Amplificadores de instrumentacion

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Electrónica II

Notas de Clase

NOTAS DE CLASE

Amplificadores de Instrumentación

Edición 2010

Electrónica II

Notas de Clase

Índice

1. 2. 3. 4. 5.

Amplificador de Instrumentación Ideal ................................................... 3 El Amplificador Diferencial..................................................................... 3 Amplificador de instrumentación – ConfiguraciónBásica...................... 7 Amplificador de instrumentación con variación de ganancia lineal...... 11 Bibliografía: ........................................................................................... 11

Electrónica II

Notas de Clase

1. Amplificador de Instrumentación Ideal
Los AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACION son amplificadores diferenciales con las siguientes características: a) Z

id 0y Zic → ∞ (para no afectar la fuente de señal a medir) → 0 (para que no afecte la entrada de la etapa siguiente)

b) Z

c) Av exacta y estable (1 – 1000) y controlable d) F

R

→ ∞

e) Bajo offset y deriva para trabajar con entradas de continua y pequeñas.

USO: Amplificador de señal de bajo valor, con alta componente en modo común. Por ejemplo la salida de un transductor. Veamos la configuraciónmás simple:

2. El Amplificador Diferencial

Fig. 1

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Notas de Clase

2.1 ¿Dónde falla esta configuración típica?
a) El principal problema es que las impedancias no son infinitas. Carga a las etapas previas.

Fig. 2

R =2R id 1

R = ic

R1 + R 2 2

Fig. 3

b) ¿Como ajusto la ganancia? Tengo que variar dos resistencias simultáneamente y con mucha precisión.

Si planteamos unamplificador diferencial genérico resulta:

Fig. 4

V0 = −

R2 R1

V1 +

R4 R3 + R4

 R2  1 +  V2 R1    

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Notas de Clase

Descomponiendo V1 y V2 en sus componentes a modo común y a modo diferencial. Es decir:

V1 = Vc +

Vd 2

y

V2 = Vc −

Vd 2

Reemplazando V1 y V2 en la ecuación de la V0 y trabajando resulta:

V0 = −
Donde:

1 2

 R2 R4 +  R3 + R4  R1 

 R2   R1 R 4 −R 2 R 3 Vc 1 +   Vd +   R1   R1 ( R 3 + R 4 )  

Vd = V1 − V2
Entonces resulta:

y

Vc =

V1 + V2 2

Ad = −

1 2

 R2 R4 +  R3 + R 4  R1 
Ac =

 R2   1+     R1    

R1 R 4 − R 2 R 3 R1 ( R 3 + R 4 )

Si,

R1 R2
entonces:

=

R3 R4

Ac = 0

y

Ad = −

R2 R1

Resultando así un amplificador diferencial.

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Notas de Clase

El AD básico tiene bajas prestaciones(pensado como amplificador de instrumentación): Debo modificar dos componentes para variar la ganancia Ad. Es difícil conseguir factores de rechazo (CMRR) altos. El factor de rechazo se degrada por dos causas: El factor de rechazo (CMRR) debido a la dispersión o desapareamiento de las resistencias. El factor de rechazo (CMRR) propio de los AO.

El CMRR total del circuito resulta:

1 1 1 = +CMRRTOTAL CMRR AO CMRR RESISTENCIAS

CMRR TOTAL = CMRR AO / / CMRR RESISTENCIAS
Es como un paralelo. El CMRR Total será menor que el menor de los dos.

c) La

Zi ≠ ∞

no tiende a infinito.

Una solución seria el circuito que veremos a continuación.

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Notas de Clase

3. Amplificador de instrumentación – Configuración Básica

Fig. 5

Transferencia de la etapa de entrada:

VG = V1 − V2
V −V2 I= 1 RG

V01 − V02 =

V1 − V2 RG

( R3 + RG + R3 )



V01 − V02 ( 2 R3 + RG = V1 − V2 RG

)

Veamos que ocurre para una señal a modo común en la entrada: Aparece en la salida de la primera etapa ya que Avc = 1 para la primera etapa (observar que son circuitos seguidores).

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Transferencia de la segunda etapa:

V0 = − ( V01 − V02

)

R2 R1

La transferencia totalresulta del producto de las ganancias:

 2 R3  R2 V0 = − ( V1 − V2 )  + 1  RG  R1



 2 R3  R2 V0 = + 1 V2 − V1  RG  R1

Este circuito cumple con los requisitos.
G puedo ajustar la ganancia, evitando el ajuste de dos resistencias simultáneamente Con como en el circuito anterior.

R

Pero aparece otra consideración: aquí el ajuste es no lineal, ya que G esta en el denominador....
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