Instrumentación electrónica
Amplificador de Instrumentación
Un amplificador de instrumentación contra de tres amplificadores operacionales y varias resistores. los fabricantes de circuitos integrados proporcionan estos circuitos en un solo chip y los encapsulan como si fuesen un solo dispositivo. Sus caractrísticas comunes son alta impedancia de entrada (típicamente de 300 Mohm), elevada ganancia de voltaje y excelente RRMC (típicamente mayor de 100dB). Los amplificadores de instrumentación suelen usarse en sistemas de adquisición de datos en los cuales se requiere la detección a control remoto de variables de entrada.
Operación básica:
En la figura se muestra una versión simplificada de un amplificador de instrumentación. los amplificadores operacionales A1 y A2 son etapas amplificadas no inversoreas que proporcionan alta impedancia de entrada y alta ganancia devoltaje. El amplificador operacional A3 es un amplificador con ganancia unitaria. Cuando RG se conecta externamente, como generalmente se hace en los circuitos empaquetados por los fabricantes, el amplificador operacional A1 recibe la señal de entrada diferencial V1 en su entrada no inversora y la amplifica con una ganancia de (1 + RF1/RG). El amplificador operacional A1 recibe tambienla señan de entrada V2 a travéz del amplificador operacional A2, RF2 y RG. V2 aparece sobre la entrada inversora del amplificador operacional A1 y es amplificado por una ganancia de RF1/RG. Además, se amplifica el voltaje en modo común en la entrada no inversora por la ganancia en modo común de A1. El voltaje de salida del amplificador operacional A1 es como sigue:
Vsal1=(1 + RF1/RG)V1 - (RF1/RG)V2
Es posible aplicar un análisis semejante al amplificador operacional A2, obteniéndose la siguiente expresión:
Vsal2=(1 + RF2/RG)V2 - (RF2/RG)V1
El voltaje de entrada diferencial al amplificador operacional A3 es Vsal2 - Vsal1:
Vo=(1 + RF1/RG + RF2/RG)(V2 - V1)
Para RF1=RF2=RF:
Vo=(1 + 2RF/RG)(V2 - V1)
La ganancia en lazo cerrado es:
Acl = 1 + 2RF/RG
La ecuación anterior muestra que la ganancia en modo diferencial del amplificador de instrumentación puede establecerse por medio del valor de RG, RF1 y RF2, suelen ser internos al chip del circuito integrado y su valor es fijado por el fabricante. por ejemplo, para el LH0036, RF1 = RF2 = 25Kohm.
Reordenando la ecuacion Acl, se obtiene una expresión para calcular el valor de RG necesario para un valor deseado de ganancia en lazo cerrado si se conoce RF.
Acl = (RG + 2RF)/RG
Acl*RG = RG + 2RF
RG = 2RF/(Acl - 1)
Aplicaciones:
El amplificador de instrumentación se usa normalmente para medir pequeños voltajes en modo diferencial de la señal, que se superponen a un voltaje en modo común, a menudo mayor que el voltaje de la señal. Las aplicaciones incluyen comúnmente una situación donde se mide una cantidad mediante un dispositivo sensor remoto (transconductor) y la pequeña señal eléctrica resultante se envia sobre una línea larga, sujeta a grandes voltajes en modo común. El amplificador de instrumentación al final se la línea debe amplificar la señal pequeña y rechaza el gran voltaje en modo común, como se ilustra en la figura anterior.
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