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ELECTRONICA - PROYECTOS

ATENUADOR COMPENSADO EN FRECUENCIA

CARACTERISTICAS

  • Su ancho de banda depende de la calidad y tolerancia de los componentes usados
  • Su impedancia de entrada se puede proponer de acuerdo a la aplicación que se requiera

DESCRIPCION Y FUNCIONAMIENTO DE CIRCUITO

El objetivo del atenuador compensado en frecuencia es adecuar la amplitud de las señales que se pretenden medir a los rangos admitidos por nuestros aparatos de medición. Generalmente los osciloscopios aceptan como rango maximo algunas decenas de volts, sin embargo para medir altos voltajes es necesario atenuar las señales que se apliquen al osciloscopio o de otra manera se puede dañar el equipo.

 

Comercialmente el factor de atenuación más utilizado es de 1/10, es de cir, la señal de entrada se atenua por un factor de diez antes de entar al osciloscopio. El circuito de un atenuador simple se muestra en la figura 1, este circuito es el caso ideal donde no existen capacitancias de entrada ni del cable. La salida de este circuito es 1/K el voltaje de entrada, donde K=R1/(R1+R2).

 

Figura 1. Atenuador ideal salida=(entrada*R1)/(R1+R2)

 

Considerando la capacitancia de entrada del osciloscopio (tipicamente 20 pf) y la capacitancia parasita del cable, el atenuador real queda como se muestra en la figura 2.

 

Figura 2. Atenuador real

 

El circuito de la figura 3 tiene la particularidad de comportarse como un filtro pasa-bajas, esto es debido a las caracteristica del capacitor de reducir su impedancia al aumentar la frecuencia (Xc=1/(2pfC). Con esta caracteristica, la respuesta del circuito se muestra en la figura 3.

 

Figura 3. Grafica tipica de un filtro pasabajas, ganancia contra frecuencia

 

La respuesta de este atenuador nos representa un gran problema si las frecuencia que queremos medir esta entre el rango de los cientos de kilohertz hasta algunos megahertz. Para evitar este problema de perdida de señal con el aumento de la frecuenica es necesario "compensar" nuestro atenuador, y esto se logra colocando un capacitor adicional al circuito en paralelo con R1. En la figura 4 se muestran las dos posibles configuraciones de un atenuador compensado en frecuenica, de acuero a la ubicacion del atenuador en la punta de prueba.

 

Figura 4. Configuración del circuito, segun la ubicación del atenuador en la punta de prueba

 

El circuito del atenuador compensado en frecuencia se muestra en la figura 5a y 5b, la diferencia entre estos dos casos es la ubicacion del atenuador en el cable de la punta de prueba, en el caso 5b, el atenuador se situa en el extremo que se conecta al osciloscopio, en el caso 5a el atenuador se encuentra en el extremo de la punta de prueba. De os dos casos el b es el más facil de calcular y el que mas se encuentra en las puntas de prueba comerciales, por lo tanto es el caso que se analizará.

 

Para simplificar un poco la representacion del circuito (caso b), se hacen las siguientes sustituciones de elemntos en paralelo Ct=Cent||Ccable y Rt=Rent||R2. Efectuando las sustituciones el circuito queda como se muestra en la figura 5.

 

Figura 5. Atenuador real con equivalencia de elementos

En base al circuito anterior, y trabajando de aqui en adelante en terminos de impedancias, para considerar el efecto de la frecuencia, tenemos que la condicion necesaria para que el circuito esté compensado en frecuencia es que la impedancias mostradas en la figura 6 sean iguales.

 

Figura 6. Atenuador compensado en frecuencia en terminos de impedancias

 

Donde Z1 y Z2 son iguales a:

 

 

Proponiendo la variable auxiliar A(w) para expresar el factor de atenuacion en terminos de impedancias, tenemos:

 

De la ultima ecuación se observa que se tiene una función de transferencia que contiene un cero y un polo. Para que dicha funcion de transferencia sea independiente de la frecuencia, se requiere que el cero y el polo sean iguales, y bajo esas condiciones A(w)=K

 

Entonces, igualando wZ y wP, tenemos:

Y manupulando la ultima ecuación, se llega a la condición:

 

 

Y si se cumple esta condición el circuito deja de ser dependiente de la frecuencia y su salida se mantiene constante con un factor de atenuación K y una impedancia de entrada Zatenuador.

 

EJEMPLO DE DISEÑO

Se requiere un atenuador compensado con una impedancia de entrada de 1MW (igual a la impedancia de entrada del osciloscopio) y un factor de atenuación de 1/10 (K). Se conectará el atenuador al osciloscopio por medio de un cable coaxial de una longitud de 80 cm y su capacitancia parasita es de 85 pF. La impedancia de entrada del osciloscopio es de 1MW y su capacitancia de entrada es de 25pF. Determine los valores de R1, R2, Y Cc para obtener las caracteristicas deseadas.

 

El circuito del atenuador compensado en frecuencia que se requiere, con los datos conocidos se presenta en la figura 7, a partir de dicho circuito, se procede a proponer y calcular los componentes restantes.

 

 

Ahora lo que resta es calcular R1 y R2, de acuerdo al factor de atenuación 1/10, recordando que:

 

Como la impedancia de entrada debe ser como mínimo 1MW, se propone R1=1MW, por lo tanto, para R2 utilizamos la siguiente ecuacion que obtiene R2 a partir del despeje del paralelo R2,Rent.

 

Calculando el valor de Cc, tenemos

 

Finalmente el circuito queda

 

Como notas finales, el valor de la resistencia R2 se fabrica con una resistencia de precisión de 100KW y una resistencia convencional de 22KW y al probar el circuito en el laboratorio se observó un K=1/10.

 

LISTA DE COMPONENTES

 


Quiquemon
http://quiquemon.tripod.com
2002 México, D.F.