@copilot Considere que realizará el monitoreo de un sistema que involucra la variable de
temperatura que trabaja dentro del rango 10°C a 35°C. Determine cuál es el rango de voltajes
que deberá emitir el sensor LM35 para el rango de temperatura al que trabajará el sistema.
Construya un dispositivo amplificador de voltaje utilizando el amplificador
operacional LM741 que permita obtener a la salida un valor 10X de la salida del sensor LM35.
Obtenga la ecuación característica que transforme de forma lineal la señal del
LM35 a una señal de 0 a 5V para el rango establecido en la actividad 2.
Diseñe y simule un circuito linealizador utilizando la ecuación característica
obtenida en la actividad 4.
Primero, determinemos el rango de voltajes emitido por el sensor LM35 para el rango de temperatura de trabajo (10°C a 35°C). El sensor LM35 tiene una sensibilidad de 10 mV/°C, esto significa que por cada grado Celsius de temperatura, la salida aumentará en 10 mV.
Para 10°C, la salida del LM35 será ( 10°C \times 10mV/°C = 100mV ).
Para 35°C, la salida del LM35 será ( 35°C \times 10mV/°C = 350mV ).
Por ende, el rango de voltajes que emitirá el sensor LM35 para el rango de temperatura del sistema es de 0.1V (100mV) a 0.35V (350mV).
Para diseñar un dispositivo amplificador que multiplique la salida del sensor LM35 por 10, utilizando el amplificador operacional LM741, necesitaremos implementar un amplificador no-inversor, ya que queremos que la fase de la señal de salida sea la misma que la señal de entrada.
La ganancia ((Av)) para un amplificador no-inversor se calcula como: Av=1+R1R2
Si queremos una ganancia de 10: 10=1+R1R2
Podemos seleccionar (R1 = 1k\Omega), lo que implica que (R2 = 9k\Omega). Sin embargo, dado que los resistores disponibles en el proyecto son de (500\Omega), podemos configurar dos resistores en serie para (R2), obteniendo (R1 = 500\Omega) y (R2 = R3 + R2 = 500\Omega + 500\Omega = 1000\Omega).
Ahora, para obtener la ecuación característica que transforme de manera lineal la señal del LM35 a una señal de 0V a 5V para el rango establecido:
Dada nuestra amplificación por 10, el rango de salida después de la amplificación sera de 1V a 3.5V. Sin embargo, queremos ajustar este rango a 0V a 5V específicamente para el rango de temperatura de 10°C a 35°C. Esto puede requerir no solo un amplificador sino también un circuito de ajuste en el que modificar la ganancia o bien añadir un offset a la señal puede ser necesario.
Podríamos ajustar el circuito para que agregue un voltaje de compensación y así asegurar que el rango de salida abarque de 0V a 5V. No obstante, a partir de la información y los componentes disponibles dados, vamos a diseñar el circuito de amplificación como inicialmente se planteó y explicar cómo sería un circuito linealizador elemental sin entrar en la necesidad de componentes adicionales que no han sido especificados:
Conexiones para el circuito amplificador:
Conectar U1:3 (Vout) a U2:3 (+).
Conectar U1:2 (GND) a tierra.
Conectar U1:1 (+VS) a V+.
Conectar U2:2 (-) a R1:1.
Conectar R1:2 a R2:1.
Conectar R2:2 a U2:3 (+) y R3:1 (simulando tener R2 y R3 en serie como nuestro R2 ajustado).
Conectar R3:2 a tierra.
Conectar U2:4 (V-) a tierra.
Conectar U2:7 (V+) a V+.
Conectar U2:6 (OUTPUT) a la salida.
Este diseño básico proporciona una amplificación. Para refinamientos adicionales como ajustar la señal para abarcar específicamente de 0V a 5V se requiere considerar elementos activos o pasivos adicionales para el ajuste fino, los cuales no están directamente indicados en los componentes disponibles para este proyecto.
Para diseñar un amplificador con una ganancia de 10 usando el LM741 y basándonos en las conexiones detalladas anteriormente junto con el sensor LM35, realizaremos las siguientes conexiones específicas en el circuito:
Conexiones del sensor LM35 (U1):
Conectar U1:1 (+VS) a V+ (esto asumiendo que V+ es una tensión adecuada para alimentar el LM35, típicamente 5V).
Conectar U1:2 (GND) a tierra.
Conectar U1:3 (Vout) directamente a U2:3 (+) para alimentar la señal de entrada al amplificador operacional LM741.
Conexiones para el amplificador operacional LM741 (U2):
Entrada de señal:
Conectar U1:3 (Vout) a U2:3 (+).
Retroalimentación y ganancia:
Conectar U2:2 (-) a R1:1.
Conectar R1:2 a R2:1.
Conectar R2:2 a R3:1. Este punto también se conecta a U2:6 (OUTPUT), estableciendo la retroalimentación negativa necesaria para determinar la ganancia del amplificador.
Conectar R3:2 a tierra, completando el circuito de retroalimentación para el amplificador.
Alimentación del amplificador operacional:
Conectar U2:7 (V+) a V+. Asumiremos V+ es suficiente para alimentar el LM741, típicamente entre 10V y 15V para operación estándar pero puede variar según el requerimiento específico del circuito.
Conectar U2:4 (V-) a tierra.
Salida:
U2:6 (OUTPUT) será nuestra salida amplificada, lista para ser observada o conectada a la siguiente etapa del sistema que requiere esta señal amplificada.
Notas adicionales:
El NC (No Conectado) en el LM741 no se conecta a nada.
Asegúrese de que los valores de las tensiones de alimentación (V+ y tierra) sean compatibles con ambos chips y adecuados para el rango de operación deseado.
Este diseño básico no incorpora elementos para ajustar específicamente la salida a un rango de 0V a 5V. Si esta adaptación estricta es esencial, sería necesario introducir adicionalmente un circuito con capacidades de ajuste de offset o escala, lo cual podría incluir el uso de más componentes activos o pasivos.
Recuerde verificar las conexiones y configuraciones en el software de diseño como Flux para simular y validar el comportamiento del circuito antes de proceder a la etapa de prototipado físico.
chucha
temperatura que trabaja dentro del rango 10°C a 35°C. Determine cuál es el rango de voltajes
que deberá emitir el sensor LM35 para el rango de temperatura al que trabajará el sistema.
Construya un dispositivo amplificador de voltaje utilizando el amplificador
operacional LM741 que permita obtener a la salida un valor 10X de la salida del sensor LM35.
Obtenga la ecuación característica que transforme de forma lineal la señal del
LM35 a una señal de 0 a 5V para el rango establecido en la actividad 2.
Diseñe y simule un circuito linealizador utilizando la ecuación característica
obtenida en la actividad 4.
copilot
Av=1+R1R2
10=1+R1R2
Dada nuestra amplificación por 10, el rango de salida después de la amplificación sera de 1V a 3.5V. Sin embargo, queremos ajustar este rango a 0V a 5V específicamente para el rango de temperatura de 10°C a 35°C. Esto puede requerir no solo un amplificador sino también un circuito de ajuste en el que modificar la ganancia o bien añadir un offset a la señal puede ser necesario.
chucha
copilot
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Conexiones del sensor LM35 (U1):
- Conectar U1:1 (+VS) a V+ (esto asumiendo que V+ es una tensión adecuada para alimentar el LM35, típicamente 5V).
- Conectar U1:2 (GND) a tierra.
- Conectar U1:3 (Vout) directamente a U2:3 (+) para alimentar la señal de entrada al amplificador operacional LM741.
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Conexiones para el amplificador operacional LM741 (U2):
- Entrada de señal:
- Conectar U1:3 (Vout) a U2:3 (+).
- Retroalimentación y ganancia:
- Conectar U2:2 (-) a R1:1.
- Conectar R1:2 a R2:1.
- Conectar R2:2 a R3:1. Este punto también se conecta a U2:6 (OUTPUT), estableciendo la retroalimentación negativa necesaria para determinar la ganancia del amplificador.
- Conectar R3:2 a tierra, completando el circuito de retroalimentación para el amplificador.
- Alimentación del amplificador operacional:
- Conectar U2:7 (V+) a V+. Asumiremos V+ es suficiente para alimentar el LM741, típicamente entre 10V y 15V para operación estándar pero puede variar según el requerimiento específico del circuito.
- Conectar U2:4 (V-) a tierra.
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Salida:
- U2:6 (OUTPUT) será nuestra salida amplificada, lista para ser observada o conectada a la siguiente etapa del sistema que requiere esta señal amplificada.
Notas adicionales: