AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION

Universidad del Valle

Tecnología en Electrónica – Laboratorio 1 de Instrumentación Electrónica

El amplificador de instrumentación

First A. Byron Enriquez, Alfredo Alvarez, Allan Martinez, Edison Torres.

An instrumentation (or instrumentationa) amplifier is a type of differential amplifier that has been outfitted with input buffer amplifiers, which eliminate the need for input impedance matching and thus make the amplifier particularly suitable for use in measurement and test equipment.

INTRODUCCIÓN

Los amplificadores de instrumentación son amplificadores diferenciales con un CMRR alto, muchos de ellos con ganancia variable. En pocas palabras diremos que son amplificadores diferenciales buenos. Al ser un amplificador diferencial es muy versátil de manera que se puede utilizar tanto como amplificador inversor como no inversor.

OBJETIVOS

1.1. Conocer la estructura y las ventajas de uno de los circuitos más usados en circuitos destinados a medir variables físicas: el amplificador de instrumentación.

1.2. Determinar la linealidad de un amplificador de instrumentación montado con componentes discretos.

1.3. Determinar el comportamiento de la razón de rechazo de modo común (CMRR) del amplificador montado, para diferentes ganancias y frecuencias.

1.4. Intentar medir la impedancia de entrada diferencial del amplificador montado.

1.5. Adquirir un conocimiento más profundo sobre la disponibilidad y las posibles aplicaciones de un amplificador de instrumentación.

DESARROLLO

Punto 4.1:

Determinar la linealidad de un amplificador de instrumentación montado con componentes discretos

La Tabla de datos resultante del experimento se encuentra en la tabla No.1

Calculo de la recta ideal Lineal obtenida partiendo de los datos obtenidos de la tabla:

M=K= Ganancia = (7100-10)/(-750-0)= -9,45

A = Punto de corte = 10

V (Vid)= 9,45*(Vid) + 10 (1)

Calculo de la alinealidad

Nn= Alinealidad = Omax-(K*Vid +a)

Vid = Vdif real

A= punto de corte

K= ganancia

Omax= Salida máxima

Desviación-estándar=√((∑_(n=1)^n▒〖(Xi-xmedia)〗^2 )/(n-1)) (2)

Ver tabla No.1

Punto 4.2

Para el numeral 4.2 se encuentra una expresión para los voltajes E1 y E2 se comprueba los resultados obtenidos en la práctica:

Para hallar una expresión que relacione el voltaje en terminales V1 y E1 como también a V2 y E2 respectivamente aplicamos la fórmula del amplificador operacional no inversor de la manera siguiente:

Figura 1: Para obtener la ecuación

(3)

Para las dos primeras etapas del amplificador operacional de instrumentación montado en la práctica se asumieron como amplificadores no inversores de esta manera aplicamos la ecuación 2, sustituyendo tenemos:

E1/V1=R2/R1+1 (4)

Donde en este caso R2=Ra y R1=∞. Se tiene entonces un amplificador no inversor cuya resistencia R1 está en circuito abierto, es decir es infinita.

Por lo tanto esta es una configuración de operacional seguidor de tensión. Ver Tabla 3

E1/V1=Ra/∞+1=0+1

En conclusión:

V1=E1

Y

V2=E2

En la Tabla No.2 Se observa el offset de nuestro amplificador de instrumentación

Punto 4.2 C)

Ver tabla No.3

Punto 4.2 B Calculo Del CMRR

La razón de rechazo al modo común (o CMRR, de las siglas en inglés Common Mode Rejection Ratio) es uno de los parámetros de un amplificador operacional u opamp, (en inglés Operational Amplifier).

(5)

Ad lo conocíamos y era modificado por nosotros en tres diferentes ganancias individuales 2, 20 y 100. Entonces se necesita conocer el la Ganancia en modo común la cual se obtiene de la ecuación del comportamiento ideal del amplificador instrumental.

Como en la practica el voltaje de salida es

Vo= ad(V2-V1) +Ac((V2+V1) )/2 (6)

Con V2=V1 la ecuación se reduce a:

Vo= Ac((V2+V1) )/2  Ac= 2Vo/((V2+V1))

Datos Y resultados en la tabla No.4

Punto 4.3 B)

Para satisfacer el objetivo #4, correspondiente a la medición de la impedancia de entrada diferencial del amplificador montado, se procedió de la siguiente manera:

Se ajustó un valor de ganancia cercano a 12, para una entrada senoidal con amplitud cercana a 800 mV y con una frecuencia de 15KHz, tomando nota del voltaje de salida, el valor arrojado nos arrojó un resultado real de:

Vo=18.8Vpp.

Para una entrada de voltaje real de:

Vi=1.56Vpp.

Posteriormente se adicionó entre el generador de señales y cada una de las entradas del amplificador de instrumentación una resistencia de 1 MΩ y se tomó nuevamente nota del voltaje de salida, el cual nos arrojó un valor real de:

Vo=14.2Vpp.

Para una entrada de voltaje real de:

Vi=1.54Vpp.

Con estos datos según la siguiente ecuación y el siguiente esquema del circuito:

Zi=V_s/I_i ; I_i=V_e/〖2R〗_i ;

Zi=V_s/V_e 2R_i (7)

Figura 2: Calculo de Impedancia

Con los valores reales se halló la ganancia real:

G_r=18.8Vpp/1.56Vpp=12.05

Con Gr se halló el voltaje a la entrada del amplificador y con el voltaje de salida que se obtuvo al reemplazar resistores a la entrada de 1MΩ se tiene que:

V_s=14.2Vpp/12.05=1.178Vpp

Este es el valor real de voltaje a la entrada del amplificador de instrumentación luego de colocar las resistencias de 1M.

Ve es el valor que resulta de restar el voltaje medido a la entrada con el osciloscopio menos el valor real de voltaje hallado matemáticamente:

V_e=1.54Vpp-1.178Vpp

V_e=0.362Vpp

Sustituyendo valores en la ecuación (7):

Zi=1.178Vpp/0.362Vpp 2MΩ

Zi=6.508MΩ

Punto 5.3)

Especificación amplificadores de instrumentación integrados:

INA114: Amplificador de instrumentación de precisión

CARACTERÍSTICAS

Baja OFFSET de salida : 50µV max

BAJA DERIVA: : 0.25µV/°C max

Polarización de entrada baja ACTUAL: 2 nA max

ALTO RECHAZO MODO COMUN: 115 dB min

ENTRADA Protección contra sobretensiones:

± 40V

AMPLIA GAMA DE SUMINISTRO: ± 2.25 a ± 18V

BAJA Corriente en reposo: 3 mA máx

APLICACIONES

El INA114 es un bajo costo, de uso general instrumeThe INA114 es un bajo costo y de uso general de baldosas

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