¿Qué son los Amplificadores de Instrumentación?
Los amplificadores de instrumentación son amplificadores cuya finalidad principal es detectar señales muy débiles procedentes de diversos sensores, como bandas extensométricas y transductores de presión, y amplificarlas con gran precisión.
También se denominan amplificadores de instrumentación porque disponen de circuitos de amplificación optimizados para amplificar diversas señales de sensores con el fin de medir la presión y la temperatura en equipos e instalaciones de fabricación. Otro nombre es amplificador de instrumentación.
Los amplificadores operacionales comunes y los amplificadores de instrumentación también tienen diferentes ajustes de ganancia. En comparación con los amplificadores operacionales, los amplificadores de instrumentación se caracterizan por un grado de precisión muy elevado, ya que la ganancia se selecciona dentro de un rango específico, estrecho y predefinido.
Usos de los Amplificadores de Instrumentación
Los amplificadores de instrumentación se utilizan para detectar y amplificar de forma fiable señales procedentes de diversos sensores, como las bandas extensométricas. Se utilizan ampliamente en sistemas de aplicaciones de medición industriales, por ejemplo, para optimizar el funcionamiento de los parámetros de los sensores utilizando las características de los amplificadores de instrumentación para amplificar las débiles señales detectadas por diversos sensores con baja generación de ruido.
Otras aplicaciones son el control de motores, los equipos a bordo de vehículos y los equipos de adquisición de datos.
Principio de los Amplificadores de Instrumentación
Los amplificadores de instrumentación tienen entradas diferenciales y salidas de amplificador de un solo extremo para suprimir el ruido de entrada. Una característica particular de este amplificador es que funciona con el objetivo de garantizar una gran relación de rechazo de modo común, conocida como CMR.
En comparación con los amplificadores operacionales, los amplificadores diseñados específicamente para una función concreta se utilizan para un fin determinado, por lo que, aunque estructuralmente son idénticos a los amplificadores operacionales, el método de funcionamiento difiere. Por ejemplo, para realizar mediciones de alta precisión, la corriente de polarización de entrada debe mantenerse baja y suele ser del orden de los nanoamperios.
Las entradas diferenciales constan de dos terminales de entrada y tienen una impedancia de entrada elevada, de más de varios cientos de mili-ohmios, debido a que mantienen un estado equilibrado, mientras que la impedancia de salida suele ser mucho menor, de varios mili-ohmios. Además, en funcionamiento, la ganancia suele seleccionarse mediante resistencias y terminales dentro de un estrecho margen preestablecido, lo que limita el rango de utilización a una gama más estrecha y carece de flexibilidad en comparación con los amplificadores operacionales, pero permite obtener una precisión muy elevada con una variación suprimida.
Más Información sobre los Amplificadores de Instrumentación
1. Diferencia entre los Amplificadores Operacionales y los Amplificadores de Medida
Los amplificadores de instrumentación utilizan amplificadores operacionales en sus circuitos, pero su tratamiento como circuito es muy diferente al de los amplificadores operacionales. Los amplificadores operacionales se utilizan en una amplia variedad de circuitos analógicos, incluidos los circuitos integradores y los seguidores de tensión, y su principal característica es un bucle de realimentación externa de la salida a la entrada.
Este bucle de realimentación es una de las razones de la versatilidad del amplificador operacional en diversas aplicaciones, y su diseño determina las características del amplificador en su conjunto. Sin embargo, los amplificadores de instrumentación no tienen este bucle de realimentación externa de salida a entrada. A pesar de tener dos o tres amplificadores operacionales en su interior, los amplificadores de instrumentación son amplificadores que, debido a la estructura de su circuito, se dedican a las funciones de amplificación diferencial y rechazo de modo común.
Como resultado, a diferencia de los amplificadores operacionales normales, los amplificadores de instrumentación pueden manejar señales débiles de sensores como las bandas extensométricas.
2. Integración en ASIC de Sensores
Aunque algunos fabricantes manejan los amplificadores de Instrumentación como amplificadores discretos, la mayoría de ellos se utilizan muy a menudo en parejas con circuitos de puente de Wheatstone como transductores de presión representados por ASIC de sensores, y se utilizan como parte de circuitos ASIC para controlar sensores de presión y similares.
Originalmente, el propio amplificadores de instrumentación es más fácil de integrar monolíticamente en un CI que en una placa con componentes discretos, ya que es más fácil asegurar las características de los transistores del amplificador y las relaciones de los pares de resistencias, y es más fácil extraer las características del amplificadores de instrumentación.
Además, el ASIC puede utilizarse para compensar diversos parámetros, como la compensación de temperatura del sensor, y también es compatible con la integración de una interfaz digital que lo conecte a un microordenador, lo que lo hace adecuado para la miniaturización y las aplicaciones de alto valor añadido.