Tipos de Tierras
Tierra de Alimentación
Punto de retorno de la corriente eléctrica que entrega la fuente de alimentación de un sistema.
Tierra de Señal (Masa)
Punto de referencia de las señales de un circuito (también retorno de corrientes). Se suele conectar a la tierra de alimentación.
Tierra de Chasis
Representa el chasis conductor del equipo y el blindaje de un equipo o cable.
Tierra de Alimentación AC
Toma de tierra de seguridad de una instalación AC (cable verde-amarillo).
Conexiones a Tierra
En equipos electrónicos que se alimentan de la red eléctrica, el chasis metálico está conectado a la toma de tierra de la instalación. La tierra de señal (masa o común) de la electrónica también se conecta al chasis para protegerla de descargas eléctricas, oscilaciones, interferencias y otros problemas.
Diferencias de Potenciales entre Tomas de Tierra
La impedancia de la tierra y las corrientes que circulan por ella pueden generar diferencias de potencial entre distintas tomas de tierra, como la tierra de alimentación AC y la masa del circuito.
Tipos de Fuentes
Fuente Flotante
Impedancia ideal infinita entre sus terminales y la tierra de la instalación. No tienen conexión física.
Fuente Referenciada a Tierra
Impedancia ideal muy baja entre uno de sus terminales y tierra. Tienen una conexión física.
Fuente Single-Ended
Uno de sus terminales es el común (referencia) del circuito.
Fuente Diferencial
La señal de sus dos terminales respecto al común varía en la misma cantidad pero con signo opuesto.
Fuente Balanceada
Ambos terminales idealmente presentan la misma impedancia equivalente respecto al común del circuito.
Filtros
Parámetros de un Filtro Real
Banda de Paso
Rango de frecuencias en las que la señal de entrada pasa por el filtro con una atenuación inferior a 3dB respecto a su máxima respuesta en frecuencia.
Banda Eliminada
Rango de frecuencias en las que la señal de entrada es atenuada en un valor mínimo especificado.
Frecuencia de Corte
Límite de la frecuencia de paso.
Banda de Transición
Rango de frecuencias entre la banda de paso y la eliminada.
Rizado en la Banda de Paso
Variación máxima de la respuesta en frecuencia en la banda de paso.
Tipos de Filtros Analógicos
Filtros Pasivos
Utilizan resistencias, bobinas y condensadores.
Filtros Activos
Utilizan amplificadores y normalmente llevan resistencias y condensadores. Características del filtro más fieles.
Filtros de Capacidades Conmutadas
Muestran y procesan la señal en tiempo discreto. La resistencia se consigue con la conmutación de dos puertas y su valor es función de dichas frecuencias.
Aproximaciones Matemáticas en Filtros
Filtro Butterworth
Banda de paso plana, corte poco abrupto, fase regular.
Filtro Bessel
Paso banda no muy plano y corte poco abrupto, fase poco distorsionada.
Filtro Chebyshev
Rizado en la banda de paso, corte abrupto, distorsión de fase.
Filtro Cauer
Rizado acotado en ambas bandas, corte muy abrupto, mala fase.
Estructuras de Implementación de Filtros Activos
Se diferencian en la sensibilidad a los parámetros y variaciones de los componentes, en el número de componentes y en la posibilidad de ajuste independiente de los parámetros del filtro.
Ejemplos
Sallen-Key, Multiple Feedback, Variables de estado.
Referencias de Corriente y Tensión
Referencia de Corriente
Estabilidad caracterizada por parámetros como la precisión, la deriva térmica y el ruido.
Referencia de Tensión Autorregulada
Utiliza un amplificador operacional y un elemento de referencia (como un diodo Zener) para mantener una tensión de salida estable.
Diodo Zener Compensado en Temperatura
Un diodo en serie con el Zener compensa su coeficiente de temperatura. Requiere alimentaciones altas.
Referencia GAP
Utiliza una red de transistores en lugar de un Zener, con menor consumo y menor tensión.
Puentes de Wheatstone
Condición de Equilibrio
Se alcanza cuando la relación de resistencias en un brazo del puente es igual a la relación en el otro brazo.
Ventajas frente a un Divisor Resistivo
– Desplazamiento al origen de la función de transferencia.
– La tensión de salida es una fuente de tensión balanceada.
Compensación de Interferencias
Se utiliza un sensor pasivo idéntico al de medida, pero no expuesto a la variable que se desea medir, para compensar las interferencias.
Amplificadores Diferenciales
Función
Amplificar señales diferenciales en presencia de señales comunes indeseadas (habitualmente ruido).
CMRR (Common Mode Rejection Ratio)
Mide la relación entre la amplificación diferencial y la común.
Amplificadores de Instrumentación (AI)
Características
– Ganancia diferencial estable y ajustable.
– CMRR muy elevado.
– Impedancia de entrada muy elevada.
– Impedancia de salida muy baja.
– Tensión de offset y corrientes de entrada pequeñas y estables.
Amplificadores de Aislamiento
Función
Asegurar el paso fiel de una señal analógica entre dos sistemas manteniendo un aislamiento galvánico entre ambos.
Aplicaciones
– Protección de equipos.
– Ruptura de bucles de masa.
– Control de corrientes problemáticas.
Telemetría
Telemetría en Tensión y Corriente
La telemetría en corriente es mejor que en tensión frente a interferencias electromagnéticas.
Telemetría en Frecuencia
– Alta inmunidad a interferencias electromagnéticas.
– Aislamiento galvánico con bajo coste.
– Posibilidad de conversión A/D con bajo coste.
Interferencias Electromagnéticas (EMI)
Fuentes de EMI
– Naturales (rayos).
– Artificiales intencionadas (radio, wifi).
– Artificiales no intencionadas (ruido de la red).
Acoplo de Interferencias
– Conducido: Fuente y receptor comparten un conductor.
– Radiado: La interferencia llega a través del aire.
Blindaje Electromagnético
Barrera al paso de la energía electromagnética, realizada con material conductor eléctrico.
Conclusión
Este documento ha explorado conceptos fundamentales de electrónica, incluyendo tipos de tierras, fuentes, filtros, referencias de tensión y corriente, puentes de Wheatstone, amplificadores diferenciales e de instrumentación, amplificadores de aislamiento, telemetría e interferencias electromagnéticas. La comprensión de estos conceptos es esencial para el diseño y análisis de circuitos electrónicos.