sea efectivo es necesario que sea capaz de amplificar una señal en niveles de micro-voltios mientras rechaza las señales del voltaje de modo común presente en sus entradas. Diseño del Amplificador Instrumental de Dos Opamps. La figura 4, muestra el circuito esquemático de un amplificador instrumental de 2 Opamps. La topología no simétrica de los dos Opamps en un circuito de un amplificador instrumental puede provocar varias desventajas, provocando la limitación del uso de este circuito. Figura 4.- Amplificador Instrumental de 2 Opamps. Despejando Vout se tiene: ? R1? R2? +1+ ? R1 ? Rg Ec6.- Ecuación de salida para el In-Amp de dos opamps. Para obtener la ganancia de éste amplificador Instrumental: De acuerdo a Ec1, se puede decir que: VOUT VIN Gain = Por lo tanto: VOUT R1 R1 S1 – S2 Rg R2 Ec7.- Ganancia para el In-Amp de dos Opamps. Ahora, se quiere obtener, para éste caso, una ganancia de 30, para eso, utilizando Ec7 tenemos: +1 + 30 = 2 R1 R2 R1 Rg Rg se va ha utilizar como un potenciómetro de precisión, para calibrar al valor calculado, los valores de R1 y R2, se plantea con los valores comunes que se pueda encontrar en el mercado, para éste caso se ha utilizado valores para R1=20KO y R2=10KO, con estos valores se puede calcular el valor que debería tomar Rg. Pero antes una aclaración, se sabe que el valor de los resistores varía ya que poseen una tolerancia, para eso se tiene que buscar entre un grupo de varias resistencias las más parecidas, para garantizar la simetría de los resistores del amplificador instrumental, para este caso se han encontrado que para R1 el valor del resistor es de R1=19.9KO y para R2=9.89KO, es importante trabajar con valores reales para no tener mayores diferencias en las medidas que se tomen, tanto de la simulación como de la práctica. Entonces, a partir de la Ec7, despejamos Rg: ? ? ? R1? ? R2? R1×2 ?Rg = R1? 1 R2? 2 R1 Rg Rg =1.474KO Con esto se tiene los tres valores de los resistores que se necesita para simular y construir el amplificador instrumental. R1=19.9KO; R2 = 9.89KO y Rg =1.47KO Simulación y Medición de parámetros: Para la simulación se ha utilizado PROTEL 99 SE ® se ha montado el circuito esquemático para simular en modo diferencial y en modo común, las cuales se puede observar en la figura 5a y 5b respectivamente, se ha utilizado la fuente Vpwl “Piece Wise Linear simulation sources”, tanto para simular en modo diferencial, como en modo común. Ésta fuente es simulable, la cual se usa para crear formas de ondas arbitrarias como un conjunto de voltajes o corrientes con varios puntos a la vez. Se ha usado la fuente Vpwl porque, mediante LabVieWTM, se ha adquirido la señal con la que se va ha trabajar en la práctica y se ha transformado dicha señal en formato pwl, para que pueda ser “leída” por dicha fuente arbitraria. 
Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 4 Circuito esquemático para la simulación en Modo Diferencial: Figura 5a.- Conexión en Modo Diferencial. En la figura 5, Vin va ha mostrar la señal de entrada, que se verá en la figura 6a, Vout mostrará la señal de salida, figura 6b. El valor de Vin oscila por los 164.7mVp-p. El valor de Vout oscila por los 5.05V (véase figura 6c). Circuito esquemático para la simulación en Modo Común: Figura 5b.- Conexión en Modo Común. De la misma manera que en el circuito anterior, Vin es el voltaje de entrada, que en este caso debe ser de una amplitud mayor, para simular al ruido cuando éste sea grande, y pueda hacer mucho daño. Se ingresó una señal de VinMC=1.96Vp-p. La señal de salida que me da protel es de: VoutMC=414.56µVp-p. la Instrumentación Ondas y valores obtenidos de simulación en Modo Diferencial: Figura 6a.-Vin para Modo Diferencial. Figura 6b.- Vout para Modo Diferencial. Figura 6c.- (a) Valor de Vin, (b) Valor de Vout. 
?GdSIM ? CMRRdB(SIM ) = 20log? ?4.23×10 ? Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 5 Instrumentación de la Ondas y valores obtenidos simulación en Modo Común: Figura 7a.- Voltaje de entrada para Modo Común. Figura 7b.- Voltaje de salida para Modo Común. Figura 7c.- (a) Muestra el valor de la señal de entrada y (b) muestra el valor de la señal de salida para Modo Común. Cálculos de la Ganancia Diferencial, ganancia de Modo Común y del CMRR con los valores obtenidos de la simulación. Ganancia diferencial: Ganancia de Modo común: Vout S1- S2 5.05 0.16477 GdSIM = GdSIM = VoutRuido Vin 2 414.56×10-6 1.96 2 GMCSIM = GMCSIM = GdSIM = 30.64 GMCSIM = 4.23×10-4 ? ? CMRR: CMRRdB(SIM ) = 20log? ? ?GMCSIM ? ? 30.64 ? -4 ? CMRRdB(SIM ) = 97.198dB 
CMRRdB(MED) = 20log? ?GdMED ? ?GMC ? ? CMRRdB ? ? MED ? = 20log? ? Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 6 Instrumentación Montaje y Medición Práctica Prototipo y Mediciones. En la figura 8 se muestra la tarjeta final que contiene el diseño propuesto. Figura 8.- Tarjeta Prototipo. Para trabajar con las señales reales, se ha utilizado un instrumento virtual (VI), desarrollado en LabVieW 7.1 Student VersionTM, diseñado para este caso. En las figuras 9a y 9b se muestran los “Front Panel” para la medición de las señales de entrada y la señal de salida tanto para el Modo Diferencial como para el Modo Común del Amplificador Instrumental. Cálculos de la Ganancia Diferencial, ganancia de Modo Común y del CMRR con los valores obtenidos de la práctica. Ganancia Diferencial: Ganancia de Modo Común: 5.26425 0.176 = GdMED Vout S1- S2 GdMED = 0.045 1.96/2 GMCMED = Voutruido Vin 2 GMCMED = GMCMED = 0.045 GdMED = 30 CMRR: ? 30 ? ?0.045? (MED) CMRRdB(MED) = 56.48dB 
Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 7 Instrumentación Mediciones Prácticas: Figura 9a.- Front Panel para la medición del Amplificador Instrumental en Modo Diferencial. Figura 9b.- Front Panel para la medición del amplificador Instrumental en Modo Común. 
Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 2 Análisis de los resultados prácticos y simulados (Conclusiones). Como se ha podido observar, se ha realizado una simulación y también se ha trabajado en la práctica con señales reales, de las cuales, con los resultados obtenidos se pueden inferir las siguientes ideas: – En la simulación del amplificador instrumental en modo diferencial se obtuvo una ganancia diferencial similar a la obtenida en la práctica, pero, como se podrá observar en la figura 6b, que es la señal de salida simulada, con respecto a la obtenida en la figura 9a (Señal de salida), señal obtenida en la práctica, ésta última señal está más pura, refiriéndose a que contiene menos ruido, esto se debe a que en la práctica se trabajo con cables trenzados y apantallados. Los cuales disminuyen la posibilidad de que se introduzca ruido inductivo (con los cables trenzados) y ruido capacitivo (con el cable apantallado). – Con respecto a la ganancia de Modo Común, en la simulación se obtuvo una ganancia considerablemente buena, que fue de 4.23×10-4, pero en la práctica se obtuvo una ganancia menor, 4.5×10-2, debido a que los Opamps no son simétricos, además de otros factores que hacen que se produzcan ciertos cambios como por ejemplo el clima, ó también la falta de simetría en las fuentes de alimentación para el operacional, etc. – Con la ganancia de Modo Diferencial y la de Modo Común, se calculó el CMRRSIM y el CMRRMED, de los cuales obviamente con los resultados que se mencionaron en los puntos anteriores, el CMRRSIM estuvo en un buen rango, ya que tuvo un valor de 97.19dB, contrario al CMRRMED que tuvo un valor de 56.48dB, que también es un valor aceptable y típico en éstas clases de Amplificadores Instrumentales diseñados con 2 Opamps. Instrumentación Bibliografía: "A designer's Guide to Instrumentation Amplifiers 3RD Edition" por Charles Kitchin and Lew Counts de Analog Devices. PROTEL-help Piece Wise Linear simulation sources. AN682 de Nota de aplicación MICROCHIP. 8
Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 4 Circuito esquemático para la simulación en Modo Diferencial: Figura 5a.- Conexión en Modo Diferencial. En la figura 5, Vin va ha mostrar la señal de entrada, que se verá en la figura 6a, Vout mostrará la señal de salida, figura 6b. El valor de Vin oscila por los 164.7mVp-p. El valor de Vout oscila por los 5.05V (véase figura 6c). Circuito esquemático para la simulación en Modo Común: Figura 5b.- Conexión en Modo Común. De la misma manera que en el circuito anterior, Vin es el voltaje de entrada, que en este caso debe ser de una amplitud mayor, para simular al ruido cuando éste sea grande, y pueda hacer mucho daño. Se ingresó una señal de VinMC=1.96Vp-p. La señal de salida que me da protel es de: VoutMC=414.56µVp-p. la Instrumentación Ondas y valores obtenidos de simulación en Modo Diferencial: Figura 6a.-Vin para Modo Diferencial. Figura 6b.- Vout para Modo Diferencial. Figura 6c.- (a) Valor de Vin, (b) Valor de Vout. ?GdSIM ? CMRRdB(SIM ) = 20log? ?4.23×10 ? Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 5 Instrumentación de la Ondas y valores obtenidos simulación en Modo Común: Figura 7a.- Voltaje de entrada para Modo Común. Figura 7b.- Voltaje de salida para Modo Común. Figura 7c.- (a) Muestra el valor de la señal de entrada y (b) muestra el valor de la señal de salida para Modo Común. Cálculos de la Ganancia Diferencial, ganancia de Modo Común y del CMRR con los valores obtenidos de la simulación. Ganancia diferencial: Ganancia de Modo común: Vout S1- S2 5.05 0.16477 GdSIM = GdSIM = VoutRuido Vin 2 414.56×10-6 1.96 2 GMCSIM = GMCSIM = GdSIM = 30.64 GMCSIM = 4.23×10-4 ? ? CMRR: CMRRdB(SIM ) = 20log? ? ?GMCSIM ? ? 30.64 ? -4 ? CMRRdB(SIM ) = 97.198dB CMRRdB(MED) = 20log? ?GdMED ? ?GMC ? ? CMRRdB ? ? MED ? = 20log? ? Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 6 Instrumentación Montaje y Medición Práctica Prototipo y Mediciones. En la figura 8 se muestra la tarjeta final que contiene el diseño propuesto. Figura 8.- Tarjeta Prototipo. Para trabajar con las señales reales, se ha utilizado un instrumento virtual (VI), desarrollado en LabVieW 7.1 Student VersionTM, diseñado para este caso. En las figuras 9a y 9b se muestran los “Front Panel” para la medición de las señales de entrada y la señal de salida tanto para el Modo Diferencial como para el Modo Común del Amplificador Instrumental. Cálculos de la Ganancia Diferencial, ganancia de Modo Común y del CMRR con los valores obtenidos de la práctica. Ganancia Diferencial: Ganancia de Modo Común: 5.26425 0.176 = GdMED Vout S1- S2 GdMED = 0.045 1.96/2 GMCMED = Voutruido Vin 2 GMCMED = GMCMED = 0.045 GdMED = 30 CMRR: ? 30 ? ?0.045? (MED) CMRRdB(MED) = 56.48dB Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 7 Instrumentación Mediciones Prácticas: Figura 9a.- Front Panel para la medición del Amplificador Instrumental en Modo Diferencial. Figura 9b.- Front Panel para la medición del amplificador Instrumental en Modo Común. Estudio de un Amplificador Instrumental de 2 Opamps Edgar Lojan ® 2007-2008 2 Análisis de los resultados prácticos y simulados (Conclusiones). Como se ha podido observar, se ha realizado una simulación y también se ha trabajado en la práctica con señales reales, de las cuales, con los resultados obtenidos se pueden inferir las siguientes ideas: – En la simulación del amplificador instrumental en modo diferencial se obtuvo una ganancia diferencial similar a la obtenida en la práctica, pero, como se podrá observar en la figura 6b, que es la señal de salida simulada, con respecto a la obtenida en la figura 9a (Señal de salida), señal obtenida en la práctica, ésta última señal está más pura, refiriéndose a que contiene menos ruido, esto se debe a que en la práctica se trabajo con cables trenzados y apantallados. Los cuales disminuyen la posibilidad de que se introduzca ruido inductivo (con los cables trenzados) y ruido capacitivo (con el cable apantallado). – Con respecto a la ganancia de Modo Común, en la simulación se obtuvo una ganancia considerablemente buena, que fue de 4.23×10-4, pero en la práctica se obtuvo una ganancia menor, 4.5×10-2, debido a que los Opamps no son simétricos, además de otros factores que hacen que se produzcan ciertos cambios como por ejemplo el clima, ó también la falta de simetría en las fuentes de alimentación para el operacional, etc. – Con la ganancia de Modo Diferencial y la de Modo Común, se calculó el CMRRSIM y el CMRRMED, de los cuales obviamente con los resultados que se mencionaron en los puntos anteriores, el CMRRSIM estuvo en un buen rango, ya que tuvo un valor de 97.19dB, contrario al CMRRMED que tuvo un valor de 56.48dB, que también es un valor aceptable y típico en éstas clases de Amplificadores Instrumentales diseñados con 2 Opamps. Instrumentación Bibliografía: "A designer's Guide to Instrumentation Amplifiers 3RD Edition" por Charles Kitchin and Lew Counts de Analog Devices. PROTEL-help Piece Wise Linear simulation sources. AN682 de Nota de aplicación MICROCHIP. 8| Página siguiente |