario en el cual slo un bit de palabra binaria cambia por cada posicin o nmero secuencial.

Conteos por vuelta:Algunas veces denominados pulsos por revolucin (PPR), el nmero total de posiciones en una rotacin de 360 grados del eje.

Controlador de lnea diferencial:Un tipo de controlador de salida que usa dos lneas de seales por canal de encoder. Cuando se usa con un receptor de lnea diferencial, se pueden proporcionar longitudes mayores de cable y mayor inmunidad al ruido.

Corriente de entrada:La corriente requerida para activar el circuito interno del encoder.

Corriente fuente:Un tipo de salida donde la corriente de seal fluye desde el encoder a la carga.

Corriente sumidero:Un tipo de salida donde la corriente de seal fluye desde la carga al encoder.

Cuadratura:Separacin de 90 en fase. Se usa en encoders incrementales para denotar la direccin de movimiento.

Datos:Informacin real de medicin transmitida por un encoder en serie o en paralelo.

Dcadas:En BCD, una dcada est compuesta de 4 bits ( 1, 2, 4, 8 ) y representa un lugar decimal (unidades, decenas, centenas, etc.).

Decimal codificado a binario ( BCD ):Un sistema de numeracin donde los nmeros decimales 0 a 9 estn representados por 4 bits binarios ( 8, 4, 2, 1 ).

Desalineamiento angular:La cantidad mxima de ngulo entre los ejes acoplados.

Desalineamiento paralelo:La mxima cantidad de distancia entre las lneas centrales de los ejes acoplados.

Diferencial:En trminos de lgica decimal, una pareja de salidas exactamente opuesta 0, 1 180 grados fuera de fase.

Eje ciego:Un encoder de eje hueco cubierto en un extremo de manera que el eje aceptado no pueda sobrepasar una longitud mxima.

Eje hueco:Un diseo de encoder sin eje que se monta sobre el eje de un dispositivo conectado, como por ejemplo un motor.

Flexibilidad axial:La cantidad mxima de juego longitudinal del eje.

07/06/2005#3

Andres CuencaModerador general

Terminologa y definiciones tcnicas (2)

Impacto:Un movimiento transitorio que puede excitar resonancias mecnicas.

Impedancias:Las impedancias, expresadas en ohms, generalmente se especifican en formato rectangular como R + jX, donde R es la suma de los componentes resistivos de CC y CA y X es el componente reactivo.

ndice:Una seal de salida, tambin conocida como marcador cero, producida una vez por revolucin. Se usa para identificar una posicin inicial o un punto de restablecimiento.

Interface en serie sncrona o SSI:Un protocolo de comunicacin en serie usado frecuentemente para traducir datos de encoder absoluto en paralelo. Las ventajas de la SSI con respecto al cableado en paralelo incluyen una cantidad menor de cables y una mejor inmunidad al ruido.

Juego longitudinal:La cantidad de movimiento de eje axial con una cantidad especificada de carga axial aplicada.

Juego radial:La cantidad de movimiento radial del eje con una carga radial especificada.

Mxima temperatura de trabajo:La temperatura de operacin mxima para la mayora de aplicaciones. Es posible que no se cumplan algunas especificaciones.

Momento de inercia:La suma de productos formados al multiplicar la masa de cada elemento de una figura por el cuadrado de su distancia desde un eje.

Par de arranque:El par requerido para iniciar la rotacin de un eje, generalmente medido en pulgadas-onza.

Par de torsin:El par requerido para mantener un eje rotando a velocidad constante, generalmente medido en pulgadas-onza.

Radial:La direccin perpendicular al eje del encoder.

Radin:Un arco en cualquier crculo, igual en longitud al radio del mismo crculo.

Referencia cero:Una seal de salida producida una vez por revolucin. Se usa para identificar una posicin inicial o un punto de restablecimiento.

Relacin de transformadorrmacin:La relacin del voltaje de salida con respecto al voltaje de entrada cuando la salida est en acoplamiento mximo.

Resolucin:La medida del cambio ms pequeo de entrada que el encoder puede detectar.

Respuesta a frecuencia:La mxima frecuencia a la cual todos los parmetros estn dentro de la especificacin.

Sensibilidad:El voltaje de salida expresado como funcin del ngulo de eje en milivoltios/grados.

Servicio pesado:Los encoders con caractersticas de mayor carga de eje se consideran de servicio pesado.

Servo:Una configuracin de montaje circular que permite la rotacin del encoder para fines de alineamiento. Tambin un trmino comn para indicar un motor elctrico pequeo.

Temperatura de operacin:El mximo valor de temperatura permitido con el cual se cumplen todas las especificaciones.

Unipolar:Una salida referida al comn que usa slo una lnea de seal por transmisin de datos.

Velocidad de giro:La mxima velocidad a la cual puede funcionar un encoder sin que provoque un dao fsico a la unidad.

Velocidad de operacin:El mximo valor de RPM de eje permitido con el cual se cumplen todas las especificaciones.

Velocidad mxima de trabajo:La velocidad de operacin mxima para la mayora de aplicaciones. La carga del eje debe minimizarse. Es posible que no se cumplan algunas especificaciones.

Vibracin:El cambio peridico en desplazamiento con respecto a una referencia fija.

Voltaje nulo:El voltaje residual remanente cuando el componente en fase del voltaje de salida es cero.

os elementos activos, tales como los amplificadores operacionales, son ampliamente usados en la implementacin de filtros analgicos, ya que permiten modificar ciertas caractersticas de la seal tratada. Existen muchos algoritmos para el diseo de filtros, como por ejemplo, los filtros de tipo Chebyshev, Chebyshev inverso, Bessel, Butterworth, entre otros, que llevan a la obtencin de una funcion de transferencia para el filtro deseado. Adems, existen diferentes realizaciones de filtros, para los cuales se obtienen los valores de resistores y capacitores que componen un circuito predeterminado, tal es el caso de los filtros Rouch y Sallen-Key.Filtros de Rouch :Este tipo de filtros se realiza a partir de un circuito predeterminado como el que se muestra en la grfica. Para los diferentes tipos de filtro (paso bajo, pasa banda, paso alto) cambia el tipo de admitancias del circuito, para cumplir con la funcin de transferencia, cuya ecuacin caracterstica es de segundo orden. Esto ltimo, permite una fcil realizacin, ya que la ecuacin de segundo orden en el dominio de la frecuencia, para un sistema, da cuenta de la frecuencia natural de oscilacin wn, el factor de calidad Q , entre otras caractersticas.

Diagrama esquemtico general para un filtro de tipo RouchFiltro de paso bajo :En este caso, las admitancias del circuito son :

Y1 = 1/R1; Y2 = C2s; Y3 = 1/R3; Y4 = 1/R4; Y5 = C5s;

La ecuacin, en el dominio de la frecuencia compleja s, para este tipo de filtro es de la forma :

y la funcin de transferencia del circuito es :

Llevando el denominador a la forma as2 + bs + c :

y a partir de esta ltima ecuacin se calculan los valores de los resistores y capacitores.Filtro pasa-banda :Para este tipo de filtro, las admitancias son :

Y1 = 1/R1; Y2 = 1/R2; Y3 = C3s; Y4 = C4s; Y5 = 1/R5;

La funcin de transferencia para este filtro es :

Filtro de paso alto :Para este tipo de filtro, las admitancias son :

Y1 = C1s; Y2 = 1/R2; Y3 = C3s; Y4 = C4s; Y5 = 1/R5;

La funcin de transferencia para este filtro es :

La funcin de transferencia del circuito es :

Transmisor de FMEste sencillo circuito transmisor de frecuencia modulada (FM) le permitir transmitir seales de audio en un rea de aproximadamente 100mts de radio.

La seal emitida puede ser sintonizada en cualquier punto del Dial de su radio de FM comercial, pues su frecuencia de transmisin puede ser fcilmente localizada entre los 88 y los 108Mhz.

Sus usos son ilimitados, puede ser utilizado como monitor para bebes, como micrfono inalmbrico para conferencias, transmitir el audio del PC hacia algn otro punto de la casa.

Una de las aplicaciones ms fascinantes de la electrnica, son las comunicaciones inalmbricas. Este proyecto permitir iniciarse en dicho campo.

Este tipo de comunicaciones, estn regidas por las normas de cada pas, por lo cul no se deben exceder ciertos lmites, la omisin de dichos lmites, es castigada con multas y sanciones.

El transmisor de FM en miniatura, ha sido diseado de tal forma que no exceda dichos lmites de su frecuencia de oscilacin que esta comprendida entre los 88 y los 130Mhz y el campo generado por las irradiaciones, no supera los 50mV por metro, a una distancia de 15cm del circuito.

Si usted ensambla su circuito siguiendo las especificaciones que a continuacin le daremos, no exceder dichos lmites, pues cualquier modificacin que se haga al circuito incluyendo pro ejemplo una variacin en el voltaje de alimentacin, cambiar el alcance de la seal emitida.

Lista de Materiales2 Transistores 2N2222 (Tambin pueden usar los 2N3904, BC547, BC548)1 Micrfono Electret2 Condensadores Electrolticos 10uF/25v1 Condensador Electroltico de 2.2uF/25v2 Condensadores Cermicos de .1uF/50v2 Condensadores Cermicos de 2.7pF/50v (Tambin pueden usar de 2.5pF)1 Condensador ajustable de 5-60pF (trimmer)2 Resistencias 1k1 Resistencia 15K1 Resistencia 6.8k2 Resistencias 10K2 Resistencias 4.7K1 Resistencia 2.2K1 Resistencia 220 Ohm50 cm. Alambre para puentes de 0.51mm de dimetro (24 AWG)Tornillos1 Conector + Soporte para Batera5 Espadines o Pines (ver imagen)1 Baquelita1 Batera 9VCautnTaladroSoldaduraEstao

A continuacin agrego una imagen con una descripcin de cada parte del circuito:

Construccin de La BobinaPara fabricar la bobina, tome el alambre para puentes y crtelo por mitad, tome los 2 trozos resultantes y enrllelos en un lapicero comn dando 6 vueltas alrededor del mismo.

Aunque es ms fcil conseguir el alambre para puentes, tambin se puede usar alambre de cobre esmaltado, eso si, calibre #24.

Una vez hecho esto, retire el lapicero y separe las bobinas teniendo especial cuidado en no deformarlas, tome aquella que sea ms uniforme y colquela en su circuito.

La otra, desenrllela y utilcela como antena, se preguntar por que se sigue este procedimiento que parece ilgico, la razn es que de esta forma se asegura que la separacin entre las espiras es la necesaria y que es igual entre ellas as el transmisor funcionar correctamente.

Pasos Para El Ensamblaje

Paso 1.

Soldar los componentes de menor altura como las resistencias.

Paso 2.

Luego instale los condensadores cermicos, el condensador variable (trimmer), los 5 espadines y los transistores.

Paso 3.

Posteriormente, suelde los condensadores electrolticos y la Bobina. Recuerde que en la Placa del circuito impreso el terminal identificado con el signo (-) en los condensadores debe quedar ubicado del lado opuesto del identificado con el signo (+).

Paso 4.

Finalmente suelde el micrfono, teniendo en cuenta su polaridad, la antena y el conector para la batera de 9v a los espadines respectivos y asegure el soporte para la batera mediante los tornillos.

Funcionamiento

El transistor Q2 es el oscilador, Q1 es el amplificador para modular la seal.La seal moduladora se aplica a la base de Q2 mediante C2, R6.Los capacitores C6 y C7 son parte del oscilador.

Q2, L1, C5 conforman un circuito oscilador controlado por voltaje, el cual es modulado por el voltaje de audio que es amplificado por Q1.

C5 es usado para sintonizar el circuito oscilador estableciendo la frecuencia de oscilacin.

C8 acta como condensador de filtro.

Prueba y Calibracin del Circuito

Una vez que este seguro de que todos los componentes han sido ensamblados puede proceder a la prueba y calibracin del circuito. Para ello, ubique una radio de FM cerca del circuito, busque en el dial un punto en silencio (sin emisoras) y suba el volumen del receptor hasta un punto en el que puede usted or las interferencias.

Conecte una Batera de 9v al circuito y escuche atentamente la radio.Lentamente y con la ayuda de un destornillador pequeo, ajuste el condensador (trimmer C5) hasta que en el receptor se escuche un silbido o sonido similar, lo cul quiere decir que en dicho punto se ha sintonizado en el transmisor la frecuencia dial.

En ese momento puede hablar en el micrfono y se debe escuchar en la radio lo que se habla.

Si en la frecuencia seleccionada, no se logra una buena recepcin, repita este procedimiento en otro punto de la banda de FM.

Si lo prefiere, en vez de variar el capacitor, sintonice la radio hasta hallar el punto donde encuentre mejor recepcin (silencio).

Si despus de hacer esto, no consigue sintonizar el transmisor, puede ajustar la bobina que conforma el circuito oscilador juntando sus espiras para elevar la frecuencia, o separando las mismas si lo que desea es reducirla un poco.

Este circuito Funciona mejor cuando es alimentado por una batera pero si lo desea puede hacerlo con una fuente de alimentacin regulada.

Sugerencias:Si usted desea mejorar la calidad de la transmisin de su circuito, en vez de soldar la antena directamente al circuito impreso, hgalo sobre la segunda espira de la bobina, partiendo del punto donde se une con el colector del transistor Q2.

Adicionalmente, si desea tener la posibilidad de controlar el volumen del transmisor, cambie la resistencia R6 por un potencimetro, el cul puede ser aproximadamente de 10K.Para alargar la vida de la Batera, desconctela cuando no se este usando el transmisor.

Si se quiere aplicar una seal de audio externa como por ejemplo de un IPOD, se debe suprimir el micrfono y su resistencia de polarizacin R1, dejando como entrada de audio el capacitor de desacople C1.

La radiofrecuencia y los protoboard no se la van, por lo que es muy probable que si arman este circuito en un protoboard no funcione, es mejor ir a la fija y montarlo en una placa. Esto le puede servir de orientacin:

Fabricacin de circuitos impresos (PCB)

La fuente de alimentacin o la batera se conecta en paralelo al condensador C8.

NOTAS:Este tutorial ha sido extrado de un material que me ha prestado un amigo, solo poseo un par de hojas y desconozco si la publicacin prohbe su reproduccin total o parcial, en caso de ser as agradecera me sea informacinrmado y ofrezco una disculpa al autor, reiterando que no ha sido con fines de lucro sino didcticos.

He copiado tal cul el tutorial, he transcrito el texto solo omitiendo algunos detalles del original, las imgenes han sido respetadas y lo he hecho pues me ha parecido un muy buen tutorial para quienes se inician en el mundo de RF.

Saludos y espero les sea til, yo an no lo he probado en cunto lo haga les aviso si funciona o no.

Agradecimientos al autor original de el tutorial cuyo nombre no menciono pues lo desconozcoEdit: El autor del circuito y dueo original de las imgenes es Cekit.Adjunto el cdigo de colores de los trimmers. Aunque este dato es muy relativo, para algunos fabricantes el color representa el coeficiente de derivacin a la temperatura.