Transductores Inductivos y Capacitivos de Proximidad

Los detectores inductivos utilizan una bobina excitada en corriente alterna. Al aproximarse un objeto metálico, aparecen corrientes de Foucault que modifican la impedancia o la amplitud del oscilador. Estos dispositivos se acondicionan mediante un oscilador, un detector de amplitud, un filtro y un comparador.

Los detectores capacitivos identifican cambios en la capacidad eléctrica al acercarse un objeto. Su acondicionamiento se realiza habitualmente con un oscilador RC, un puente capacitivo o un conversor de capacidad a tensión.

Diferencias principales

La diferencia fundamental es que el inductivo detecta metales y destaca por su robustez; por el contrario, el capacitivo detecta tanto metales como no metales, pero presenta una mayor sensibilidad a la humedad, la suciedad y los cambios en las condiciones del entorno.

Protocolos de Comunicación: SPI vs. I2C

Un bus SPI (Serial Peripheral Interface) es un bus serie síncrono empleado para comunicar un maestro con uno o varios esclavos. Utiliza normalmente cuatro líneas de conexión:

• SCLK: Señal de reloj generada por el maestro.
• MOSI: Envío de datos del maestro al esclavo.
• MISO: Recepción de datos del esclavo al maestro.
• CS (Chip Select): Línea para seleccionar cada dispositivo individualmente.

Frente al protocolo I2C, el bus SPI suele ser más rápido y permite una comunicación simultánea de envío y recepción (full-duplex). Además, su protocolo de comunicación es más simple.

Desventajas del bus SPI

Como desventaja, el SPI requiere una mayor cantidad de cables, especialmente si existen varios esclavos, ya que normalmente cada uno necesita su propia línea CS. Además, carece de un sistema de direccionamiento por software o de confirmación de recepción, características que sí posee el I2C.

En cambio, el I2C utiliza solo dos líneas (SDA y SCL) y permite gestionar múltiples dispositivos mediante direcciones únicas, aunque suele ser más lento y requiere el uso de resistencias pull-up.

Diferencias entre AO, INA y Amplificador Restador

Un amplificador operacional (AO) es el bloque más general: amplifica la diferencia entre sus entradas, pero normalmente se utiliza con resistencias externas para realizar funciones específicas como amplificar, sumar, filtrar, integrar o comparar.

Un amplificador restador es una aplicación concreta del operacional. Su función es obtener la diferencia entre dos señales y se utiliza principalmente cuando interesa eliminar una parte común o comparar dos tensiones distintas.

Un INA (Amplificador de Instrumentación) también amplifica una señal diferencial, pero está diseñado específicamente para medidas de precisión. Sus ventajas incluyen:

• Alta impedancia de entrada.
• Ganancia fácil de ajustar mediante una sola resistencia.
• Excelente rechazo al modo común (CMRR).

Por estas razones, se emplea con señales pequeñas provenientes de sensores como galgas extensiométricas, termopares, RTD o puentes de Wheatstone.

Sensores de Efecto Hall

Un sensor Hall detecta campos magnéticos utilizando el efecto Hall. Consiste en una lámina semiconductora por la que circula una corriente; cuando aparece un campo magnético perpendicular, las cargas se desvían y surge una tensión transversal.

Dado que la tensión Hall suele ser muy pequeña, se acondiciona mediante amplificación, filtrado y, en muchas ocasiones, un comparador con histéresis para obtener una señal digital. Algunos sensores Hall ya integran todos estos componentes y ofrecen directamente una salida lógica.

Aplicaciones típicas

• Detección de posición.
• Medida de velocidad en ruedas dentadas o motores.
• Encoders magnéticos.
• Detección de apertura y cierre de puertas.

Amplificador Aislador y Aislamiento Galvánico

Un amplificador aislador es un dispositivo que transmite una señal sin conexión eléctrica directa entre la entrada y la salida, es decir, proporcionando aislamiento galvánico.

Es necesario en situaciones donde se requiere proteger al usuario o al equipo, evitar problemas derivados de diferencias de masa, reducir bucles de tierra o medir señales en zonas con tensiones peligrosas.

Su funcionamiento se basa en transferir la información mediante acoplamientos no eléctricos, tales como:

• Acoplamiento óptico.
• Acoplamiento capacitivo.
• Acoplamiento inductivo.

De esta forma, la señal se transmite sin que pase corriente continua entre ambos lados del circuito. Su uso es muy común en instrumentación médica, medidas industriales y sistemas de potencia.

Convertidores DAC R-2R Multiplicadores

Un DAC R-2R multiplicador convierte un código digital en una tensión analógica utilizando una red de resistencias con valores R y 2R.

Cada bit del código digital conecta su rama correspondiente a VREF o a masa, generando una salida proporcional al valor binario de entrada. Se denomina multiplicador porque si la tensión de referencia (VREF) cambia, la salida varía de forma proporcional.

Comparativa con otros convertidores

Comparado con otros tipos de DAC, el R-2R es sencillo, rápido y fácil de fabricar, ya que solo requiere dos valores de resistencia. Frente al DAC de resistencias ponderadas, resulta más práctico; frente al tipo sigma-delta, es más rápido, aunque suele ofrecer menor resolución para señales lentas.

El Gráfico Diamond Plot

El Diamond Plot es una gráfica proporcionada por los fabricantes que indica la zona de operación en la que un amplificador de instrumentación puede trabajar sin saturarse.

Esta gráfica relaciona la tensión de salida con la tensión de modo común de entrada. La zona interior de la figura (el diamante) representa el rango de trabajo válido.

En aplicaciones con puentes de Wheatstone es fundamental, ya que, aunque la señal diferencial sea pequeña, las entradas del INA pueden estar a una tensión común elevada. Por lo tanto, no basta con elegir la ganancia adecuada; también es imprescindible comprobar que el punto de trabajo se mantiene dentro del Diamond Plot.