Amplificador de Instrumentación

 

Instituto Tecnológico de Durango Departamento de Metal-Mecánica Curso de Instrumentación 6v

Unidad No. 3 Controladores Diseño y desarrollo de un amplificador de instrumentación U3-P3

Maestro: M. en C. Juan de Dios Castañeda Castrellon Alumnos: Nireth Xizela Luna Romero 17041171 Nancy González Nevárez 17041164 Jessika Patricia Ortiz Nevárez 17041185  Arturo Abdiel Abdiel Ibarra Bravo 16040357

Lunes 14 de octubre de 2019

 

Introducción ¿Qué es un Amplificador Operacional? El Amplificador Operacional también llamado

OpAmp, o Op-Amp es un

circuito integrado. Su principal función es amplificar el voltaje con una entrada de tipo diferencial para tener una salida amplificada y con referencia a tierra. También dichos circuitos existen desde 1964 en donde los primeros modelos son el 702, 709 y 741 desarrollados por Fairchild, Fairchild , y 101 y 301 por National Semiconductor. L La a salida al mercado de los amplificadores operacionales solventó en gran medida la ardua tarea de amplificar señales con transistores.  Actualmente,  Actualment e, el uso de los amplificadores amplificadores operacionales operacionales para aplicaciones aplicaciones suele ser más barato, más rápido y más pequeño en espacio que su contra-parte en transistores, usualmente MOSFET.  Algunas de sus aplicaciones aplicaciones pueden ser: amplificador amplificador de instrumentación, instrumentación, amplificador diferencia, convertidor de corriente a voltaje. Con un amplificador operacional, se pueden realizar temporizadores, comparadores o detectores de voltaje, acondicionar señales para ADCs y mucho más.

Diagrama o símbolo de un amplificador operacional El diagrama o símbolo de un amplificador operacional incluye al conjunto de 2 entradas y una salida. Un OpAmp tiene una entrada positiva y una negativa. Por ejemplo, en su forma de comparador, si la entrada positiva supera en voltaje a la entrada negativa, la salida se va a su voltaje de saturación. Un OpAmp puede ser alimentado con fuentes diferenciales (voltaje positivo y negativo) o fuentes simples (Voltaje positivo y GND). Un OpAmp tiene distintas configuraciones tales como inversor, no-inversor, amplificador o sumador, entre otras.

 

  Figura 1. Partes de un amplificador operacional. (En este caso, modelo 741)

El amplificador operacional es un dispositivo que puede aumentar cualquier tipo de señal, sea de voltaje o de corriente, de corriente alterna o de corriente directa. Una de las funciones principales del amplificador operacional es la de comparador. Las condiciones que se deben cumplir para utilizar el amplificador operacional es que el voltaje entre la entrada inversora y no inversora debe ser cero. Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O basados en FET; VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad.

Los Amplificadores operacionales se pueden encontrar:   1 operacional en un encapsulado de 8 pines, como es el UA741.



  2 operacionales en un encapsulado de 8 pines, como el LM1458.



  4 operacionales en un encapsulado de 14 pines, como es la LM324.



 

El Amplificador de Instrumentación Características

El amplificador de instrumentación tiene todas las características del amplificador operacional: 1) Amplificación diferencial 2) Alta impedancia de entrada 3) Baja impedancia de salida 4) La ganancia puede ser modificada 5) La ganancia es constante sobre una amplia banda de frecuencias.

El amplificador de instrumentación INA125A se alimenta c con on 12V, alguna de sus aplicaciones son por ejemplo para el manejo de una celda de carga. Si se usa para la celda de carga esta se alimenta a 5V. Se puede consultar la hoja de datos del INA125A para verificar otras configuraciones de voltajes. La ganancia del INA125 puede ser ajustada mediante un potenciómetro conectado a las terminales que indica la hoja de datos. El solo hecho de cambiar la longitud de las conexiones o alterar la fuente de alimentación puede des configurar la ganancia.

 Aplicaciones  Aplicacio nes del ina125a   Amplificadores de puentes Wheatstone.



  Instrumentación de propósito general.



  Sistemas de alimentación portátiles.



  Control de procesos.



 

Objetivo Comprender el funcionamiento de un Amplificador de Instrumentación. Llevar al cabo el diseño y desarrollo de un puente de Amplificador de Instrumentación.

Desarrollo Amplificador de entrada diferencial, salida diferencial. Justificación Matemática

Ve1 =

        +  +

Ve2 =

        +  +

Ve1 - Ve2 =

 

 

 -

 

 

 

 +   +  +   +   Ve1 - Ve2 =              +  +

  

   (   ) =                (2   ) =          =  −    −

=

 +      

     

Modelo Matemático

Función de transferencia Ve1

e+ Vs1 e-

Rf

Re

e-

Rf Vs2

+

Ve2

e

Figura 2. Amplificador de entrada diferencial, salida diferencial.

 

Amplificador diferencial. Justificación matemática

e- =

e+ =

        +  +    + 

e- = e+ 

        =                   =       =         =         − 

=

   

Modelo matemático Rb

Vs1

Ra e-

Vs2

Ra

e+

Rb

Figura 3. Amplificador diferencial.

 

Amplificador de instrumentación.

Figura 4. Amplificador de instrumentación.

En este caso, según indicaciones del profesor, se busca amplificar 1 mV (proporcionado por el puente Wheatstone el cuál fue la práctica anterior) a una salida de 1 V. Debido a estas indicaciones, se tienen que llevar al cabo los cálculos correspondientes.

Cálculos Amp. Entrada diferencial, salida diferencial.

   =

2        

Donde:

    = 1    = 10    = 200  

 

Sustitución

   =

210,000 200 1   200

   = 1011 01100−3   = .     

Amplificador diferencial

  =       Donde:

   = 1.0 1.01    = 10    = 10   Sustitución

 =

       

 =

10,000 1.01     10,000

 = .   

Materiales utilizados

  6 Resistencias de 10 kΩ  



  1 Trimpot de 1 kΩ  



  16 puentes



  Eliminador de 12 v



  Puente Wheatstone de la práctica pasada



 

Circuito armado

Figura 5. Amplificador de instrumentación armado en protoboard.

Figura 6. Amplificador de instrumentación funcionando correctamente.

 

Conclusiones Con esta práctica se puede asumir que se enriqueció el conocimiento sobre los amplificadores operacionales, ya que aprendimos a manejarlos y conectarlos de tal manera que se amplificara el voltaje de entrada, entrad a, la cual es una de sus principales aplicaciones, en este caso se amplificó el voltaje de 1 mV a 1 V.  Además, con los amplificadores amplificadores operacionales, operacionales, pudimos desarrollar desarrollar lo que que es un amplificador de instrumentación, el cual está integrado básicamente por 3 amplificadores operacionales, 6 resistencias y 1 potenciómetro. Este circuito es básico y muy importante en el área de instrumentación ya que con él se logró amplificar el voltaje del puente Wheatstone, realizado en la práctica anterior. Se cumplió el objetivo principal de la práctica, diseñando y desarrollando el amplificador de instrumentación, además de integrar el puente Wheatstone. Es importante llevar al cabo el manejo de diferentes dispositivos electrónicos para así cumplir con los objetivos de las prácticas establecidas.