AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN

Un amplificador de instrumentación es un tipo particular de amplificador diferencia que fue provisto de buffers de entrada, eliminado  la necesidad de equiparar impedancias, lo cual lo hace un amplificador adecuado para mediciones y testeo de equipos. Posee como características adicionales tener muy bajo offset de DC, baja variación de sus parámetros de temperatura, bajo ruido, muy alta ganancia en lazo abierto, muy alta relación de rechazo en modo común, y muy altas impedancias de entrada. Los amplificadores de instrumentación son utilizados en aplicaciones en las que se requiere gran precisión y estabilidad a corto y largo plazo.

El anterior circuito es un amplificador de instrumentación formado por amplificadores operacionales, como se puede observar responde a dos entradas (V1 y V2) y una única salida.

Para poder analizar el comportamiento del anterior circuito hay que dividirlo en dos partes, primero se analiza el amplificador restador, el cual tiene como entradas (Vx y  Vy).

De esta manera tenemos el siguiente circuito:

Para poder hallar la relación matemática que existe entre la entrada y la salida, emplearemos el teorema de superposición. Haremos cada una de las entradas cero y analizamos como es el comportamiento frente a esa entrada, así sucesivamente. Al final para obtener la respuesta completa del circuito ante las dos entradas, las sumaremos.

Anulando la fuente Vy:

Como se puede observar la configuración que tenemos en un amplificador inversor. Y sabemos que la relación que existe entre la entrada y la salida esta dada por:

Ahora hacemos la entrada Vx igual a cero voltios. Así que tenemos el siguiente circuito:

La ganancia de un amplificador en configuración no inversor esta dada por:

No olvidar que la entrada que llega a la patilla no inversora es el divisor de voltaje sobre la resistencia que esta conectada a tierra. Ojo no es Vy.

Luego de tener la relación de entrada con la salida con respecto a cada fuente, las sumamos para obtener un representación general del circuito restador.

Para simplificar un poco mas Vo, realizamos los siguiente:

Y así tenemos finalmente nuestro Vo:

Después de haber realizado este análisis, volvemos a nuestro primer circuito:

Como se puede observar, una corriente (I) circula por los resistores (R1 y R2), se considera que es la misma en cada resistor, ya que las corriente (I1 y I2) son aproximadamente cero, esto es debido a la alta impedancia de entrada del amplificador.

Procedemos a calcular (Vx):

La siguiente figura permite visualizar la igualdad para la corriente, ya que no es de estudio la corriente.

El potencial (V1 y V2) es el mismo en las otras entradas y estableciendo la polaridad en sentido de la corriente obtenemos esa igualdad.

Remplazando la corriente en la ecuación (Vx - Vy), tenemos:

La igualdad de (Vx y Vy) la remplazamos en la primer ecuación donde estudiamos el amplificador restador, que es la siguiente:

Aquí solo hay que factorizar  el signo para obtener (Vx-Vy). Finalmente obtenemos la expresión matemática que relaciona la salida Vo con las dos entradas V1 y V2. Las resistencias se presentan como la ganancia del circuito.

Finalmente dejo una el link de una pagina para que experimenten con el amplificador de instrumentación.

http://www.huarpe.com/electronica/ao1/html/instrumentacion.html