AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN

El amplificador de instrumentación es un dispositivo amplificador de voltaje construido a partir de amplificadores operacionales, y diseñado para tener alta impedancia de entrada, alto Rechazo al Modo Común (CMRR, Common Mode Rejection Ratio) y altas ganancias. Puede ser construido utilizando elementos discretos, aunque se encuentra disponible en encapsulados.

La función del amplificador de instrumentación es restar los voltajes presentes en sus dos entradas y multiplicarlo por un factor llamado ganancia. Al tener alta impedancia de entrada y ganancias muy altas, el amplificador de instrumentación es utilizado en aparatos que trabajan con señales eléctricas muy pequeñas, como los electrocardiógrafos, ya que de esta manera se logra disminuir el ruido en la señal, y en consecuencia el error se hace menor.

La siguiente figura muestra la estructura interna de un amplificador de instrumentación.

Esquema interno de un amplificador de instrumentación.

La resistencia Rgain es la que determina la ganancia del amplificador. Cuando se trata de un encapsulado, se puede conectar una resistencia de forma externa para variar la ganancia del amplificador, pero antes de hacerlo es necesario revisar la hoja de especificaciones que entrega el fabricante del amplificador, pues  en algunos de ellos no existe la resistencia Rgain y la ganancia depende de la resistencia que se conecte externamente, mientras que en otros diseños se deja una Rgain fija y su configuración se hace de tal manera que la resistencia que se conecta de forma externa queda en paralelo con ella.

Debido a la conexión realizada en el circuito, las entradas inversora (-) y no inversora (+) de los operacionales quedan en cortocircuito, de esta manera la señal aplicada a los terminales de entrada cae sobre la resistencia Rgain. Dicho esto se puede  la corriente que circula por Rgain: I=(V2-V1)/(Rgain).

Como el amplificador tiene una alta impedancia de entrada la corriente que circula por Rgain no entrara al amplificador y sera la misma que circula por R1; de esta manera el voltaje presente entre R1 y R1, pasando por Rgain, que llamaremos voltaje intermedio (Vintermedio) es:

El amplificador operacional conectado al final del circuito es un restador, con una ganancia determinada por las resistencias R2 y R3, el voltaje de salida del amplificador de instrumentación esta dado por la siguiente relación:

Si al momento de hacer el diseño del amplificador se colocan las resistencias de tal manera que R3 sea igual a R2, entonces el voltaje de salida del amplificador sera igual al voltaje intermedio pues no existe ganancia en el operacional de salida.