AMPLIFICADOR
DE INSTRUMENTACIÓN
Un amplificador
de instrumentación es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Está
diseñado para tener una alta impedancia de
entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se
puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el INA114).
La operación que realiza es la resta de sus dos
entradas multiplicada por un factor.
Su utilización es común en aparatos que trabajan
con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el
electrocardiograma), para minimizar el error de medida.
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 las corrientes y
tensiones de offset
• Impedancia de entrada alta
• Impedancia de salida baja
Estructura
En la siguiente figura se muestra la estructura de
un amplificador:
Al existir realimentación
negativa se puede considerar un cortocircuito virtual entre las entradas inversora
y no inversora (símbolos - y + respectivamente) de los dos operacionales. Por
ello se tendrán las tensiones en dichos terminales y por lo tanto en los
extremos de la resistencia Rgain
Así que por ella circulará
una corriente
Y debido a
la alta impedancia de entrada del A.O., esa corriente será la misma que
atraviesa las resistencias R1
Por lo tanto la tensión que cae en toda la rama formada por Rg, R1 YR1
Por lo tanto la tensión que cae en toda la rama formada por Rg, R1 YR1
Será:
Simplificando
Que será la diferencia de tensión
entre la salida inmediata de los dos A.O. 's (justo antes de las R2).
Puesto que el resto del circuito es un restador de ganancia la unidad (R2=R3)
su salida será exactamente la diferencia de tensión de su entrada (sin añadir ganancia),
la cual se acaba de definir.
Nótese como
se ha simplificado la expresión dando valores iguales a las resistencias R2
y R3.
En caso de que las resistencias no sean iguales, la ganancia total del amplificador de instrumentación será:
En caso de que las resistencias no sean iguales, la ganancia total del amplificador de instrumentación será:
En
circuitos integrados suele encapsularse todo excepto la resistencia Rg para poder controlar la ganancia.
También puede sustituirse la conexión a tierra por otra a una tensión dada.
Aplicaciones
- Para acondicionar la salida de un puente de Wheatstone.
- Para amplificar señales eléctricas biológicas (por ejemplo en electrocardiogramas).
- Como parte de circuitos para proporcionar alimentación a corriente constante.
- En fuentes de alimentación.
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