Electrónica Analógica · Tema 09

Acondicionamiento

Del sensor crudo al ADC feliz: escala, nivel, filtrado y protección en el orden que no falla.

01 · Punto de partida

El sensor solo no alcanza

Tu NTC da 1,15–3,68 V: entra directo a un ADC 0–5 V... pero con ruido de red, sin protección y desperdiciando rango. El acondicionamiento es la cadena de 5 eslabones entre el transductor y el conversor: escala, nivel, filtrado, protección y verificación. Cada eslabón es simple; juntos hacen robusto.

Este tema recorre la cadena con un ejemplo completo y deja el checklist para todos tus sensores.

  • ¿Cuáles son los eslabones y en qué orden?
  • ¿Cómo llevo mi sensor al rango 0–5 V?
  • ¿Qué filtro previo necesita el muestreo?
  • ¿Cómo protejo la entrada del micro?

02 · Cadena

Los 5 eslabones con ejemplo NTC

  1. 1
    Escala: entrar en rango.

    NTC 1,15–3,68 V ya cabe en 0–5 V: sin atenuar. Un mic de 10 mVpp necesitaría ×500 (Tema 17).

  2. 2
    Nivel: centrar si hace falta.

    Señal ±1 V se monta sobre 2,5 V de offset para ADC unipolar (cómo, en Tema 11 con acoplo).

  3. 3
    Filtro anti-alias.

    RC con fc bajo la mitad del muestreo: muestreo 100 Hz → fc ≈ 48 Hz (3,3k + 1 µF).

  4. 4
    Protección.

    Serie 1k + clamp a 5 V/GND (diodos o Zener 5,1 V): sobretensiones mueren acá, no en el micro.

  5. 5
    Verificación.

    Multímetro en el nodo ADC: rango, rizado y respuesta al estímulo antes de programar.

Escala→nivel→filtro→protección→verificar

03 · Escala y nivel

Llevar al rango 0–5 V

Casos típicos y su eslabón.
Sensor daADC quiereSolución
NTC 1,15–3,68 V0–5 VDirecto + filtro (ya entra)
Mic 10 mVpp0–5 VAmplificar ×500 (Tema 17)
Industrial 0–10 V0–5 VDivisor /2 + protección
Señal ±1 V0–5 VOffset +2,5 V y escala (Tema 11)

Regla de aprovechamiento: usar el máximo rango posible sin saturar. 1,15–3,68 V usa la mitad del ADC (9 bits efectivos de 10): aceptable; si necesitás más, amplificar y centrar (Temas 16–17).

04 · Filtro y protección

Anti-alias + clamp calculados

Filtro RC previo
fc = 1/(2πRC) bajo fs/2: con muestreo 100 Hz, fc ≈ 48 Hz (3,3k + 1 µF). Atenúa lo que el ADC no debe ver.
Serie limitadora
1k en serie a la entrada: con clamp limita la corriente de falla a mA. Barata y obligatoria.
Clamp a rieles
Dos diodos (o Schottky) a 5 V y GND, o Zener 5,1 V a GND: recortan sobretensiones antes del pin.
Verificación con estímulo
Mano tibia en NTC, tapar LDR: la cadena responde punta a punta. Sin estímulo no hay test.

05 · Cadena en código

Diseñador de acondicionamiento

Entra rango del sensor y ADC: sale escala, filtro, protección y aprovechamiento:

Python en tu navegador. Diseñá tu cadena y ejecutá el veredicto.

import math

def acondicionar(vmin_sen, vmax_sen, adc_max=5.0, fs_hz=100.0):
    usa = vmax_sen - vmin_sen
    print(f"Sensor {vmin_sen}-{vmax_sen}V: usa {usa/adc_max*100:.0f}% del ADC")
    if vmax_sen <= adc_max and vmin_sen >= 0:
        print("Escala: DIRECTO (entra en rango)")
    else:
        print("Escala: ATENUAR/AMPLIFICAR (Temas 16-17)")
    fc = fs_hz / 2
    r, c_uF = 3300, 1 / (2 * math.pi * 3300 * fc) * 1e6
    print(f"Filtro: fc={fc:.0f}Hz -> R=3,3k C={c_uF:.2f}uF (E12: 1uF)")
    print("Protección: serie 1k + clamp a 5V/GND")
    return usa / adc_max


acondicionar(1.15, 3.68)
acondicionar(0.01, 0.02, fs_hz=8000)

El mic (10–20 mV) usa 0 % del ADC: ¿qué ganancia pedirías? ¿Con qué etapa (Tema 17)?

Comparador de filtros

Elegir R y C para cada frecuencia de muestreo:

def filtro_para(fs_hz, c_uF=1.0):
    fc = fs_hz / 2
    r = 1 / (2 * math.pi * fc * c_uF * 1e-6)
    print(f"fs={fs_hz}Hz fc={fc:.0f}Hz: R={r:.0f} con C={c_uF}uF")
    return r


for fs in [10, 100, 1000, 8000]:
    filtro_para(fs)

06 · Analogía programador

Middleware de validación

  1. 1
    Escala = normalizar.

    Llevar input al rango esperado [0,5], como normalizar features antes del modelo.

  2. 2
    Filtro = rate limit.

    Dejar pasar lo útil, atenuar lo rápido dañino: throttling frecuencial.

  3. 3
    Protección = validación.

    Clampear y limitar antes de procesar: sanear input hostil del mundo físico.

07 · Exploración

Laboratorio: diseñar la cadena

Elegí el sensor: el laboratorio propone escala, filtro, protección y aprovechamiento del ADC.

GUÍA 09

Sensor → cadena

5 eslabones

EscalaDirecto (entra)
Filtro (fs 100 Hz)3,3k + 1 µF
Protección1k + clamp 5 V
Aprovechamiento51 % del ADC

NTC: directo, filtro 48 Hz, 51 % del ADC.

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué el mic pide amplificar y el NTC no?
  2. ¿Qué pasa si el industrial entra directo al ADC?
  3. ¿Qué eslabón falta si medís bien pero el micro lee basura?
Ver respuestas sugeridas
  1. Órdenes de magnitud: mV frente a voltios. El NTC ya vive en voltios; el mic necesita ×500.
  2. 10 V en un pin de 5 V: daño. Divisor /2 + clamp, siempre antes de conectar.
  3. Filtrado/aliasing o protección con fugas: lo medido analógico no llega igual al muestreo.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Al ADC directo siempre»

Directo solo si entra en rango, es lento y está protegido. Lo demás pide escala, filtro o clamp: directo por defecto es pereza.

«Filtro después de digitalizar»

El aliasing entra antes y no sale con software: el anti-alias es analógico y previo, siempre (Tema 4).

«Protección una vez y listo»

Cada entrada con mundo real lleva la suya: copiar el bloque serie+clamp por canal, no “una general”.

«Aprovechar 100 % sí o sí»

51 % honesto supera a 100 % recortado: mejor usar mitad con margen que saturar picos. Rango con headroom.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de cadena

Ejercicio 1: NTC completo

Con acondicionar(1.15, 3.68): ¿aprovechamiento? ¿Filtro para fs 100 Hz? Montá divisor + RC + serie y medí con estímulo.

Ver solución razonada

51 % del ADC, directo. Filtro 3,3k + 1 µF (fc 48 Hz) + serie 1k + clamp. Medir: calentar y ver subir 1,15 → 3,68.

Ejercicio 2: mic imposible directo

Con acondicionar(0.01, 0.02, fs_hz=8000): ¿usa cuánto? ¿Qué ganancia pide? ¿Qué filtro previo?

Ver solución

Usa 0,2 %: pide ×500 (Tema 17) y anti-alias fc < 4 kHz. Directo es tirar 99,8 % del ADC.

Ejercicio 3: industrial seguro

0–10 V a ADC 5 V con fs 1 kHz. Diseñá escala + filtro + protección con código y tablas. ¿R del divisor para no cargar la fuente?

Ver solución

Divisor /2 (20k/20k: carga 0,25 mA), fc < 500 Hz (ej. 3,3k + 100 nF ≈ 480 Hz), serie 1k + clamp. Fuente de 10 V ni se entera.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Escala → nivel → filtro (< fs/2) → protección → verificación.
  • Aprovechar rango con margen; directo solo si entra y es lento.
  • Anti-alias analógico previo, siempre.
  • Protección por canal: serie + clamp.
  • acondicionar() + filtro_para() en cada sensor.

Cadena completa hasta el ADC. Ahora, el elefante: en el próximo tema, impedancias y por qué el divisor solo no alcanza.