TP21_NR2022_Rodriguez_Rivas - Rodríguez Rivas César Iván

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TP21: El amplificador de instrumentación-Actividad
Nanorobótica
César Iván Rodrı́guez Rivas 221393
Ingenierı́a en nanotecnologı́a, Facultad de ingenierı́a
Universidad Autónoma de Querétaro
31/05/2022
I. INTRODUCCIÓN
I-A. Amplificador de instrumentación
Ante las exigencias de medida que imponen los sensores,
se necesitan amplificadores especı́ficos llamados de
instrumentación que deben cumplir unos requisitos generales:
• Ganancia: seleccionable, estable, lineal.
• Entrada diferencial: con CMRR alto.
• Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de
offset.
• Impedancia de entrada alta.
• Impedancia de salida baja.
El amplificador de instrumentación es un amplificador
diferencial tensión-tensión cuya ganancia puede establecerse
de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que
opere de acuerdo a su propia especificación aún en un entorno
hostil. Es un elemento esencial de los sistemas de medida,
en los que se ensambla como un bloque funcional que ofrece
caracterı́sticas funcionales propias e independientes de los
restantes elementos con los que interacciona. Para ello, se le
requiere:
a) Tengan unas caracterı́sticas funcionales que sean precisas
y estables.
b) Sus caracterı́sticas no se modifiquen cuando se ensambla
con otros elementos.
Es posible controlar la ganancia de un amplificador de
instrumentación mediante una red de resistencias cuya
topologı́a se puede seleccionar digitalmente. Este tipo de
amplificador se denomina Amplificador de Instrumentación
de Ganancia Programable. La red de resistencias tiene una
topologı́a “ladder” simétrica y accionando los conmutadores
complementarios se puede controlar la ganancia del
amplificador.
Los amplificadores de instrumentación han sido
desarrollados para ser utilizados en sistemas de
instrumentación en los que las caracterı́sticas de operación
son crı́ticas. Las caracterı́sticas de los amplificadores de
instrumentación pueden optimizarse si se diseñan como
circuitos integrados, ya que en este caso, el fabricante puede
garantizar el diseño de los elementos crı́ticos, haciendo
que tengan valores precisos y que las relaciones entre las
caracterı́sticas de elementos emparejados tengan razones muy
exactas, justo tal como se requiere en su diseño.
La precisión y estabilidad de los amplificadores de
instrumentación se realiza a costa de limitar su flexibilidad.
Son amplificadores que han sido diseñados para ser utilizados
únicamente como amplificadores, pero a cambio de ello,
proporcionan unas caracterı́sticas excepcionalmente buenas, y
además pueden utilizarse sin necesidad de conocer con detalle
su diseño interno y con sólo interpretar su especificación
externa.
I-B. Problemática
Se requiere amplificar una señal de entrada senoidal de
3mVpp 2010 veces por medio del amplificador de instrumen-
tación que se muestra en la figura. Realiza el análisis corres-
pondiente del circuito, ası́ como su simulación, considerando
una ganancia diferencial 1 = 2 R1RG + 1 = 201 y una ganancia
diferencial 2 = R5R3 = 10. Realiza los cálculos correspondientes
para obtener el voltaje de salida V0.
Figura 1. Esquema del amplificador de instrumentación.
II. METODOLOGÍA
Análisis LCK:
i1 = i2
V −2 −V
−
1
RG
=
V −1 −VA
RA
V −1 (RG +RA) = RAV
−
2 +RGVA
i1 = i3
V −2 −V
−
1
RG
=
VB−V −2
RA
V −2 (RG +RA) = RGVB +RAV
−
1
i4 = i5
VA−VC
RB
=
V −C −V0
RC
VC(RB +RC) = RBV0 +RCVA
i6 = i7
VB−VC
RB
=
V −C −0
RC
VC(RB +RC) = RCVB
RCVB = RBV0 +RCVA
V0 =
RC(VB−V A
RB
V0 =
RC
RB
(V0 − VA)
VB − VA = 1 + 2RARG (V
−
2 − V
−
1 )
V −1 = V
+
1 = 0
V −2 = V
+
2 = V1
V0 =
RC
RB
(1 + 2RARG )(V1)
V0 =
100kΩ
10kΩ (1 + 2
100kΩ
1kΩ )(3mVpp) = 6,03Vpp
0,003(2010) = 6,03
Figura 2. Circuito del problema
III. RESULTADOS
En las siguientes imagenes se puede obsevar los circuitos
construidos en el software Proteus y capturas del análisis con
osciloscopio.
Figura 3. Circuito de conexión en Proteus
Figura 4. Análisis con osciloscopio
IV. DISCUSIÓN
Como el problema solicitaba, se requiere una ampkificación
de 2010 veces y al comprobarse en la ecuación para obtener
el V0 el resultado es 6.03 y al multiplicar el V1 unas 2010
veces también se obtiene 6.03. Es por esa razón que la
ecuación obtenida por análisis es correcta y al observar en
el osciloscopio se ve claramente la amplificación de la señal
de entrada.
V. CONSLUSIÓN
El nivel de dificultad de esta actividad fue por mucho
superior a las anteriores, el problema radicó en la forma de
abordar el análisis; yo opté por relacionar todas las resistencias
con los mismos valores y ası́ evitar tener demasiadas variables
al momento de realizar las ecuaciones, el siguiente punto
fue determinar las corrientes presentes en el circuito para de
esta forma realizar el análisis por las leyes de corriente de
Kirchhoff.
En lo personal, esta actividad como una de las ultimas del
curso, resulto muy satisfactoria al momento de resolverla, ya
que significa que el conocimiento y las horas aplicadas durante
todo el semestre fueron de provecho.
REFERENCIAS
[1] José D. (2005) Tema III: El amplificador de instrumentación, Instrumen-
tación electrónica de comunicaciones (5º Curso Ingenierı́a de Teleco-
municación) , https://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion-5i-
t/iec-3.pdf
	Introducción
	Amplificador de instrumentación
	Problemática
	Metodología
	Resultados
	Discusión
	Conslusión
	Referencias