Instrumentación: Amplificador de Instrumentación

Los AI no son más que una configuración de amplificadores operacionales con mucha precisión y unas características tales que:

• Procesan muy bien señales diferenciales.
• Las señales pueden tener un nivel de tensión muy bajo, hasta diferencias de microvoltios.
• Pueden rechazar tensiones de modo común muy altas

¿Tensión de modo común?¿Mande?

Cuando realizamos una medida diferencial se da que la tensión puede provenir del mismo punto, por ejemplo en un puente de medida como el que se ve en el apartado anterior tiene ésta forma:

En la que la tensión Vdiff viene dada por los dos divisores de tensión, que a su vez proviene todo de Ve. Ésto tiene una forma tal que así:

La tensión de modo común, Vcm a la entrada del amplificador se toma como lo siguiente:

Después, el amplificador operacional tiene una propiedad llamada rechazo de modo común, CMRR (common mode rejection ratio), que, dada en decibelios (y en un bode), nos indica en cuánto atenúa el amplificador el efecto de Vcm a la salida.

Es por ésto que la tensión de modo común no suele ser muy importante, se hace muy pequeña. Pero pongamos por caso que tenemos éste circuito:

Como se indica, la tensión diferencial es muy pequeña, de apenas 50 mV, pero con una fuente de 500 V enchufada a una patilla y otra de 499.95 V a la otra, pues el modo común se hace de, exactamente, 499.975 V y el amplificador satura a la entrada. No va a funcionar.

Sí, a la entrada, porque ésta es la forma que tiene un amplificador de instrumentación:

Como se puede observar, está formado por dos etapas: una primera de amplificación para adecuar la señal y otra diferencial. Las resistencias son todas iguales exceptuando Rg, que es la que el fabricante nos deja elegir mediante patillas en el integrado. Además, suelen tener los cables de R3 a masa y de R3 a Vout en otras patillas, de forma que podemos añadir una tensión de referencia (offset) o unos transistores para dar más potencia a la salida.

Ésto no soluciona para nada lo del circuito de antes.

Amplificadores de aislamiento

Son unos amplificadores muy especiales, disponen de un aislamiento galvánico (de aire) entre la entrada y la salida.

De ésta forma, obtenemos una impedancia entre ambas partes (Zais) muy elevada.

Su funcionamiento no es para nada simple, pero la mayoría de modelos se encargan de hacerlo todo:

• La alimentación, simétrica, contiene un circuito que conmuta la alimentación entre una parte y otra para que no compartan el mismo punto en ningún momento.
• La señal se adecua a los niveles necesarios, y después se modula para que pueda ser transmitida en forma alterna por transformadores, dispositivos ópticos o capacitivos.
• Después, la señal es demodulada y vuelve a ser la que teníamos al principio.

¿De qué nos sirve ésto en el caso del modo común? Al poder aislar las masas, las corrientes de polarización de los operacionales se comportan de una manera distinta, recorriendo otros caminos, de forma que funciona. No preguntéis cómo exactamente, ni el profesor fue capaz de explicarlo.

Además, tienen como uso la protección de las personas en las aplicaciones de aparatos tipo ECG.