SAPS: Sistemas de Adquisición y Procesamiento de Señales Departamento Académico de Electrónica Carrera: Bioingenierı́a 2do Cuatrimestre 2016 Guı́a de Problemas Complementarios Ruido en Circuitos Electrónicos Nota: Esta guı́a complementaria tiene como objetivo integrar los conocimientos adquiridos durante el cursado acerca del tema ruido en circuitos electrónicos, por lo tanto para resolverlos es posible que tenga que recurrir a las hojas de datos de los componentes o tomar alguna consideración en cuanto al diseño de los circuitos. Algunas notas de aplicación y hojas de datos recomendadas se encuentran en las referencias al final de la guı́a. Problema 1 Se desea medir la temperatura ambiente (-5◦ C a 45◦ C) empleando el circuito de acondicionamiento de la figura 1. Como parte del diseño se deberá caracterizar la máxima resolución que es posible obtener con 1 R1 = 1000Ω, con Ri despreciable. Ro = 1000Ω a To = 0◦ C con α = 0,00375 o y ∆T = T − To donde T es C pA nV , in1 = in2 = 1 √ y su producto ganancia temperatura ambiente Parámetros de Ruido del AOP: ent = 10 √ Hz Hz ancho de banda es GAB = 1M Hz Figura 1: Circuito de Acondicionamiento Se pide que: a) Proponga el circuito equivalente de ruido. b) Encuentre la expresión de la densidad espectral de potencia de ruido en la salida Vo. c) Proponga una expresión para determinar la resolución en temperatura del sistema en la salida Vo. 1 Problema 2 Como etapa de acondicionamiento de un fotodiodo se emplea el circuito de la figura 2. Y en la figura 3 se muestra el circuito equivalente que se utiliza para el análisis de ruido. Figura 2: Circuito de Acondicionamiento Figura 3: Circuito a emplear para el modelo de ruido Se pide a usted que: a) Proponga un circuito equivalente de ruido para el sistema. b) Obtenga una expresión para la densidad espectral de potencia de ruido en la salida Vout . c) Obtenga una expresión y calcule el valor eficaz de voltaje de ruido que generará el circuito en la banda de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 10 GHz. d) Calcule el rango dinámico en decibeles que tendrá el sistema considerando la banda de frecuencias del punto anterior. 2 Problema 3 Como etapa de amplificación para un micrófono, se utliza el circuito mostrado en la figura 4 Figura 4: Acondicionamiento del Micrófono 1. Proponga un circuito equivalente de ruido del sistema. Suponga que el micrófono tiene un modelo ruido similar al de una resistencia de 10KΩ 2. Obtenga una expresión para la densidad espectral de potencia de ruido en la salida Vout . 3. Obtenga una expresión y calcule el valor eficaz de voltaje de ruido que generará el circuito considerando la banda de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 10 GHz. 4. Calcule el rango dinámico en decibeles que tendrá el sistema considerando la banda de frecuencias del punto anterior. Problema 4 Como etapa de acondicionamiento para un termistor (RTD) se emplea el circuito de la figura 5. Figura 5: Sistema de Procesamiento para EMG Se pide a usted que: a) Proponga un circuito equivalente de ruido del sistema. b) Obtenga una expresión para la densidad espectral de potencia de ruido en la salida Vo. Suponga que: El producto ganancia ancho de banda del amplificador es infinito y que todas la fuentes de ruido tienen densidad espectral constante. c) Obtenga una expresión que permita calcular el valor eficaz de voltaje de ruido que generará el circuito en la banda de frecuencias comprendida entre f1 y f2. 3 Problema 5 Como etapa de acondicionamiento para un termistor NTC se emplea el circuito de la figura 6. Figura 6: Circuito de acondicionamiento Figura 7: Circuito equivalente Se pide a usted que: a) Proponga un circuito equivalente de ruido para el sistema. b) Obtenga una expresión para la densidad espectral de potencia de ruido en la salida del operacional. c) Obtenga una expresión y calcule el valor eficaz de voltaje de ruido que generará el circuito en la banda de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 10 GHz. d) Calcule el lı́mite inferior de resolución que tendrá el sistema en la salida debido a las fuentes intrı́nsecas de ruido para la banda de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 10 GHz. 4 Problema 6 Como parte de un sistema de adquisición de alta resolución, se emplea un circuito analógico, como el de la figura 8, para obtener una referencia de tensión estable y de bajo ruido. Figura 8: Sistema de filtrado Se pide que: 1. Proponga un circuito equivalente de ruido para el sistema. 2. Obtenga una expresión para la densidad espectral de potencia de ruido en la salida Vo. 3. Obtenga el valor eficaz de voltaje de ruido que generará el circuito en la banda de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 10 GHz. 4. Calcule el valor eficaz de voltaje de ruido que generará el circuito en la banda de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 10 GHz Referencias AN685 - Microchip: Thermistors in Single Supply Temperature Sensing Circuits AN1494 - Microchip: Using MCP6491 Op Amps for Photodetection Applications Datasheet - Analog Devices: 2.5 V/3.0 V High Precision Reference Datasheet - Texas Instruments: LMV721-N/LMV722 10MHz, Low Noise, Low Voltage, and Low Power Operational Amplifier DataSheet - Analog Devices: 1.0 V Precision Low Noise Shunt Voltage Reference 5