Amplificador de Instrumentacion

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y ELÉCTRICA

INSTRUMENTACIÓN 1

PRÁCTICA "AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION"

ALUMNOS: PALACIOS BALLINAS MIGUEL ÁNGEL GRANADOS MARTÍNEZ RODRIGO

GRUPO: 8CM6

OBJETIVO

Diseñar, probar y operar el funcionamiento de un amplificador de instrumentación con amplificadores operacionales.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Características del 741. El uA 741 es un amplificador operacional manolitico de altas características. Se ha diseñado para una amplia gama de aplicaciones analógicas. Un alto rango de voltaje en modo común y ausencia de lacth-up tienden a hacer el uA 741 ideal para usarlo como un seguidor de tensión.

La alta ganancia y el amplio rango de voltaje de operación proporcionan unas excelentes características, aprovechables para integradores, amplificadores, sumadores y en general, aplicaciones de realimentación. Sus características más destacadas son las siguientes: - No requiere compensación en frecuencia. - Está protegido contra cortocircuitos. - Tiene capacidad para anular el voltaje de offset. - Posee un alto rango de tensión en modo común y voltaje. Este circuito integrado tiene muy diversas aplicaciones, utilizándose más usualmente en: seguidores de tensión de ganancia unidad, amplificadores no inversores, amplificadores inversores integradores, diferenciadores.

Características eléctricas del 741

Amplificador de instrumentación Un amplificador de instrumentación es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Está diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado. La operación que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiograma), para minimizar el error de medida.

Al existir realimentación negativa se puede considerar un cortocircuito virtual entre las entradas inversora y no inversora (símbolos - y + respectivamente) de los dos operacionales. Por ello se tendrán las tensiones en dichos terminales y por lo tanto en los extremos de la resistencia Así que por ella circulará una corriente:

Y debido a la alta impedancia de entrada del A.O., esa corriente será la misma que atraviesa las resistencias Por lo tanto la tensión que cae en toda la rama formada por será:

Simplificando:

Que será la diferencia de tensión entre la salida inmediata de los dos A.O. 's (justo antes de las R2). Puesto que el resto del circuito es un restador de ganancia la unidad (R2=R3) su salida será exactamente la diferencia de tensión de su entrada (sin añadir ganancia), la cual se acaba de definir.

En caso de que las resistencias no sean iguales, la ganancia total del amplificador de instrumentación será:

En circuitos integrados suele encapsularse todo excepto la resistencia R g para poder controlar la ganancia. También puede sustituirse la conexión a tierra por otra a una tensión dada.

MATERIAL Y EQUIPO

-

3 circuitos LM741 Fuente de alimentación +15 V Fuente de alimentación -15 V 5 resistores de 10 KΩ 1 potenciómetro de 5 KΩ 1 potenciómetro de 1 KΩ

Osciloscopio 3 cables para osciloscopio 2 señales a 1 V

CALCULOS

Las R1, R2 y R3 tendrán el mismo valor buscando asi una ganancia unitaria. R=1 KΩ

Rgain = aR Para calcular a: a=

R R

=

 KΩ  KΩ

=5

para calular la tensión de salida se tiene la siguiente ecuación:  E1E2

=1

2 a

Sustituyendo  E1E2

=1

2 5

 = (1  2)(1  0.4)  = 1.4 (1  2)

Para ganancia diferencial se tiene: Ad=

 + − −

Ad= 1.4

Para calcular ganancia a modo común se tiene: 

As=  = 

6  

= 0.08

Para calcular el rechazo a modo común: Ad

.

CMRR = 20 log (  ) = 20 log ( . ) CMRR = 24.86

DESARROLLO

Para armar el circuito generador se procede a conectar los elementos de la siguiente manera. 7

XFG1

1

5

3 6 2

4

7

1

5

3 6 2

4

XFG2

7

1

5

3 6 2

4

La alimentación de los amplificadores operacionales será la misma, que tendrá el valor de V+ = 15 V, y V- = -15 V. A la entrada no inversora del U1 se conectara una señal con una amplitud máxima de 1 V, y a la entrada no inversora del U2 se buscara una amplitud menor para que haya una diferencia y se vea la amplificación con el circuito completo. La salida del amplificador de instrumentación será en el pin 6 del U3 (la salida del amplificador operacional 3).

El potenciometro de 1 K nos servira para el modo comun, con este se busca que cuando las 2 entradas esten comunes la salida salga lo mas cercana a 0. Mientras que el potenciometro de 5 K sirve para modular la ganancia del aplificador de instrumentacion.

TABLA DE GANANCIA Y RESPUESTA EN FRECCUENCIA Vin (V) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Ganancia 1.44 1.44 1.44 1.44 1.395 1.395 1.395 1.395 1.395 1.395 1.395 1.36 1.24 1.12 1.035 0.875 0.72

Vout (V) 2.88 2.88 2.88 2.88 2.79 2.79 2.79 2.79 2.79 2.79 2.79 2.72 2.48 2.24 2.07 1.75 1.44

Frecc (KHz) 1 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 150

CONCLUSIONES

El uso de amplificadores de instrumentación es muy importante en aplicaciones donde se tiene señales pequeñas, y se requiere una amplificación óptima para su medida. El circuito debe ser lo más preciso posible, por lo cual los resistores deben de ser de precisión ya que con el uso de los comerciales (cuyos valores varían respecto a su valor señalado) pueden llegar a afectar la señal de salida, lo cual se demostró con la utilización de estos dispositivos en la practica realizada.