Tecnología Electrónica

Dispositivos entrada analógica: Transductores puente mundo físico

Los dispositivos entrada analógica (transductores/sensores) convierten magnitudes físicas continuas —temperatura, presión, luz, sonido, posición— en señales eléctricas continuas (voltaje, corriente, resistencia, capacitancia). Aunque los sistemas modernos las digitalizan inmediatamente (vía ADCs), la *física* del sensado permanece analógica.

Transductores medida física

MagnitudDispositivoPrincipio / Salida
TemperaturaTermoparEfecto Seebeck → voltaje nivel µV (no lineal)
RTD (Pt100/1000)Resistencia vs T (casi lineal, +0.385 Ω/°C)
Termistor (NTC/PTC)Gran ΔR/°T (exponencial), alta sensibilidad
Sensor IC (LM35, TMP36)Voltaje ∝ T (10 mV/°C), calibrado
PresiónExtensímetro / Piezo-resistivoPuente Wheatstone → mV/V (radiométrico)
CapacitivoΔC por deflexión diafragma
PiezoeléctricoSalida carga (solo presión dinámica)
Fuerza/PesoCélula cargaPuente extensímetros (mV/V)
Aceleración/VibraciónPiezoeléctrico (IEPE)Carga/voltaje ∝ a (acoplado CA)
Acelerómetro MEMSCapacitivo → voltaje/corriente (respuesta CC)
Posición/DesplazamientoLVDT / RVDTRelación transformador CA → posición (robusto)
PotenciómetroDivisor tensión (desgaste, ruido)
Encoder (Sen/Cos analógico)Señales cuadratura 1 Vpp (interpolación)
CaudalMagnético / Ultrasónico / Coriolis4-20 mA o voltaje (transmisores inteligentes)
NivelHidrostático (DP), Radar, Ultrasónico, Flotador4-20 mA / voltaje
LuzFotodiodo / FototransistorCorriente ∝ irradiancia (lineal)
LDR (CdS)Resistencia ∝ 1/luz (lento, no lineal)
SonidoMicrófono Condensador / MEMSModulación capacitancia → voltaje
Gas/QuímicoCelda ElectroquímicaCorriente ∝ concentración (ppm)
Pellistor / NDIRResistencia / Absorción (inflamable/CO2)

Dispositivos interfaz humana (Salida analógica)

  • Joystick / Thumbstick: Potenciómetros doble eje o sensores Hall.
  • Deslizador / Fader: Potenciómetro lineal o plástico conductivo.
  • Resistencia Sensible Fuerza (FSR): Resistencia ∝ fuerza.
  • Pantalla táctil analógica (Resistiva): Divisor tensión capas X/Y.

Frente Analógico (AFE) — Haciéndolo Digital

Señales sensor crudas rara vez listas para MCU. Un AFE proporciona:

  • Acondicionamiento señal: Amplificación (Amp Instrumentación), Filtrado (Antialiasing), Desplazamiento nivel, Linealización (compensación unión fría termopar).
  • ADC (Convertidor Analógico-Digital): SAR, Delta-Sigma, Pipeline. Especs clave: Resolución (bits), Frecuencia muestreo, ENOB, Rango entrada.
  • Referencia: Referencia voltaje estable (VREF) define precisión fondo escala.

Lazos corriente industriales estandarizados

4-20 mA es estándar de facto analógico para transmisores industriales:

  • Cero vivo (4 mA = 0% = detección corte hilo).
  • Modo corriente = inmune a caída voltaje cables largos (km).
  • Alimentado 2-hilos bucle (transmisor alimentado por bucle).
  • HART / WirelessHART superpone comms digital mismos hilos.

Entender la *naturaleza analógica* de los sensores —su ruido, impedancia, no linealidad, deriva, y efectos carga— es esencial para diseñar el AFE que convierte física en datos confiables.

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