Amplificadores de Instrumentación

Transcripción

1 NOTS DE CLSE mplifiadores de Instrumentaión Ediión 00

2 Índie. mplifiador de Instrumentaión Ideal.... El mplifiador Diferenial.... mplifiador de instrumentaión Configuraión Básia mplifiador de instrumentaión on variaión de ganania lineal Bibliografía:...

3 . mplifiador de Instrumentaión Ideal Los MPLIFICDOES DE INSTUMENTCION son amplifiadores difereniales on las siguientes araterístias: a) Z y Z i id (para no afetar la fuente de señal a medir) b) Z 0 (para que no afete la entrada de la etapa siguiente) 0 ) v exata y estable ( 000) y ontrolable d) F e) Bajo offset y deriva para trabajar on entradas de ontinua y pequeñas. USO: mplifiador de señal de bajo valor, on alta omponente en modo omún. Por ejemplo la salida de un transdutor. eamos la onfiguraión más simple:. El mplifiador Diferenial Fig.

4 . Dónde falla esta onfiguraión típia? a) El prinipal problema es que las impedanias no son infinitas. Carga a las etapas previas. Fig. id + i Fig. b) Como ajusto la ganania? Tengo que variar dos resistenias simultáneamente y on muha preisión. Si planteamos un amplifiador diferenial genério resulta: Fig

5 Desomponiendo y en sus omponentes a modo omún y a modo diferenial. Es deir: + d y d eemplazando y en la euaión de la 0 y trabajando resulta: d ( + 4) Donde: y d + Entones resulta: d ( + ) 4 Si, 4 entones: 0 y d esultando así un amplifiador diferenial.

6 El D básio tiene bajas prestaiones (pensado omo amplifiador de instrumentaión): Debo modifiar dos omponentes para variar la ganania d. Es difíil onseguir fatores de rehazo (CM) altos. El fator de rehazo se degrada por dos ausas: El fator de rehazo (CM) debido a la dispersión o desapareamiento de las resistenias. El fator de rehazo (CM) propio de los O. El CM total del iruito resulta: + CMTOTL CM O CM ESISTENCIS CM CM / / CM TOTL O ESISTENCIS Es omo un paralelo. El CM Total será menor que el menor de los dos. ) La Z i no tiende a infinito. Una soluión seria el iruito que veremos a ontinuaión.

7 . mplifiador de instrumentaión Configuraión Básia Fig. 5 Transferenia de la etapa de entrada: G I G + + ( ) 0 0 G G 0 0 ( + ) G G eamos que ourre para una señal a modo omún en la entrada: paree en la salida de la primera etapa ya que v para la primera etapa (observar que son iruitos seguidores).

8 Transferenia de la segunda etapa: ( ) La transferenia total resulta del produto de las gananias: ( ) 0 + G Este iruito umple on los requisitos. 0 + G Con G puedo ajustar la ganania, evitando el ajuste de dos resistenias simultáneamente omo en el iruito anterior. Pero aparee otra onsideraión: aquí el ajuste es no lineal, ya que G esta en el denominador. eremos en el punto 4 una variante a este iruito para soluionar este problema. Que ourre on el fator de rehazo en el iruito ompleto: Genériamente: Fig. 6

9 Si CM ESISTENCIS ealmente: Por lo que resulta que existe un fator de rehazo debido al desapareamiento de las resistenias: CM ESISTENCIS G G NOT: Si este amplifiador se arma en forma disreta la está onstituida por una resistenia fija y un preset de la siguiente manera: ( 0,9 fija + 0, un preset variable) unque en la prátia lo usual es utilizar toda la onfiguraión integrada. Utilizando integrados del tipo del IN4 de Burr-Brown. demás los amplifiadores operaionales tienen un fator de rehazo distinto de infinito. Se demuestra que: CM CM CM CM CM Total O O + + esistenias O G G Donde utilizando O iguales para el y el se pueden anular los dos primeros términos de la euaión. Y puede verse que el fator de rehazo del O aparee multipliado por un fator on lo ual resulta amplifiado esultando entones: CM TOTL > CM SEGUND ETP

10 Esto se puede ver también oneptualmente de la siguiente forma: CM O d naliemos del onjunto: Para las señales a modo omún la primera etapa se omporta omo seguidora, luego resulta: 0 C C 0 C C Es deir la primera etapa tiene una PIME ETP luego resulta TOTL SEGUND ETP naliemos d del onjunto: quí si, la primera etapa tiene ganania a modo diferenial, resultando entones: d TOTL d PIME ETP d SEGUND ETP Entones vemos que TOTL se mantiene igual a una etapa diferenial simple (omo la segunda etapa) y la d TOTL aumento, luego resulta: CM TOTL > CM SEGUND ETP

11 4. mplifiador de instrumentaión on variaión de ganania lineal Una posible soluión a la variaión no lineal del iruito anterior on G es el siguiente iruito: Fig. 7 Se demuestra que: F ( ) Bibliografía: Diseño on mplifiadores Operaionales y Ciruitos Integrados nalógios Sergio Frano M Graw Hill ª Ediión - ISBN punte: Instrumentaión Eletrónia de Comuniaiones (5º Curso Ingeniería de Teleomuniaión) Tema III: El amplifiador de instrumentaión. José María Drake Moyano, Dpto. de Eletrónia y Computadores, Santander, 005. Esuela Ténia Superior de Ingenieros Industriales y de Teleomuniaión - Universidad de Cantabria.