3.3
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
El amplificador de instrumentación es una amplificador diferencian 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 un bloque funcional que ofrece caracteristícas funcionales propias e independientes de los restantes elementos con los que interacciona. 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.
A los amplificadores de instrumentación se les requiere las siguientes características:
1. Son amplificadores diferenciales con ganancia diferencial precisa y estable, generalmente en el rango de 1 a 1000.
2. Su ganancia diferencial se controla mediante un único elemento analógico (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 és, debe ofrecer un CMRR muy alto en todo el rango de frecuencia en que opera.
4. Una impedancia muy alta para que se ganancia no se ve 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 la salida.
6. Bajo nivel de tensión de offset del amplificador y baja derivada en el tiempo 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 en el diseño.
8. Un factor de ruido muy próximo a la unidad, esto es, que no incremente con el ruido.
9. Una razón de rechazo al rizado a la fuente de alimentación muy alto.
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 de común nula.
b) Es muy difícil conseguir CMRR muy altos. El CMRRtotal del circuito se degrada por dos cosas:
-El amplificador operacional tiene un CMRRAO finito.
- Las resistencias difícilmente se pueden ajustar para que exactamente satisfagan la relación R1R4=R3R2
c) La impedancia de entrada es muy baja
d) La anchura de banda es baja si la ganancia diferencial es alta BW=aft=fr/(Ad+1)
Los amplificadores de instrumentación han sido desarrollados para ser utilizados en sistemas de instrumentación en los que las características de operación son críticas. Las características de los amplificadores de instrumentación pueden optimizarse si se diseñan como circuitos integrados, ya que en este caso, el fabricante puede garantizar el diseño de los elementos críticos, haciendo que tengan valores precisos y que las relaciones entre las características de elementos emparejados tengan razones muy exactas, justo tal como se requieren en su diseño.
La precisión y estabilidad de los amplificadores de instrumentación se realiza a costa de limitar su flexibilidad. Son amplificadores que han sido diseñados para ser utilizados únicamente como amplificadores, pero a cambio de ello, proporcionan unas características excepcionalmente buenas, y además pueden utilizarse sin necesidad de conocer con detalle su diseño interno y con sólo interpretar su especificación externa.
El siguiente enlace nos muestra el voltaje de salida y la ganancia modificando las resistencias internas del circuito.
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