Amplificador de instrumentación

AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN

El amplificador de instrumentación es un amplificador diferencial tensión-tensión cuya

ganancia puede establecerse de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que

opere de acuerdo a su propia especificación aún en un entorno hostil. Es un elemento

esencial de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional que

ofrece características funcionales propias e independientes de los restantes elementos con

los que interacciona. Para ello, se le requiere:

a) Tengan unas características funcionales que sean precisas y estables.

b) Sus características no se modifiquen cuando se ensambla con otros elementos.

A los amplificadores de instrumentación se les requieren las siguientes características:

1) Son amplificadores diferenciales con una ganancia diferencial precisa y estable,

generalmente en el rango de 1 a 1000.

2) Su ganancia diferencial se controlada mediante un único elemento analógicos

(potenciómetro resistivo) o digital (conmutadores) lo que facilita su ajuste.

3) Su ganancia en modo común debe ser muy baja respecto de la ganancia diferencial,

esto es, debe ofrecer un CMRR muy alto en todo el rango de frecuencia en que opera.

4) Una impedancia muy alta para que su ganancia no se vea afectada por la impedancia

de la fuente de entrada.

5) Una impedancia de salida muy baja para que su ganancia no se vea afectada por la

carga que se conecta a su salida.

6) Bajo nivel de las tensión de offset del amplificador y baja deriva en el tiempo y con la

temperatura, a fin de poder trabajar con señales de continua muy pequeñas.

7) Una anchura de banda ajustada a la que se necesita en el diseño.

8) Un factor de ruido muy próximo a la unidad, Esto es, que no incremente el ruido.

9) Una razón de rechazo al rizado a la fuente de alimentación muy alto.

El Amplificador de instrumentación Básico

El amplificador de instrumentación es uno de los circuitos más útiles, precisos y versátiles disponibles en la actualidad. En cada unidad de adquisición de datos se encuentra al menos uno de ellos. Esta hecho de 3 amplificadores operacionales y 7 resistencias como se observa en la Figura 3. 1, si se observa a detalle, se puede ver que este amplificador esta basado en un amplificador aislador y un amplificador diferencial básico.

El amplificador diferencial y sus 4 resistencias iguales, forman un amplificador diferencial con ganancia unitaria.

En un amplificador de instrumentación una sola resistencia define la ganancia del amplificador de acuerdo a la ecuación:

Vout/(Vin2-Vin1) = 1+ 2 / a

Donde

a = R7 / R

y

R = R5 = R6

De aquí se observa que para cambiar la ganancia del amplificador, solo tiene que ajustarse la resistencia R y el voltaje de salida del circuito es proporcional a la diferencia entre los voltajes de entrada.

En un amplificador de instrumentación típico se utilizan 3 amplificadores operacionales dispuestos de acuerdo a la Figura 3. 1 a diferencia del amplificador diferencial que solo utiliza 1 amplificador operacional, este tipo de circuitos cuentan con características muy sobresalientes como:

Impedancia de entrada de 300 MΩ

La ganancia de voltaje desde la entrada diferencial a la salida de extremo único, se establece con una resistencia.

La resistencia de entrada de ambas entradas es muy alta y no cambia al variar la resistencia

El voltaje de salida Vout no depende del voltaje común a Vin1 y Vin2, solo a su diferencia

Excelente RRMC de más de 100 decibeles

ESPECIFICACIÓN DE UN AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN .

Los amplificadores de instrumentación han sido desarrollados para ser utilizados en sistemas de instrumentación en los que las características de operación son críticas. Las características de los amplificadores de instrumentación pueden optimizarse si se diseñan como circuitos integrados, ya que en este caso, el fabricante puede garantizar el diseño de los elementos críticos, haciendo que tengan valores precisos y que las relaciones entre las características de elementos emparejados tengan razones muy exactas, justo tal como se requiere en su diseño.

La precisión y estabilidad de los amplificadores de instrumentación se realiza a costa de limitar su flexibilidad. Son amplificadores que han sido diseñados para ser utilizados únicamente como amplificadores, pero a cambio de ello, proporcionan unas características excepcionalmente buenas, y además pueden utilizarse sin necesidad de conocer con detalle su diseño interno y con sólo interpretar su especificación externa.

Fuente:

[1] Amplificador de Instrumentación, especificaciones, características y aplicaciones.

http://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion_5_IT/IEC_3.pdf

[2] Amplificador de Instrumentación básico.

http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/Instr_sep05-feb06/AIB/Instru4.htm

Gerald Soto, EES.

http://gerald-ees.blogspot.com/