Amplificadores De Instrumentacion

Amplificadores de instrumentación.

Es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Están diseñados para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo de modo común (CMRR).Estos amplifican la diferencia entre dos señales. Esas señales provienen de sensores como pueden ser termocuplas, foto sensores, puentes de medición resistivos, etc.

Circuitos del amplificador de instrumentación

Como funciona un amplificador de instrumentacion y cual es su aplicación

Los amplificadores de Instrumentación amplifican la diferencia entre dos señales. Esas señales diferenciales en la práctica provienen de sensores como pueden ser termocuplas, fotosensores, puentes de medición resistivos, etc. En la figura de arriba se ve que de un puente resistivo, en estado de equilibrio sin señal, en la mitad de las ramas del puente existe una señal de 2.5V respecto a masa. Esta señal de corriente continua es común a ambas entradas por lo cual es llamada Voltaje de Modo Común de la señal diferencial. Se puede ver que estas señales no contienen información útil en lo que se quiere medir y como el amplificador amplificará la diferencia de ambas, al ser iguales, se restan y a la salida el resultado será cero o sea idealmente no están contribuyendo a la información de salida. También se ve que se inducen señales de corriente alterna en ambas entradas a la vez y que serán rechazadas como en el caso de continua. Pero al producirse un desbalance del equilibrio del puente por la variación de una de sus resistencias se producirá una señal que será aplicada entre ambas entradas y será amplificada. Por lo expuesto, es que se justifica la utilización de amplificadores de instrumentación para rechazar señales que entran en modo común, o sea en las dos entradas se presenta la misma señal.

Cuando se diseña un amplificador de instrumentación de precisión, se requiere guardar ciertas precauciones para conseguir que sus características no se vean afectadas por elementos externos como se muestra en la siguiente figura.

Aunque el amplificador de instrumentación presenta una baja dependencia de las

fuentes de alimentación (0.2 μV/% para una ganancia G=1000), este factor de rechazo

se degrada cuando se incrementa la frecuencia. Para evitar el ruido de alta frecuencia en

la fuente de alimentación se colocan los condensadores de 0.1μF.

Los hilos largos en los puntos de entrada son fuente de interferencias, por ello, tanto los

hilos hacia el puente de transductores, como de la conexión de la resistencia que fija la

ganancia deben estar apantalladas con tierra.

A través de los terminales 4 y 6 y utilizando un potenciómetro de 10 KΩ se puede

introducir un circuito de cancelación del offset.

El circuito de salida se utiliza directamente de forma convencional sin necesidad de

introducir elementos para eliminar el modo común.

En las figuras siguientes se proponen tres formas alternativas de acoplar la señal al

amplificador:

- Acoplo mediante transformador, que garantiza el aislamiento electrico entr la

fuente y el sistema de medida.

- Acoplo mediante un elemento pasivo que no requiere alimentación como es el

caso de un termopar.

- Acoplo capacitativo que garantiza el bloqueo de las señales de continua y la única

transferencia de la señal.

En los tres casos se han introducido los elementos adecuados para que la fuente no

opere en modo flotante.

Frecuentemente no solo se necesita amplificar la señal, sino que también se requiere

introducir un offset para adaptar niveles, esto es construir un bloque que implemente la

curva de transferencia.

Circuito comparadores.

Un circuito comparador combinatorio compara dos entradas binarias (A y B de n bits) para indicar la relación de igualdad o desigualdad entre ellas por medio de "tres banderas lógicas" que corresponden a las relaciones A igual B, A mayor que B y A menor que B. Cada una de estas banderas se activara solo cuando la relación a la que corresponde sea verdadera, es decir, su salida será 1 y las otras dos producirán una salida igual a cero.

Dentro de la familia de circuitos TTL se les denomina a estos circuitos con el número 7485 y manejan entradas de 4 bits, además de que también se les puede conectar en cascada para manejar entradas más grandes.

Funcionamiento.

Funcionamiento del comparador

Estudiemos el siguiente circuito:

En este circuito, se alimenta el amplificador operacional con dos tensiones +Vcc = 15V y -Vcc = -15 V. Se conecta la patilla V+ del amplificador a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del amplificador se conecta una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal.

Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, se conectaría la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del amplificador operacional.

A la salida (Vo) del amplificador operacional puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en este caso 15 o -15 V (considerando el AO como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores).

• Cuando la tensión sinusoidal Vi toma valores positivos, el amplificador operacional se satura a negativo; esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el amplificador entrega a su salida una tensión negativa de -15 V.

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