Practica

MIGUEL ANGEL ARMENTA LOREDO SISTEMAS DE MEDICIN

1

PRCTICA 4

El amplificador de instrumentacin

Objetivo Conocer e implementar un ejemplo del amplificador de instrumentacin.

Componentes 3 amplificadores operacionales 741

6 resistores: 1k

1 potencimetro de 10k o resistencias de los valores indicados en la tabla mostrada lneas abajo.

Equipo 1 Fuente de 12V

1 Multmetro

1 Plantilla

1 Generador de funciones

1 Osciloscopio

Introduccin Un amplificador de instrumentacin es un tipo de amplificador diferencial que contiene buffers de entrada, lo que elimina la necesidad de ajustar las impedancias de entrada, lo que lo hace adecuado para su uso en mediciones y equipos de prueba.

Incluye tambin un offset de DC muy bajo, baja desviacin, bajo ruido, ganancia en lazo abierta muy alta, razn de rechazo en modo comn muy alta e impedancias de entrada muy altas.

El siguiente diagrama muestra un amplificador de instrumentacin

MIGUEL ANGEL ARMENTA LOREDO SISTEMAS DE MEDICIN

2

Figura 1. Circuito del amplificador de instrumentacin.

El beneficio que tiene esta configuracin es que permite ajustar la ganancia del amplificador cambiando uno solo de los resistores, en este caso Rgain.

La retroalimentacin negativa del op-amp superior izquierdo causa que el voltaje en el punto 1 (parte superior de Rgain) sea igual a V1. Igualmente, el voltaje en el punto 2 (parte inferior de Rgain) se mantenga a un valor de V2.

Esto establece una cada de voltaje en Rgain igual a la diferencia de voltaje entre V1 y V2. Esta cada de voltaje genera una corriente a travs de Rgain, y, ya que los lazos de retroalimentacin de los op-amp de entrada no demandan corriente, esa misma cantidad de corriente a travs de Rgain debe ir a travs de las dos resistencias R arriba y debajo de esta.

Esto produce una cada de corriente entre los puntos 3 y 4 igual a

El amplificador diferencial en el lado derecho del circuito entonces toma esta cada de voltaje entre los puntos 3 y 4, y la amplifica con una ganancia de 1 (asumiendo que todos los resistores R son de igual magnitud).

Las ventajas de este arreglo son las altas impedancias en las entradas de V1 y V2 y la ganancia ajustable que se puede establecer mediante un solo resistor.

Manipulando la ecuacin anterior se tiene una expresin general para la ganancia de voltaje en este amplificador de instrumentacin:

MIGUEL ANGEL ARMENTA LOREDO SISTEMAS DE MEDICIN

3

Se encuentran disponibles CI que incluyen configuraciones semejantes a la de la figura. Como ejemplos se tienen los siguientes: AD524 de Analog Devices, INA128 de Texas Instruments, MAX4194 de Maxim, o el LT1167 de Linear Technology por citar unos cuantos.

Desarrollo Arme el circuito mostrado en la figura utilizando, por disponibilidad, el 741. Utilice resistores de 1 k para todas las R. Para Rgain incorpore un potencimetro o puede utilizar resistencias de valores diversos para determinar ganancias.

Lea con un multmetro el valor de las resistencias y utilice estos valores para obtener Av de acuerdo a la frmula presentada.

Utilice un generador de funciones para alimentar el circuito en los puntos V1 y V2 con una seal senoidal con amplitud de 0.1 V. Para cada valor de Rgain que seleccione, obtenga el dato terico.

Conecte los canales del osciloscopio, uno a V1 y V2, el otro en Vout y tierra. Obtenga la magnitud de la ganancia real como una relacin entre Vout y la diferencia entre V1 y V2. Reporte sus resultados.

MIGUEL ANGEL ARMENTA LOREDO SISTEMAS DE MEDICIN

4

Figura 2. Diagrama y simulacin del amplificador de instrumentacin.

Figura 3. Fotografa del circuito del amplificador de instrumentacin.

MIGUEL ANGEL ARMENTA LOREDO SISTEMAS DE MEDICIN

5

Figura 4. Fotografa de la seal del amplificador de instrumentacin.

En referencia a los clculos que se obtuvieron, podemos determinar los siguientes:

Resistencia de Rgain Ganancia Terica Ganancia Real50 40.2 V **** V

100 20.6 V 4.64/.220 = 21.09 V

220 9.9 V 1.98/.220 = 9 V

330 6.93 V 1.40/.220 = 6.36 V

500 4.92 V 1.08/.220 = 4.90 V

750 3.6 V .700/.220 = 3.18 V

1000 k 2.96 V .450/.220 = 2.04 V

5000 k 1.39 V .350/.220 = 1.59 V

10000 k 1.19 V .293/.220 = 1.33 V

**** La seal de salida se cortaba y no se registro el voltaje real dado que no se muestrea correctamente la seal debido a la saturacin del circuito.

La ganancia terica se obtuvo de la siguiente ecuacin, tomamos como ejemplo la primera muestra del potencimetro, la cual es la resistencia de ganancia, contra el valor real de las resistencias:

32 2(0.98 10 )1 1 40.2

(50 )gain

RG V

R

= + = + =

MIGUEL ANGEL ARMENTA LOREDO SISTEMAS DE MEDICIN

6

Mientras que la ganancia real se obtuvo de la siguiente manera, para este ejemplo usamos el voltaje de salida que obtuvimos en el osciloscopio, para la lectura para cuando tenamos una resistencia en el potencimetro de 330, para esto, se tomaba la lectura que se tena de la seal de salida en el canal 2 del osciloscopio, la cual era de 1.4V, y su seal de entrada tena un voltaje de 220mV, por lo tanto, realizamos lo siguiente:

1.46.36

0.220

VG V

V

= =

As notamos que la ganancia terica contra la real tiene un error algo notable, pero podemos entender que depende mucho de la circuitera y de los valores exactos de las resistencias y de la variacin que tiene el potencimetro al no ser 100% precisa.

Como pudimos notar, la seal de salida tena un retraso o un desfasamiento de aproximadamente de 180 grados.

Conclusiones Como observamos no se tuvo ningn problema para aplicar el amplificador de instrumentacin, lo nico que se tuvo que estar revisando fue que como se menciono los valores de las resistencias puede variar mucho con respecto a otra, al igual de que el potencimetro dado que no es de precisin podemos obtener valores que no corresponden exactamente con el valor terico que se calcula, tambin por ejemplo en mi circuito note que cuando introduca un valor de resistencia de 50, la seal de salida del circuito se saturaba por lo tanto no apareca completamente la seal, por tal razn no introduje un valor exacto de mi voltaje en la tabla que estaba en la parte del desarrollo, pero para los dems valores no se obtuvo ningn inconveniente.