{"id":6864,"date":"2018-01-31T22:11:03","date_gmt":"2018-01-31T22:11:03","guid":{"rendered":"https:\/\/hetpro-store.com\/TUTORIALES\/?p=6864"},"modified":"2022-10-05T00:34:41","modified_gmt":"2022-10-05T00:34:41","slug":"amplificador-de-instrumentacion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/hetpro-store.com\/TUTORIALES\/amplificador-de-instrumentacion\/","title":{"rendered":"Amplificador de Instrumentaci\u00f3n"},"content":{"rendered":"\n

El amplificador de instrumentaci\u00f3n, es un amplificador operacional<\/a> en modo diferencial con ganancia controlada. La ventaja de este arreglo se resume en un alta impedancia de entrada y un control de ganancia simplificado. La desventaja del otras configuraciones, como la del amplificador diferencial<\/a>, es que la impedancia depende de una de las resistencias de la entrada. La impedancia es la del amplificador operacional, que en un caso ideal tienda a ser infinita. En la etapa de ganancia, en el modo diferencial se tiene que mantener la relaci\u00f3n entre R4\/R3 igual a la de R2\/R1 para mantener la ganancia ajustada. En el de instrumentaci\u00f3n solo depende de una resistencia<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

A continuaci\u00f3n podemos ver el arreglo de una configuraci\u00f3n con amplificadores operacionales, de el amplificador de instrumentaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

\"Amplificador
Figura 1: Amplificador de instrumentaci\u00f3n.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

An\u00e1lisis de el amplificador de instrumentaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

En primer lugar, tenemos que recordar que los voltajes en las entradas de un amplificador operacional se igualan. Esto es que el voltaje en las entradas inversoras (para este caso) es el mismo que el voltaje en las entradas no inversoras. Es por esto, que podemos determinar que la corriente que fluye en la resistencia R1 es la diferencia de estos voltajes sobre el valor de la resistencia.<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[i_1=\frac{v_1-v_2}{R_1} \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

Cabe se\u00f1alar que, la corriente depende de que potencial sea mayor en este caso. Para la corriente en las resistencias marcadas como R2, en este caso como siguen en la misma linea, son iguales a la corriente que esta en R1. Por lo tanto el voltaje de salida de los primeros dos amplificadores operacionales se puede tomar como el voltaje de entrada de un amplificador diferencial convencional. Realizando los calculos algebraicos tenemos que el voltaje de salida es:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[v_O=\frac{R_4}{R_3}\left(1+\frac{2R_2}{R_1}\right)(v_2-v_1) \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

Una ecuaci\u00f3n com\u00fanmente utilizada y simplificada, asume que todas las resistencias tienen exactamente el mismo valor menos R1. R1 es la encargada de realizar la amplificaci\u00f3n o ganancia. Si tomamos esta condici\u00f3n y tenemos la siguiente expresi\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[ a=\frac{R_1}{R_x}=\frac{aR}{R}\]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

En donde:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[ R=R_x=R_2=R_3=R_4=R_5=R_6=R_7\]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

Por lo tanto podemos reescribir la relaci\u00f3n de voltaje de salida como sigue:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[v_O=\left(1+\frac{2}{a}\right)(v_2-v_1) \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

En algunos casos, R1 se le conoce tambi\u00e9n como Rg.<\/p>\n\n\n\n

Ejemplo de amplificador de instrumentaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

Ejemplo 1: determinar la ganancia de voltaje para un amplificador que tiene una R1 o Rg de 10K Ohms y R de 2.7K Ohms.<\/p>\n\n\n\n

Para este ejemplo requerimos de la formula siguiente:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[ a=\frac{R_1}{R_x}=\frac{10 K\Omega}{2.7 K\Omega}=3.7 \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

Con esto podemos determinar la ganancia de voltaje como la relaci\u00f3n de la salida respecto a la entrada, por lo tando tenemos que:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[ \frac{V_O}{v_2-v_1}=1+\frac{2}{a}= 1+\frac{2}{3.7}=1.54 \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

Ejemplo 2: Suponga que la entrada en el canal v1 es de GND y el v2 es de 1.2 V. \u00bfCual seria el voltaje de salida?<\/p>\n\n\n\n

Para este caso como ya tenemos la ganancia de 1.54 solo es aplicarla en la ecuaci\u00f3n del voltaje de salida, lo que nos quedar\u00eda:<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[v_O=1.54(1.2V-0V)=1.84V \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

Ejemplo 3: Simule un sistema con una a de 4.<\/p>\n\n\n\n

\"Amplificador
Figura 2: Ejemplo 3, un amplificador operacional con el valor de a igual a 4.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Etapas de un amplificador de instrumentaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

Primero tenemos que para querer incrementar la impedancia de entrada, necesitamos dos seguidores de voltaje. Estos se conectan a los voltajes de entrada y su salida se conecta a una carga. El voltaje a la salida es diferencial en funci\u00f3n de la siguiente expresi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[v_O=v_2-v_1 \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

\"Seguidor
Figura 3: Ajuste de incremento de impedancias con un seguidor no inversor en cada entrada.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Posteriormente, se ponen 3 resistencias para controlar la etapa de ganancia. N\u00f3tese que el nodo que conecta las entradas inversoras tiene el mismo valor de voltaje que las entradas no inversoras. Por lo que el R funge como retroalimentaci\u00f3n y aR como la que va a la referencia. La direcci\u00f3n de la corriente que fluye a trav\u00e9s de aR depende de que voltaje sea mayor. El voltaje a la salida, sigue siendo diferencial, solo que ya con un valor de ganancia.<\/p>\n\n\n\n

  <\/span>   <\/span>\"\[v_O=\left(1+\frac{2}{a}\right)(v_2-v_1) \]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

\"amplificador
Figura 4. Ajuste de ganancia de la entrada del amplificador diferencial. N\u00f3tese que el voltaje de salida es flotante, la medici\u00f3n se esta tomando en funci\u00f3n a el punto REF1 el cual NO es GND.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Por \u00faltimo lo \u00fanico que se necesita es pasar de un voltaje flotante, en este caso la salida a un voltaje con referencia a GND. para esto ponemos un amplificador diferencial convencional y terminamos con la configuraci\u00f3n cl\u00e1sica de un amplificador de instrumentaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

\"amplificador
Figura 5: Construcci\u00f3n de un amplificador de instrumentaci\u00f3n.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

ATENCI\u00d3N<\/h3>\n\n\n\n

Te recordamos visitar nuestros tutoriales relacionados con los amplificadores operaciones y otros de temas de electr\u00f3nica, como: LM35<\/a>, LM317<\/a>, Transistor BJT corte y saturaci\u00f3n en emisor com\u00fan<\/a>, RFID RC522<\/a>, Sensor de Luz<\/a>, Puente de Wheatstone<\/a> y m\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n

Por ultimo, si te gusto este tutorial, favor de dejar un comentario, lo agradeceremos mucho. Por lo tanto te recomendamos visitar nuestra pagina principal <\/a>para que veas los nuevos tutoriales<\/a> en HETPRO<\/a>. Tenemos tutoriales de Arduino<\/a>, PCBs<\/a>, programaci\u00f3n <\/a>y muchos m\u00e1s. En conclusi\u00f3n, esta obra est\u00e1 bajo una Licencia Creative Commons Atribuci\u00f3n-NoComercial-SinDerivar 4.0 Internacional<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Autor: Dr: Hector Hugo Torres Ortega<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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