Amplificador instrumental

Un amplificador de instrumentación (a veces abreviado como in-amp o InAmp) es un tipo de amplificador diferencial que ha sido equipado con un búfer de entrada amplificadores, que eliminan la necesidad de igualar la impedancia de entrada y, por lo tanto, hacen que el amplificador sea particularmente adecuado para su uso en equipos de medición y prueba. Las características adicionales incluyen compensación de CC muy baja, deriva baja, ruido bajo, ganancia de bucle abierto muy alta, relación de rechazo de modo común muy alta e impedancias de entrada muy altas. Los amplificadores de instrumentación se utilizan cuando se requiere una gran precisión y estabilidad del circuito tanto a corto como a largo plazo.

Aunque el amplificador de instrumentación generalmente se muestra esquemáticamente idéntico a un amplificador operacional estándar (amplificador operacional), el amplificador de instrumentación electrónica casi siempre se compone internamente de 3 amplificadores operacionales. Estos están dispuestos de modo que haya un amplificador operacional para amortiguar cada entrada (+, −) y uno para producir la salida deseada con la impedancia adecuada para la función.

En la figura se muestra el circuito amplificador de instrumentación más utilizado. La ganancia del circuito es

Av=VFuera.V2− − V1=()1+2R1RGanancia)R3R2.{displaystyle A_{v}={frac {V_{text{out} {V_{2}}=left(1+{frac} {f} {f} {f} {f}} {f}} {f}}} {f}}} {f}}}}} {f}}}} {f}}}} {f}}}}}}}}}}}}}=pf}}=m}=m}}=mmmpmppf}}=f}}}}=mppppppppf}}}}}}}}}}}pppppfnppfnpppppfnpppppfnfnfnfnfnfnssfnfnfnh}}}}fn {2R_{1} {R_{text{gain}}}right){frac {R_{3} {R_{2}}}}

El amplificador más adecuado, junto con los resistores etiquetados R2{displaystyle R_{2} y R3{displaystyle R_{3} es sólo el circuito diferencial-amplificador estándar, con ganancia R3/R2{displaystyle R_{3}/R_{2} y resistencia de entrada diferencial 2⋅ ⋅ R2{displaystyle 2cdot R_{2}. Los dos amplificadores de la izquierda son los búferes. Con RGanancia{displaystyle R_{text{gain}} Removidos (circuito abierto), son simples amortiguadores de unidad; el circuito funcionará en ese estado, con ganancia simplemente igual a R3/R2{displaystyle R_{3}/R_{2} y alta impedancia de entrada debido a los buffers. La ganancia de amortiguación podría aumentar al poner resistencias entre las entradas de inversión de amortiguadores y el terreno para eliminar algunos de los comentarios negativos; sin embargo, el único resistor RGanancia{displaystyle R_{text{gain}} entre las dos entradas de inversión es un método mucho más elegante: aumenta la ganancia de modo diferencial del par de amortiguación mientras deja la ganancia de movimiento común igual a 1. Esto aumenta la relación de rechazo de modo común (CMRR) del circuito y también permite a los buffers manejar señales de movimiento común mucho más grandes sin recortar que sería el caso si estuvieran separados y tuvieran la misma ganancia. Otro beneficio del método es que aumenta la ganancia usando un solo resistor en lugar de un par, evitando así un problema de resistencia y permitiendo muy convenientemente que la ganancia del circuito sea cambiada cambiando el valor de un único resistor. Se puede utilizar un conjunto de resistores seleccionables o incluso un potenciómetro para RGanancia{displaystyle R_{text{gain}}, proporcionando cambios fáciles a la ganancia del circuito, sin la complejidad de tener que cambiar pares iguales de resistores.

La ganancia ideal de movimiento común de un amplificador de instrumentación es cero. En el circuito mostrado, la ganancia de movimiento común es causada por el desajuste en las ratios resistor R2/R3{displaystyle R_{2}/R_{3} y por el desajuste de las ganancias del movimiento común de las dos operaciones de entrada. Obtener resistencias muy ajustadas es una dificultad significativa para fabricar estos circuitos, al igual que optimizar el rendimiento del movimiento común.

También se puede construir un amplificador de instrumentación con dos amplificadores operacionales para ahorrar costos, pero la ganancia debe ser superior a dos (+6 dB).

Los amplificadores de instrumentación se pueden construir con amplificadores operacionales individuales y resistencias de precisión, pero también están disponibles en circuitos integrados de varios fabricantes (incluidos Texas Instruments, Analog Devices y Renesas Electronics). Un amplificador de instrumentación IC generalmente contiene resistencias recortadas con láser muy parecidas y, por lo tanto, ofrece un excelente rechazo de modo común. Los ejemplos incluyen INA128, AD8221, LT1167 y MAX4194.

Los amplificadores de instrumentación también se pueden diseñar utilizando la "arquitectura de retroalimentación de corriente indirecta", que extiende el rango operativo de estos amplificadores al riel de suministro de energía negativo y, en algunos casos, al riel de suministro de energía positivo. Esto puede ser particularmente útil en sistemas de suministro único, donde el riel de alimentación negativo es simplemente la tierra del circuito (GND). Ejemplos de piezas que utilizan esta arquitectura son MAX4208/MAX4209 y AD8129/AD8130.

Tipos

Amplificador de instrumentación sin retroalimentación

Amplificador de instrumentación sin retroalimentación es el amplificador diferencial de alta impedancia de entrada diseñado sin la red de retroalimentación externa. Esto permite reducir el número de amplificadores (uno en lugar de tres), reducir el ruido (las resistencias de realimentación no provocan ruido térmico) y aumentar el ancho de banda (no se necesita compensación de frecuencia). Los amplificadores de instrumentación estabilizados por chopper (o deriva cero), como el LTC2053, utilizan una interfaz de entrada de conmutación para eliminar la deriva y los errores de compensación de CC.