Amplificadores de instrumentacion

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

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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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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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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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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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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....