Tema: Amplificador de Instrumentación

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1 Instrumentación Industrial. Guía 1 1 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Instrumentación Industrial Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta) Tema: Amplificador de Instrumentación Objetivo General Analizar el funcionamiento del Amplificador de Instrumentación. Objetivos Específicos Simular un circuito básico de amplificador de instrumentación. Observar, a partir de la simulación, el funcionamiento del amplificador de instrumentación. Interpretar datos característicos como la Ganancia, el RRMC (Razón de rechazo en modo común), su linealidad en operación D.C. y su respuesta en frecuencia. Material y Equipo 1 Computadora con programa Circuit Maker Student 6. Introducción Teórica Ante las exigencias de medida que imponen los sensores, se necesitan amplificadores específicos llamados de instrumentación que deben cumplir unos requisitos generales: Ganancia: seleccionable, estable, lineal. Entrada diferencial: con RRMC (Razón de Rechazo en Modo Común) alta. Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset. Impedancia de entrada alta. Impedancia de salida baja

2 2 Instrumentación Industrial. Guía 1 Figura 1. Amplificador de Instrumentación basado en tres amplificadores operacionales. La ganancia en modo común será cero (es decir RRMC máximo) si 1 R 2 R 3 R 1 R 4 =0. Esto se puede conseguir si R2/R1 = R4/R3. Para hacer una expresión simple de la función de transferencia total se impone que 2Ra/Rg = 2Rb/Rg, es decir, Ra = Rb Resulta: Ganancia Diferencial= Ad= R R a R 1 R g Observar que Rg permite variar la ganancia sin afectar al CMRR Ecuación 1.1 Si NO se conecta el terminal ref a masa, sino a otra tensión de referencia obtendríamos: Vo = Ad(V+ -V-) +Vref Ecuación 1.2 Modelo esquemático En los diagramas circuitales suele usarse el siguiente modelo esquemático para el amplificador de instrumentación. Observar la resistencia RG dibujada externamente: Figura 2 Modelo esquemático del amplificador de instrumentación

3 Instrumentación Industrial. Guía 1 3 Procedimiento PARTE I: SIMULACIÓN DEL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN 1. Implemente el circuito de un amplificador de instrumentación mostrado en la Figura 3 usando el programa Circuit Maker 6 Student. 2. Simule el circuito y obtenga el valor de la ganancia para Rg = 1KΩ a partir del valor de amplitud de salida entre la amplitud de entrada. Ad = Figura 3. Circuito de amplificador de instrumentación. PARTE II MEDICIONES EN EL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN. 3. Mida la corriente de consumo y calcule la potencia absorbida por el amplificador de instrumentación y anótela:. 4. Cambie la amplitud de la fuente de entrada a 100mV 5. Sustituya la resistencia RGain para obtener una GANACIA de 100 los cálculos hágalos mediante el uso de la ecuación 1.1 que se encuentra en la introducción teórica. RGANANCIA =.

4 4 Instrumentación Industrial. Guía 1 NOTA: En el caso de que arme el circuito en una breadboard, una las entradas del amplificador de instrumentación a masa y ajuste el potenciómetro OFFSET hasta obtener 0 voltios en la tensión de salida. Es conveniente usar un voltímetro digital. 6. Simule el circuito con este valor de resistencia y verifique si se obtiene la ganancia esperada. 7. Calcule de nuevo la resistencia para obtener una ganancia de 10 y compruebe en la simulación que se obtiene dicho valor. RGANANCIA =. 8. Conecte las entradas del amplificador de instrumentación a cero voltios y ajuste el potenciómetro de DESPLAZAMIENTO para obtener en la salida una tensión DC de 0 voltios. Ajuste de POTDESPLAZAMIENTO =. 9. Mida el rechazo de señales en modo común (RRMC). Una ambas entradas y conéctelas a una fuente de corriente alterna con una amplitud de 100mV y mida la salida de voltaje. Repita este paso para 0.5V y 1V de voltaje de entrada. VO(Vin = 100mV) =. VO(Vin = 0.5V) =. VO(Vin = 1.0V) =. 10.Calcule el factor de rechazo en modo común ( RRMC= Ad Acm ). 11. Conecte el generador con una amplitud de 100mV a una de las entradas del amplificador y la otra a tierra, así como en la Figura Obtenga la curva de transferencia de la señal (DC) para el amplificador, para ello seleccione del menú Simulation la opción Analyses Setup, luego de clic en el botón DC, clic en la opción Enabled, seleccione el nombre de la fuente y coloque un rango de voltaje de entrada de 50mV a 500mV, en pasos de 10mV. De clic en OK y luego en Run Analyses Es lineal la curva de transferencia? Sí No Explique: 13.Encuentre la respuesta en frecuencia del amplificador de instrumentación, para ello seleccione del menú Simulation la opción Analyses Setup, luego de clic en el botón AC, clic en la opción Enabled, coloque un rango de frecuencias de 1Hz hasta 20KHz, 10 puntos de prueba y en el barrido seleccione Decade. De clic en OK y luego en Run Analyses. 14. En la ventana de simulación de clic en el botón y coloque en Y Axis la opción Decibels. 15. Determine la pendiente de esta gráfica. Pendiente =.

5 Instrumentación Industrial. Guía 1 5 Análisis de Resultados En la primera parte determine el error relativo de la ganancia obtenida con respecto al valor que se obtiene de la ecuación 1.1. Concluya, si hay error a qué puede deberse. En la segunda parte determine el error relativo obtenido de los procedimientos del 4 al 7. Concluya Cuán exactas son las variaciones de ganancia con respecto al cambio en el valor de Rg? Qué significa el valor de RRMC obtenido en la simulación? De la curva de transferencia D.C. Qué concluye acerca de la linealidad del amplificador y qué ventajas presenta para un proceso determinado? De la respuesta en frecuencia Qué concluye acerca de la misma? y considere si puede ser usado para amplificación en circuitos de frecuencias superiores a 20kHz Bibliografía %20Instrumentacion.pdf

6 6 Instrumentación Industrial. Guía 1 Hoja de cotejo: 1 Guía 1: Amplificador de Instrumentación Alumno: Máquina No: Docente: GL: Fecha: CONOCIMIENTO 25% APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70% ACTITUD 2.5% 2.5% TOTAL 100% EVALUACION % Nota Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos - Tuvo problemas con el uso del simulador - Completó con ayuda la parte 1, pero de la parte 2 se le dificulta su realización durante la práctica. - Presenta análisis de resultados parcial. Es un observador pasivo. Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos - Completó la parte 1 satisfactoriamente - Obtuvo las ganancias correctas de la simulación en la parte 2 - Tuvo problemas en las gráficas de respuesta D.C y respuesta en frecuencia - Presentó análisis de resultados. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos - Completó con poca ayuda las dos partes del procedimiento Presentó análisis de resultados. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.