Amplificador de Instrumentación

Características

Para el desarrollo del presente proyecto es de vital importancia la etapa de adquisición, ya que en esta se debe acondicionar la señal proveniente de los electrodos para su posterior procesamiento. Este acondicionamiento se refiere principalmente a un filtrado adecuado a las características de la señal, así como proveer a la señal de un nivel de voltaje apropiado, ya que, como se ha mencionado, la señal de interés se encuentra sumergida en una amplia gama de señales y presenta un nivel de voltaje bajo.

En vista de lo anterior, esta etapa debe cumplir con las siguientes características:

1. Considerando que la impedancia de los electrodos tiene un valor promedio de 2.5 Megaohms, la impedancia de entrada debe ser muy grande (mayor que 10 Megaohms) de tal manera que se logre un buen acoplamiento y se eviten posibles distorsiones o atenuaciones.

2. El amplificador debe tener una Relación de Rechazo de Modo Común (RRMC) muy alta, para asegurar un nivel de ruido bajo.

Analizando estas características se encuentra que el amplificador de instrumentación representa una buena soluci6n pare la etapa de amplificación.

El amplificador de instrumentación con entrada diferencial y salida 6nica es uno de los amplificadores más versátiles y más utilizados en el procesamiento de señales, ya que presenta una alta RRMC al utilizarse en combinación con circuitos integrados, además su costo es bajo y los elementos son de fácil adquisición en el mercado. Por estas razones se eligió el amplificador de instrumentación implementado con elementos discretos, cumpliendo así con los objetivos trazados.

figura 2.1.1.

Descripción

El amplificador de instrumentación de la figura 2.1.1 es un amplificador completamente diferencial, con una alta impedancia de entrada con respecto a tierra. Su principio de operación es el siguiente: los amplificadores A1 y A2 dan una ganancia (G) a sus respectivas señales de entrada y éstas están dadas por:

    G1 = R1 + R2 / R1, G2 = R1 + R3 / R1

pero al hacer que R2 = R3. Entonces se tiene:

    G1 = G2 = (R1 + R2) / R1

En esta configuración hay que tomar en cuenta que el paralelo de las resistencias R1 y R2 es igual a la resistencia fuente, la cual ayuda a minimizar los errores debidos a las corrientes de entrada de polarización.

Las expresiones anteriores son válidas únicamente en el caso de una configuración no inversora sencilla. Sin embargo, al estar acopladas, ambas configuraciones no inversoras en una sola configuración no inversora diferencial, la expresión para la ganancia se convierte en:

    G = (R1 + 2R2) / R1

Es lógico preguntarse la razón por la cual se utiliza una configuración no inversora, con realimentación positiva, y no una configuración inversora, con realimentación negativa, dedo que ésta última por su tipo de realimentación es más estable. Esto se explica considerando que la configuración inversora presenta una menor impedancia de entrada en comparación con la configuración no inversora.

Amplificador Diferencial

En la siguiente etapa se tiene una configuración diferencial (Figura 2.1.2) cuya ganancia está dada por la siguiente expresión:

Pero si R4 = R6 y R5 = R7, entonces:

Vout =(( R5 / R4)(V2 - V1))

Utilizando la ecuación (2.2.3) se obtiene:

V2 - V1 = (((R1 + 2R2) / R1)(Va - Vb))

Sustituyendo (2.2.6) en (2.2.5) se tiene: