AMPLIFICADOR 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 diferencial básico construido con un único amplificador operacional, satisface algunas de las características del amplificador de instrumentación, pero no todas. No obstante, como es la base de los amplificadores de instrumentación es interesante analizar algunas de sus características.
Para que el amplificador se comporte como amplificador diferencial debe verificarse:
(R2/R1)= (R4/R3) ===> Ad= -(R2/R1) ; Ac = 0
El amplificador diferencial básico es un amplificador de instrumentación de muy bajas prestaciones, porque:
a) Requiere modificar dos componentes para modificar su ganancia diferencial, manteniendo la ganancia en modo común nula.
b) Es muy difícil conseguir CMRR muy altos. El CMRRTOTAL del circuito se degrada por dos causas:
- El amplificador operacional tiene un CMRRAO finito.
- Las resistencias difícilmente se pueden ajustar para que exactamente satisfagan la relación R1R4=R2R3,y en consecuencia se genera un CMRRR.
resultando como combinacion de ambos.
c) La impedancia de entrada es muy baja
Zid = R1+ R3
Esta característica podría mejorarse poniendo sendos amplificadores en configuración seguidor en la entrada.
d) La anchura de banda es baja si la ganancia diferencial es alta BW= α fT= fT/(Ad+1).
CONFIGURACIÓN BÁSICA DE AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN.
La configuración mas utilizada como amplificador de instrumentación está constituido por tres amplificadores operacionales utilizados de acuerdo con el esquema de la figura.
El análisis de este circuito es mas instructivo si se analiza considerando propiedades de simetría.
a) Cuando es excitado con una entrada en modo diferencial -v1=v2=vd/2, el punto medio de la resistencia RG permanece a 0 voltios (por simetría).
(R3/R´3) = (R2/R´2) ====> Ad= -(R3/R2) ( 1+ R1/RG + R´1/RG) ; Ac = 0
En el caso de que el circuito sea simétrico
R1= R´1 ===> Ad =-( R3/R2 ) ( 1+ 2R1/R2 ) ; Ac = 0
El CMRR de este amplificador de instrumentación depende de los dos factores:
a) Las resistencias no satisfacen exactamente la relación entre resistencias R2R’3=R3R’2. El CMRR debido a las resistencias es:
A la vista de esta expresión, se observa que los dos primeros términos se cancelan si se utilizan amplificadores operacionales duales integrados (CMRR1 = CMRR2) y CMRRTOTAL aumenta.
Dado que las resistencias no se pueden fabricar con una precisión excesiva, para conseguir
que el último termino no degrade el CMRR, se suele hacer la resistencia R’3,y experimentalmente se ajusta su valor de forma que se minimice la ganancia en modo común y con ello se haga maximiza el CMRR.
En la figura se muestra el símbolo que suele utilizarse para representar este tipo de
amplificador de instrumentación.
Obsérvese que el símbolo representa que la resistencia RG es externa al amplificador y es el elemento con el que el diseñador fija la ganancia diferencial del amplificador. El terminal Output_Reference y Output_Sense permiten introducir dos resistencia (una de ellas ajustable) para maximizar el CMRR en el caso que se requiera. Así mismo, estos terminales pueden utilizarse para compensar los errores que podrían introducir los cables hasta la carga cuando estos son largos.
Así mismo, la presencia de los terminales de salida introduce la capacidad de incluir etapas de salidas especiales dentro del bucle de realimentación, y con ello desensibilizar ,la características del amplificador del comportamiento de la etapa de salida.
Es posible controlar la ganancia de un amplificador de instrumentación mediante una red de resistencias cuya topología se puede seleccionar digitalmente. Este tipo de amplificador se denomina Amplificador de Instrumentación de Ganancia Programable. La red de resistencias tiene una topología “ladder” simétrica y accionando los conmutadores complementarios se puede controlar la ganancia del amplificador.
Acontinuacion se encuentra un enlace para ver un ejemplo detallado de las especificaciones de un amplificador de instrumentacion
o.O Quedo gomelo el inicio...
ResponderEliminarYa saco 5 jajajjaa
gracias! y ps esperemos todo lo hecho valga la pena (Y) (Y)
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