Automatizacion

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACIÓN
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES

(5º Curso Ingeniería de Telecomunicación)

Tema III: El amplificador de instrumentación.

José María Drake Moyano Dpto. de Electrónica y Computadores Santander, 2005

Contenido: III.1 III.2 III.3 III.4 Requisitos del amplificador deinstrumentación. Configuración básica del amplificador de instrumentación. Especificación de un amplificador de instrumentación. Aplicaciones de los amplificadores de instrumentación

CAPITULO 3
AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN
____________________________________________________________

__________

3.1 REQUISITOS DEL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN. El amplificador de instrumentación es unamplificador 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 queinteracciona. 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. Fuente vs ZS vi VEE A los amplificadores de instrumentación se les requieren las siguientes características: 1) Son amplificadores diferenciales con una ganancia diferencial precisa y estable, generalmenteen 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 nose 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 enel 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. VCC +
A=

Amplificador
vo vi

Carga
vo Zi ZL =A vs Zi + Z s Z L + Zo

vo

ZL

Ar =

1

El amplificador diferencial básico construido con un único amplificador operacional, satisface algunas de las característicasdel amplificador de instrumentación, pero no todas. No obstante, como es la base de los amplificadores de instrumentación es interesante analizar algunas de sus características.

v1

+

R1 AO +

R2 vo

vo = −

+ v2

R3

R4

R2 R4  R2   1 + v 2 v1 + R1 R3 + R4  R1    R4  R2   1 R 1 +   Ad =  2 + R1   2  R1 R3 + R4     R R − R2 R3 Ac = 4 1 R1 ( R3 + R4 )Para que el amplificador se comporte como amplificador diferencial debe verificarse:
R2 R4 = R1 R3 ⇒ Ad = − Ac = 0 R2 R1

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. ElCMRRTOTAL 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

Ad 1 R1R4 + R2 R3 + 2 R2 R4 = Ac 2 R1R4 − R2 R3 resultando como combinación de ambos, CMRRR = 1 1 1 = + CMRRTOTAL CMRRAO CMRRR c) La impedancia de...