plantilla a

Ignacio Moreno Velasco

Area de Tecnología Electrónica

4.3.- EL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
Ante las exigencias de medida que imponen los sensores, se necesitan amplificadores específicos llamados de
instrumentación que deben cumplir unos requisitos generales:
• Ganancia: seleccionable, estable, lineal.
• Entrada diferencial: con CMRR alto.
• Error despreciable debido a lascorrientes y tensiones de offset
• Impedancia de entrada alta
• Impedancia de salida baja

V1

Basado en tres AO

A
Ra

R1

R2

-

4.3.1.1.-

+
-

Rg

Vo
Ideal

+
Rb

+

V2

R4

R3

Ref

B

Etapa pre-amplificación

Etapa diferencial

ETAPA PRE-AMPLIFICACIÓN
• Aumenta la impedancia de entrada del conjunto. Gracias a su configuracion no inversora iguala laimpedancia del circuito a la del AO.
• Suelen utilizarse operacionales con entradas basadas en FET para conseguir bajas corrientes de
polarización.
Análisis:
Buscamos VA y VB en función de V1 y de V2:
Aplicamos c.c. virtual y planteamos Kirschoff de corrientes en el punto A:
V A − V1 V1 − V2
=
, despejando VA:
RA
RG

Apuntes de Instrumentación Electrónica (03-04)

3º I.T.I. Electrónica60

Ignacio Moreno Velasco

Area de Tecnología Electrónica

R
 R
V A = V1  A + 1 − A V2
R
 R
G
 G


De igual forma en el punto B:
V1 − V2 V2 − V B
, despejando VB:
=
RG
RB
R
 R
V B = V2  B + 1 − B V1
R
 R
G
 G


Restando ambas expresiones, obtenemos:
 Ra + Rb 
V B − V A = V2 − V1 
 Rg + 1 Ecuación 3




Observar que el paréntesisrepresenta la ganancia diferencial de la etapa pre-amplificadora, y
que variando Rg podremos variar la ganancia.

ETAPA DIFERENCIAL
En el estudio del amplificador diferencial, establecimos una ecuación que llevada a este circuito:
 R 
 R   R4
v o =  − 2  ⋅ V A + 1 + 2  ⋅ 
 R 
 R  R + R
1 
4
1   3




 ⋅ vB Ecuación 4



TOTAL
Sustituyendo en la ecuación4 las expresiones de VA y de VB por lo hallado en la etapa pre-amplificadora, y
teniendo en cuenta las definiciones de Vd y Vcm:

Vd = VB – VA y Vcm = (VA+VB)/2

Llegaríamos a:

1 +
Vo = −Vd ⋅ 
1 +



R2
R1
R3
R4

R 2 R3


1 − R R

 1 Rb  R2  1 Ra 
1 4
⋅ +



 2 Rg  + R  2 + Rg  + Vcm ⋅ 
R3
 1+



1 


R4









De donde se deduce que:
• La ganancia en modo común será cero (i.e. CMRR máximo) si 1 −

R2 R3
= 0 . Esto se puede consegurir
R1R4

como ya salió en el análisis del amplificador diferencial si R2/R1 = R4/R3.
• Si además para simplificar la expresión, imponemos que 2Ra/Rg = 2Rb/Rg, es decir, Ra = Rb Resulta:

Apuntes de Instrumentación Electrónica (03-04)

3º I.T.I. Electrónica61

Ignacio Moreno Velasco

Ad =

R2
R1

Area de Tecnología Electrónica


Ra 

1 + 2

Rg 



Observar que Rg me permite variar la ganancia sin afectar al CMRR

Si NO conectamos el terminal ref a masa, sino a otra tensión de referencia obtendríamos:
Vo = Ad (V+ -V-) +Vref
INTEGRADO: BURR-BROWN INA-131
Demostrar la función de transferencia del circuito integradoINA-131, si Vref se conecta a masa.

Comparando el esquema interno con el analizado anteriormente:
Ra = Rb = 25 KΩ

R1=R3 = 5 KΩ

R2=R4 = 25 KΩ

Rg=2’63 kΩ

Ganancia de la etapa pre-amplificadora:
La ganancia diferencial de esta parte quedaba definida en la ecuación 3:
 Ra + Rb  25KΩ + 25KΩ
+ 1 = 20,011 ≈ 26 dB
Ad1 = 

 Rg + 1 =
2'63KΩ



Ganancia de la etapadiferencial:
Según vimos en el estudio del amplificador diferencial, cuando R1=R3 y R2=R4 la ganancia viene dada por:
 R  25KΩ
Ad 2 =  2  =
 R  5KΩ = 5 ≈ 14 dB
 1

Apuntes de Instrumentación Electrónica (03-04)

3º I.T.I. Electrónica

62

Ignacio Moreno Velasco

Area de Tecnología Electrónica

Ganancia total
La ganancia total será el producto de ambas, Ad = Ad1 · Ad2 y se...