8.10: El amplificador de instrumentación

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¿Qué es un amplificador de instrumentación?

Un amplificador de instrumentación permite a un ingeniero ajustar la ganancia de un circuito amplificador sin tener que cambiar más de un valor de resistencia. Compare esto con el amplificador diferencial, que cubrimos anteriormente, que requiere el ajuste de múltiples valores de resistencia.

El llamado amplificador de instrumentación se basa en la última versión del amplificador diferencial para darnos esa capacidad:

Comprensión del circuito amplificador de instrumentación

Este circuito intimidante se construye a partir de una etapa de amplificador diferencial con tres nuevas resistencias que unen los dos circuitos de búfer entre sí. Considera que todas las resistencias son de igual valor a excepción de la _ganancia R.

La retroalimentación negativa del amplificador operacional superior izquierdo hace que el voltaje en el punto 1 (parte superior de la _ganancia R) sea igual a V ₁. Asimismo, la tensión en el punto 2 (parte inferior de la _ganancia R) se mantiene a un valor igual a V ₂. Esto establece una caída de voltaje a través de la _ganancia de R igual a la diferencia de voltaje entre V ₁ y V ₂. Esa caída de voltaje provoca una _ganancia de corriente a través de R, y dado que los bucles de retroalimentación de los dos amplificadores operacionales de entrada no extraen corriente, esa misma cantidad de corriente a través de la _ganancia R debe estar pasando por las dos resistencias “R” por encima y por debajo de ella.

Esto produce una caída de voltaje entre los puntos 3 y 4 igual a:

El amplificador diferencial regular del lado derecho del circuito toma entonces esta caída de voltaje entre los puntos 3 y 4 y la amplifica por una ganancia de 1 (asumiendo nuevamente que todas las resistencias “R” son de igual valor).

Ventajas del Amplificador de Instrumentación

Aunque esto parece una forma engorrosa de construir un amplificador diferencial, tiene las distintas ventajas de poseer impedancias de entrada extremadamente altas en las entradas V ₁ y V ₂ (porque se conectan directamente a las entradas no inversoras de sus respectivos amplificadores operacionales) y ganancia ajustable que puede ser ajustado por una sola resistencia.

Manipulando un poco la fórmula anterior, tenemos una expresión general para la ganancia de voltaje general en el amplificador de instrumentación:

Aunque puede no ser obvio al mirar el esquema, podemos cambiar la ganancia diferencial del amplificador de instrumentación simplemente cambiando el valor de una resistencia: _ganancia R.

Sí, aún podríamos cambiar la ganancia general cambiando los valores de algunas de las otras resistencias, pero esto requeriría cambios de valor de resistencia balanceados para que el circuito permanezca simétrico. Tenga en cuenta que la ganancia más baja posible con el circuito anterior se obtiene con la _ganancia R completamente abierta (resistencia infinita), y ese valor de ganancia es 1.

Revisar

Un amplificador de instrumentación es un circuito de amplificador operacional diferencial que proporciona altas impedancias de entrada con facilidad de ajuste de ganancia a través de la variación de una sola resistencia.