AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN

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 Amplificador de instrumentación.

Los amplificadores de instrumentación (AI) son dispositivos electrónicos diseñados para amplificar y mejorar la precisión de señales débiles en aplicaciones de medición y adquisición de datos. A diferencia de los amplificadores operacionales convencionales, los amplificadores de instrumentación están diseñados específicamente para amplificar señales diferenciales, es decir, la diferencia de voltaje entre dos entradas. No obstante, los amplificadores de instrumentación deben contar con una serie de requisitos generales: 

•  Ganancia: Seleccionable, estable y lineal.
• Entrada diferencial con CMRR alto.
• Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset.
• Impedancia de entrada alta.
• Impedancia de salida baja.
  

Los amplificadores de instrumentación constan generalmente de tres amplificadores operacionales, configurados en una topología específica. La señal diferencial de interés se aplica a las entradas de los amplificadores operacionales, mientras que la ganancia y la precisión se controlan a través de resistencias de realimentación y componentes adicionales.

 

 Según la teoría de circuitos eléctricos,  el voltje de salida para la etapa de pre-amplificación es:

 Así mismo, el voltaje de salida para la etapa diferencial es: 

 

Por tanto, teniendo en cuenta estas ganancias, la expresión que determina la salida del voltaje de un amplificador de instrumentación es:

Como se mencionó anteriormente, los amplificadores de instrumentación suelen estar compuestos por tres amplificadores operacionales. Sin embargo, a medida que ha avanzado la tecnología, se han desarrollado circuitos integrados que combinan estas funciones en un solo dispositivo. Estos circuitos integrados específicos para amplificadores de instrumentación ofrecen numerosas ventajas, como una mayor integración, menor tamaño, mejor rendimiento y mayor facilidad de uso.

Algunos ejemplos de amplificadores de instrumentación, tanto en forma de circuitos integrados como en configuraciones con amplificadores operacionales individuales, incluyen:

1. INA128: Este es un amplificador de instrumentación de alta precisión fabricado por Texas Instruments. Proporciona una ganancia diferencial ajustable y una alta relación señal-ruido, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de adquisición de datos y sensores de baja señal.
2. AD620: Es un amplificador de instrumentación de bajo consumo fabricado por Analog Devices. Ofrece una alta precisión y una baja deriva de offset y ganancia, lo que lo convierte en una opción popular para aplicaciones médicas y de instrumentación industrial.
3. AD8221: Este amplificador de instrumentación de bajo ruido y alta precisión, también fabricado por Analog Devices, se utiliza ampliamente en aplicaciones médicas, de prueba y medición, y en sistemas de control y automatización

Se recomienda la revisión del datasheet para cada uno de estos integrados, debido a que la manera en que se calcula la ganancia suele varíar para cada amplificador instrumental.

Aplicaciones.

1. Sensores y transductores: Los AI son ampliamente utilizados en aplicaciones de sensores y transductores, como sensores de temperatura, sensores de presión, acelerómetros, sensores de flujo, células de carga, entre otros. Estos amplificadores ayudan a amplificar y acondicionar las señales débiles generadas por estos sensores para su procesamiento posterior.

2. Medicina y bioingeniería: En aplicaciones médicas, los AI se utilizan en electrocardiogramas (ECG), electroencefalogramas (EEG), electromiogramas (EMG) y otros dispositivos de monitorización biológica. Estos amplificadores permiten amplificar y mejorar las señales eléctricas débiles generadas por el cuerpo humano, lo que facilita el diagnóstico y la monitorización de diversas condiciones médicas.

3. Instrumentación de laboratorio: En entornos de laboratorio, los amplificadores de instrumentación se utilizan para medir y amplificar señales débiles de diversos instrumentos, como fotómetros, espectrofotómetros, osciloscopios y sistemas de adquisición de datos. Estos amplificadores ayudan a mejorar la precisión y la sensibilidad de las mediciones.

4. Sistemas de control y automatización: Los AI también se utilizan en sistemas de control y automatización industrial, donde se requiere amplificar señales de sensores y transductores para su procesamiento y toma de decisiones. Estos amplificadores ayudan a mejorar la precisión y la confiabilidad del control de procesos y sistemas automatizados.

5. Comunicaciones y telecomunicaciones: En aplicaciones de comunicaciones y telecomunicaciones, los AI se utilizan para amplificar señales de baja amplitud en circuitos de recepción y transmisión de datos. Ayudan a mejorar la sensibilidad y la calidad de las señales en sistemas de comunicación de largo alcance.

6. Monitoreo de energía y sistemas de instrumentación industrial: En aplicaciones de monitoreo de energía y sistemas industriales, los AI se utilizan para medir y amplificar señales de corriente y voltaje. Estos amplificadores ayudan a obtener mediciones precisas y confiables en sistemas de control de energía y monitoreo de procesos industriales.