Práctica 6 Amplificador de instrumentación

Transcripción

1 Práctica 6 Amplificador de instrumentación Objetivo de la práctica Analizar el comportamiento de un amplificador de instrumentación Al terminar esta práctica, el discente será capaz de: Crear un amplificador de instrumentación. Establecer sus características principales. Realizar una aplicación con un amplificador de instrumentación Material: Resistencia de 1k Resistencia de 100 Resistencia de 10k(8) Amplificadores Operacionales (3) Fuente de voltaje variable () Multímetro Introducción En la instrumentación se requieren mediciones de variables físicas, las cuales son convertidas en señales eléctricas o son transformadas a otras en magnitud. Dichas mediciones son realizadas directamente en los elementos propios de la variable. Normalmente la información que proporciona el elemento de la variable es muy pequeña en magnitud y, para propósitos de procesamiento no es lo adecuado. Por ejemplo, el voltaje producido por un termopar puede estar en el orden de los 50µ volts por cada grado en temperatura. 1

2 El voltaje en cuestión no solo debe ser amplificado para contar con información que los instrumentos sean capaces de procesar, además, se debe tener especial atención en el efecto de carga; si el voltaje es muy pequeño y por alguna razón el circuito de procesamiento carga al elemento, la variación de señal será considerable y, la información obtenida no podrá ser confiable. Es aquí donde se introduce el amplificador de instrumentación, que presenta un CMRR muy alto, una Z i muy elevada (M ó G) y una impedancia de salida casi cero. Este dispositivo permite no solo aislar la señal del elemento a medir, además proporciona amplificación diferencial en su etapa final. En primer término se observará el fenómeno del CMRR. Antes de continuar con ello será recomendable establecer la Z i de un amplificador diferencial, que es la última etapa en un amplificador de instrumentación. Figura 1.- Amplificador diferencial Analizando para Z i, si R 1 =R =R y R 3 =R 4 =R f, se concluye que Zi R. Debido a esto se establece que la Z i del circuito no es elevada y sería complicado aislar y amplificar alguna señal.

3 Desarrollo P1.- Realice el circuito de la figura. Recuerde que puede utilizar fuentes de voltaje duales o dos variables. Figura.- Configuración para amplificador diferencial con ganancia unitaria Mida el voltaje de salida cuando ambas terminales de entrada cuenten con el mismo voltaje de entrada. Registre el resultado. P.- Reemplace R3 y R4 de la figura por resistencias de 100k cada una y realice la medición de nuevo. Registre el resultado. P3.- En este apartado se construirá un amplificador de instrumentación mediante amplificadores operacionales (741, 34 o equivalentes) y se evaluará su desempeño. Realice el circuito de la figura 3. No interesa en este momento si las resistencias son de 0.1%, 1%, 5% o 10% de tolerancia; cuando se adquiera un amplificador de instrumentación, los dispositivos tendrán el mismo valor con la misma tolerancia, además de ser iguales los amplificadores operacionales. 3

4 La función de transferencia del circuito de la figura 3 es Vout 4 1. Si R 3 =R 4 entonces la ganancia del circuito V V1 R3 RG V out está dada por 1 V V1 RG Figura 3.- Amplificador de instrumentación Realice y registre mediciones de voltaje en V out y en R G. Observe que tanto V 1 y V son iguales (igual que la figura ). P4.- Aumente el valor de V 1, de 1 volt a 1.1 volts; realice las mediciones del apartado P3. P5.- Disminuya el valor de V 1, de 1.1 volts a 0.9 volts; realice las mediciones del apartado P3. P6.- Modifique R G de 10k a 1k y registre las mediciones de nuevo (apartado P3). 4

5 P7.- Responda lo siguiente: Qué diferencias encuentra en V out de la parte P1 y P3? Explique. La función de transferencia se cumple para P3, P4, P5 y P6? Por qué? Deduzca analíticamente la función de transferencia de la figura 3. De acuerdo con la información recabada durante la práctica, redacte una conclusión de lo que obtuvo de la misma, haciendo énfasis en el comportamiento del CMRR y de la Z i del amplificador de instrumentación. Para qué sirve un amplificador de instrumentación? 5