CAP4_INSTRU

Herramientas Analógicas para el Acondicionamiento del Rango de Voltajes y Transmisión de Señales

Capítulo 4

Capitulo 4 Herramientas Analógicas para el acondicionamiento del Rango
de Voltaje y Transmisión de Señales. 14 horas
Objetivo: El alumno conocerá y aprenderá técnicas de acondicionamiento de señales
aplicadas a la instrumentación de sistemas, siendo capaz de ajustar ganancias, span,offset,
transmitir y recibir señales remotas, de tal manera que pueda resolver casi cualquier
problema de instrumentación.
4.1 Circuitos de Ajuste del Rango de Voltaje para señales Diferenciales
4.1.1 Configuración Básica del Amplificador de Instrumentación.
El amplificador de Instrumentación (AI) es el Amplificador mayormente usado en
Instrumentación y Control, especialmente cuando se requiere unabuena Exactitud. Es un
Amplificador diferencial formado con varios Amplificadores Operacionales y resistencias de
Precisión, estas características hacen que el AI además de Exacto, es altamente estable, por lo
cual es muy útil.
4.1.1.1 Propiedades de los Amplificadores de Instrumentación.
Las características del Amplificado de Instrumentación (AI) son:
Amplificador Diferencial (de diferencia)
: Setiene que la salida del AI es un voltaje proporcional a la diferencia que hay entre sus dos
voltajes de entrada, tomando en cuenta que una de sus entradas es No Inversora (+) y la otra
es Inversora (-).
Alta Impedancia de Entrada
: En ambas entradas presenta alta impedancia de entrada lo cual evita que cargue a las etapas
anteriores. Esta impedancia alta de entrada se logra anteponiendo en lasentradas de un
Amplificador Operacional básico etapas seguidoras inversoras que a cambio de tener una AV
pequeña (apenas 1) tiene una alta Impedancia de entrada.
Baja Impedancia de Salida
: Esto facilita la conexión con otras etapas posteriores o con cargas que requieran ser
conectadas al AI.
Ganancia: seleccionable, estable, lineal
. Esta característica es necesaria para ajustar la AV del AI a losrequerimientos que en cada
caso se requiera.
Entrada diferencial: con CMRR alto
. Este tipo de entrada es requisito sobre todo para señales flotantes y para limitar, filtrar o
eliminar señales de ruido presentes especialmente en los sistemas de instrumentación
industriales.
Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset
. Es requisito necesario para considerar al AI como exacto y selimita usando diversas
configuraciones y tipos de transistores, por ejemplo los JFet requieren poca corriente para su
control.

Recopilación por Ignacio Franco Torres

1

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Capítulo 4

4.1.1.2.-Amplificador de Instrumentación basado en tres AO
Etapa PRE-AMPLIFICACIÓN
Aumenta la impedancia de entradadel conjunto. Gracias a su configuración no inversora
iguala la impedancia del circuito a la del AO.
Suelen utilizarse operacionales con entradas basadas en FET para conseguir bajas corrientes
de polarización.

Figura 4. 1 Amplificador de Instrumentación es base a AO
Análisis:
Buscamos VA y VB en función de V1 y de V2:
Suponiendo VA > VB y considerando que en las Resistencia en serie Ra, Rg y Rbpasa la
misma corriente:
V1 V 2
VA V 1 V 1 V 2
VA V 1
Ra ,
,
despejando
VA:
Rg
Ra
Rg
V1
V2
VA
Ra
Ra V 1
Rg
Rg
Y finalmente VA V 1

Ra
1
Rg

Ra
V2
Rg

Ecuación 1

De igual forma en el punto B:
V 1 V 2 V 2 VB
, despejando VB: V 2 VB
Rg
Rb
V1
V2
VB
Rb
Rb V 2
Rg
Rg

Recopilación por Ignacio Franco Torres

V1 V 2
Rb ,
Rg

2

Herramientas Analógicas para el Acondicionamiento del Rango de Voltajes yTransmisión de Señales

Y finalmente VB V 2

Rb
1
Rg

Rb
V1
Rg

Ecuación 2

Restando ambas expresiones, obtenemos:
Rb
Rb
Ra
VB VA V 2
1
V1
V1
1
Rg
Rg
Rg
VB VA

Rb
V2 V2
Rg

VB VA

Rb
(V 2 V 1)
Rg

Capítulo 4

Ra
V2
Rg

Rb
Ra
Ra
V1
V1 V1
V2
Rg
Rg
Rg

Finalmente: VB VA (V 2 V 1)

Ra
Ra
(V 2 V 1) (V 2 V 1) (V 2 V 1)
Rg
Rg
Ra Rb
1
Rg

Rb
1
Rg

Ecuación 3

Ra Rb
1 representa la ganancia diferencial de la...