UNIVERSIDAD DEL VALLE - FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PROGRAMA ACADÉMICO DE TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA BÁSICA

Práctica #1: El Amplificador de Instrumentación

**** Lea completamente esta guía antes de realizar la práctica ****

conocida, está constituido básicamente por tres
1.OBJETIVOS amplificadores operacionales y al menos siete
resistencias, como se muestra en la Figura 1.
1.1 Conocer la estructura y las ventajas de uno de los
circuitos más usados en los dispositivos destinados a Obsérvese que básicamente el circuito está
medir variables físicas: el amplificador de conformado por la conexión de dos amplificadores
instrumentación. no inversores a un restador básico. El amplificador
A3 y sus cuatro resistencias forman un restador, en el
1.2 Determinar la linealidad de un amplificador de
que se requiere que R1.R4 = R3.R2.
instrumentación montado con componentes
discretos.
1.3 Determinar el comportamiento de la razón de
rechazo de modo común del amplificador montado,
para diferentes ganancias y frecuencias.
1.4 Medir la impedancia de entrada diferencial del
amplificador montado.
1.5 Adquirir un conocimiento más profundo sobre la
disponibilidad y las posibles aplicaciones de un
amplificador de instrumentación.

2. COMPONENTES Y EQUIPO DE
LABORATORIO

• Para el desarrollo de la práctica será usada la Figura 1: Amplificador de instrumentación

tarjeta A-01, A-03 o A04, que corresponde al
amplificador de instrumentación discreto. Los Cuando se cumple esta condición en el restador, la
demás componentes y el equipo de laboratorio relación entre voltaje de salida del amplificador A3
serán determinados según los requerimientos de (Vo) y los voltajes de entrada V1 y V2 está dada por
cada experimento como por ejemplo las
resistencias, protoboard, cables y caimanes.
(Estos componentes deben ser aportados por el
estudiante y se debe montar el circuito
propuesto en el punto 4,2 antes de la práctica )
la ecuación:
3. GENERALIDADES.

El amplificador de instrumentación es una de las Si Ra = Rb

configuraciones más útiles, versátiles y precisas
disponibles en la actualidad. En su versión más

Laboratorio del amplificador de instrumentación 1


La tolerancia asociada a las resistencias que
se consiguen en el mercado implica trabajar
con resistencias de diferente valor para un
mismo código de colores, incluso si las
resistencias pertenecen a un mismo lote; ello
implica que el amplificador de
En algunos textos a la relación RG/Ra se la instrumentación ya no será un circuito
denomina “a”; y en el caso que R3 = R1 (ganancia simétrico y que la ganancia del amplificador
unitaria del amplificador restador) se tiene que: A3 no será exactamente unitaria.

Los amplificadores operacionales aún de un
mismo lote de fabricación tienen voltajes de
offset diferentes; si esta situación se aplica a A1 y
A2 será una descompensación de los voltajes de
las entradas que se verá reflejada en una medición
errónea o en una saturación del amplificador A3
Obsérvese que con la variación de una sola si dicha descompensación tiene un valor muy
resistencia (RG), se puede variar la ganancia total grande.
del circuito.
Razón de Rechazo de Modo Común
Algunas de las características más importantes del
amplificador de instrumentación se listan a La función de un amplificador de instrumentación es, en
continuación: general, la de amplificar la diferencial entre dos señales.

La ganancia de voltaje, desde la entrada Esas señales diferenciales comúnmente provienen de
diferencial (V2-V1) a la salida de extremo sensores como termopares, fotosensores, puentes de
único se establece con la variación de una medición resistivos, etc.
sola resistencia.

La resistencia de entrada es muy alta y no En un amplificador de instrumentación ideal, la señal de
cambia al variar la ganancia.

Vo depende sutilmente del voltaje común a
V1 y V2; la dependencia principal es de su salida viene dada por:
diferencia (voltaje diferencial).

El apareamiento de resistencias del Ad = Ganancia Diferencial
amplificador restador es fundamental para
lograr un buen CMRR del circuito.

En el anterior análisis se ha supuesto que el circuito

es simétrico, es decir, las resistencias asociadas al
amplificador A1 son exactamente iguales a las
asociadas con el amplificador A2; que el
amplificador restador tiene ganancia unitaria y Sin embargo en la práctica el voltaje de salida es:
apareamiento perfecto de las resistencias. Además el
voltaje offset de los amplificadores debe ser igual Ac = Ganancia Modo Comun
para A1 y A2 y debe ser muy pequeño para los tres
amplificadores.
En donde se observa que parte del voltaje de salida es
En la realidad, aunque puede resultar más causa del voltaje de modo común, en el cual no hay
económico, implementar un amplificador de información importante para la medición. Se define
instrumentación discreto trae sus inconvenientes, entonces la razón del rechazo de modo común como
como por ejemplo: una relación de mérito:

2 El Amplificador de Instrumentación
 a) Voltaje de entrada igual a cero voltios
(V1=V2=0V). Se ajustan valores de ganancia 1,
10 y 100 y se toman mediciones de los valores
V1, V2, E1, E2 y Vo (ver Figura 2) bajo las
siguientes condiciones:

4. PROCEDIMIENTO

Para poder acceder a la práctica es necesario

presentar los diagramas de montaje
acompañados de los cálculos de los componentes
pasivos solicitados y las tablas que se van a llenar
en cada uno de los puntos del procedimiento.

Para satisfacer el objetivo #2, correspondiente a la

determinación de la linealidad del amplificador de
instrumentación, debe de tener en cuenta:
Figura 2: Diagrama de conexión punto a)
NOTA:***El día de la práctica deben llevar
el circuito ya montado*** b) Con las entradas V1 y V2 (ver Figura 3)
unidas entre sí, se aplica un voltaje senoidal con
amplitud cercana al 80% de los voltajes de
Recuerde que Ra=Rb; R1=R2 y R1.R4 = R3.R2. polarización de los amplificadores operacionales
Trate de utilizar resistencias con los valores (9,6V) para ganancia 1, cercana al 8% (960mV)
(entre 1K y 10K) más parecidos entre ellas para ganancia 10 y cercana a 0,8% (96mV) para
(aunque tenga el mismo código de colores mida ganancia 100 y con una frecuencia de:
con un multimetro el valor de las resistencias y
200 Hz
escoja los más parecidos). Si es posible utilice
2 KHz.
resistencias de precisión!.

20 Khz.
4.1. Linealidad del amplificador. Con un
trimer varie RG hasta obtener un valor de
ganancia cercana a 20 y aplique voltajes DC
diferenciales diversos en las entradas, tomando
nota de los voltajes de salida.
La tabla de datos que debe resultar del
experimento se encuentra anexa (Tabla No. 1)

4.2. Razón de rechazo de modo común. Para

la determinación de la razón de rechazo de modo
común del amplificador montado se debe
encontrar la ganancia de modo común para Figura 3: Diagrama de conexión punto b)
diferentes ganancias y frecuencias. Se procede
c) Con V1 conectado a tierra, se aplica a V2 un
entonces de la siguiente manera.
voltaje senoidal con las mismas frecuencias del
pundo anterior, de amplitud tal que no se sature la
salida.

Laboratorio del amplificador de instrumentación 3

 5. INFORME
5.1. Presente de manera ordenada los resultados
obtenidos en los puntos del procedimiento con las
respectivas observaciones. Indique claramente las
condiciones bajo las cuales se realizó cada prueba
(valores y tolerancias de componentes pasivos,
referencias de circuitos integrados, voltajes de
alimentación, equipos de medición utilizados,
etc.).
◦ Para el numeral 4.3. grafique y
Figura 4: Diagrama de conexión punto c) cuantifique la linealidad.
Asegúrese de que el instrumento de medición ◦ Para el numeral 4.4. encuentre una
utilizado tiene el ancho de banda suficiente para expresión para los voltajes E1 y E2 y
realizar las mediciones. compruebe los resultados obtenidos en la
La tabla de datos que debe resultar del experimento práctica.
se encuentra anexa (Tabla No 2). Esta tabla sugiere ◦ Para el numeral 4.5. calcule la
un orden de realización de las pruebas consistente en impedancia de entrada del amplificador.
fijar un valor de ganancia y variar la frecuencia de la 5.2. Calcule el CMRR para cada una de las
señal de entrada (200, 2KHz y 20 Khz) para cada ganancias y para cada una de las frecuencias
uno de los casos del procedimiento (a, b y c) utilizadas en el numeral 4.4. de la práctica.
proporcionando un método más sencillo y confiable Grafique CMRR vs frecuencia para cada
dada la complejidad del ajuste de la ganancia ganancia, saque conclusiones.
comparado con el ajuste de la frecuencia.
5.3. Conclusiones, comentarios, referencias
bibliográficas.
4.3. Impedancia de entrada diferencial. Se
procede de la siguiente manera: BIBLIOGRAFIA
Se ajusta un valor de ganancia cercano a 10 para 6.1. Asfur Barandica, Guías de laboratorio de
una entrada senoidal con amplitud cercana a 900 Instrumentación Electrónica, programa de ingeniería
mV y con una frecuencia de 10 Khz, tomando electrónica.
nota del voltaje de salida. Posteriormente se 6.2. COUGHLIN, Robert. DRISCOLL, Frederick.
adiciona entre el generador de señales y cada una Amplificadores operacionales y circuitos integrados
lineales. Ed. Prentice Hall. Mexico. 1993.
de las entradas del amplificador de
6.3. FAULKENBERRY, Luces M. Introducción a los
instrumentación una resistencia de 1MΩ (o amplificadores operacionales con aplicaciones
similar) y se toma nuevamente nota del voltaje lineales. Ed. Limusa. México 1994.
de salida. 6.4. PALLAS, Ramón. Sensores y acondicionadores
Figura 9: Diagrama de conexión del punto 4.5. de señal. Alfaomega-Marcombo, 2001.
6.5. Manuales de fabricantes: Analog Devices, Texas
Instruments, Maxim, National Semiconductor, Harris,
Linear Technologies, etc.

4 El Amplificador de Instrumentación
Tabla No1.
Ejecutor(es) Fecha

R1 RF1 RI1 Opamp

R2 RF2 RI2 Fuente de
alimentación
RG RF3 RS+ Voltimetro
Vcc RF4 RS- Osciloscopio

Datos:
Vdif Deseado Vdif Real Vo medido Vo esperado Error %Error Vo ideal Alinealidad %Alinealidad
(mV) (mV) (Ad*Vdif) (mV) (mV) (mV)
-600
-550
-500
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600

Análisis de datos
Recta ideal (regresión lineal) % error % alinealidad
Pendiente (ganancia) Máximo Máximo
Intercepto (offset) Promedio Promedio
Coeficiente de correlación Std dev. Std dev.
Observaciones:

Laboratorio del amplificador de instrumentación 5

Tabla 2
Amplitud
Adif E1 E1 E2 E2 Vo Vo
V1 real V2 real Vdif real % error % error % error
medido esperado medido esperado medido esperado
1
10
100

Amplitud
Adif F (Hz)
E1 E1 E2 E2 Vo Vo
V1 real V2 real Vdif real % error % error % error
medido esperado medido esperado medido esperado

200

1 2k

20k

200

10 2k

20k

200

100 2000

20000

observaciones

6 El Amplificador de Instrumentación
ESPACIO DISPUESTO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Laboratorio del amplificador de instrumentación 7

 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN DISCRETO CON AJUSTES DE OFFSET (A-03)

Diagrama Esquemático de la Tarjeta A-03.

Descripción General Expresiones

El Amplificador de Instrumentación es un arreglo Este amplificador está constituido por tres amplificadores
circuital que permite amplificar señales diferenciales operacionales que conforman dos etapas: una etapa de
de voltaje. Las ventajas obtenidas con las excelentes entrada que amplifica el voltaje diferencial de entrada y
especificaciones que presenta este arreglo, lo hacen produce un voltaje diferencial de salida, hace uso de los
especialmente adecuado para el tratamiento de las circuitos integrados K1 y K2. La expresión que describe el
señales provenientes de transductores y en general, de comportamiento de la etapa de entrada es:
las señales comúnmente manejadas en instrumentación;
de ahí su nombre. RF+ + RF-
(V2 - V1) = ( 1 + -----------------).(IN2 - IN1)
Principales Ventajas GAIN

Alta impedancia de entrada, determinada por la Una etapa de salida que utiliza el circuito integrado K3, en
impedancia de entrada de los amplificadores la configuración típica de un restador. La expresión que
operacionales K1 y K2 que se utilicen. describe su comportamiento es:
Ganancia variable con una sola resistencia
Amplio rango de ganancias: entre 1 y valores RO+ 1 + ( RO- / RI- ) RO-
superiores a 1000. OUT = -------- (-----------------------)V2 - ----- V1
Entrada diferencial, acepta valores altos de voltaje RI+ 1 + ( RO+ / RI+ ) RI-
de modo común.
Alta estabilidad cuando se implementa con Haciendo ( RO- / RI- ) = (RO+ / RI+ ) = K, resulta:
resistencias de precisión
OUT = K (V2 - V1)
Baja impedancia de salida, determinada por la
impedancia de salida del amplificador operacional
Finalmente:
K3.
RF+ + RF-
La ganancia total puede ser distribuida en las dos OUT = K ( 1 + ------------------).(IN2 - IN1)
etapas. GAIN
Ajustes Distribución de componentes sobre la tarjeta
Si los amplificadores operacionales utilizados lo
permiten, puede realizarse un ajuste del voltaje offset a
cada uno de ellos. Dependiendo de la referencia del
fabricante, debe seleccionarse inicialmente la polaridad
del voltaje de ajuste mediante el jumper POL (positivo a
la izquierda, negativo a la derecha). Como segundo
paso deben colocarse los jumpers J1 y J3 en sus
posiciones adecuadas, esto es:
entre el terminal central y el inferior si el ajuste se
ha de realizar entre los pines 1 y 5.
entre el terminal central y el superior si el ajuste se
ha de realizar entre los pines 1 y 8.

El tercer paso consiste en seleccionar adecuadamente el

valor de las resistencias R_OFFIN y R_OFFO.

Ahora puede realizarse al ajuste del offset mediante los

trimmers OFF_IN y OFF_O.

Conector CON-B
1. Voltaje de alimentación positivo
2. Tierra de alimentación y señales
3. Voltaje de alimentación negativo
4. V2 (voltaje amplificado en la primera etapa)
5. IN2 o Vi2 (voltaje de entrada) Dimensiones: 4 cm de ancho x 4 cm de altura
6. IN1 o Vi1 (voltaje de entrada)
7. V1 (voltaje amplificado en la primera etapa) Los únicos componentes presentes en la tarjeta son los
8. OUT o Vo (señal de salida respecto a tierra) condensadores de las fuentes de alimentación y los trimmer
para ajuste de la ganancia y offsets. Sus valores se muestran
en el diagrama esquemático.
Amplificadores Operacionales
Sobre esta tarjeta pueden montarse, entre otras, las siguientes referencias de amplificadores operacionales:

AMPLIFICADOR RECOMENDACION PARA AJUSTE DEL OFFSET

Referencia Fabricante Voltaje Pines Resistencia de ajuste Resistencia serie

OP07 National Semiconductor +Vcc 1-8 20k 0

TL071 Texas Instruments -Vcc 1-5 100k 1.5k
LF356 National Semiconductor +Vcc 1-5 25k 0
LF411 National Semiconductor -Vcc 1-5 10k 0

!!!TENGA PRESENTE QUE LAS ESPECIFICACIONES DEL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTA-

CIÓN DEPENDEN DE LAS ESPECIFICACIONES DE LOS OPAMP's QUE UTILICE !!!
!!!ERRORES EN LA COLOCACIÓN DE LOS JUMPERS O EN LA ELECCIÓN DE LAS RESISTENCIAS,
PUEDEN OCASIONAR LA DESTRUCCIÓN DE LOS OPAMP's !!!

UNIVERSIDAD DEL VALLE - FACULTAD DE INGENIERÍA Tels. 339 1780 ext. 122
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Fax 339 2361 ext. 112
PSI - PERCEPCIÓN Y SISTEMAS INTELIGENTES - Cali, Col. E-mail:
Asfur Barandica L. - 2003 asfur@univalle.edu.co
 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN DISCRETO SIN AJUSTES DE OFFSET (A-04)

Diagrama Esquemático de la Tarjeta A-04

Descripción General Expresiones

El Amplificador de Instrumentación es un arreglo Este amplificador está constituido por tres amplificadores
circuital que permite amplificar señales diferenciales de operacionales que conforman dos etapas: una etapa de
voltaje. Las ventajas obtenidas con las excelentes entrada que amplifica el voltaje diferencial de entrada y
especificaciones que presenta este arreglo, lo hacen produce un voltaje diferencial de salida, hace uso de los
especialmente adecuado para el tratamiento de las amplificadores IC1a e IC1b. La expresión que describe el
señales provenientes de transductores y en general, de las comportamiento de la etapa de entrada es:
señales comúnmente manejadas en instrumentación; de
ahí su nombre. RF1 + RF2
(V2 - V1) = ( 1 + --------------------).(IN2 - IN1)
Principales Ventajas RG

Alta impedancia de entrada, determinada por la Una etapa de salida que utiliza el amplificador IC2a, en la
impedancia de entrada de los amplificadores configuración típica de un restador. La expresión que
operacionales IC1a e IC1b que se utilicen. describe su comportamiento es:
Ganancia variable con una sola resistencia
Amplio rango de ganancias: entre 1 y valores RF4 1 + ( RF3 / RI1 ) RF3
superiores a 1000. OUT = ------- (---------------------)V2 - ---------V1
Entrada diferencial, acepta valores altos de voltaje RI2 1 + ( RF4 / RI2 ) RI1
de modo común.
Alta estabilidad cuando se implementa con Haciendo ( RF3 / RI1 ) = (RF4 / RI2 ) = K, resulta:
resistencias de precisión
OUT = K (V2 - V1)
Baja impedancia de salida, determinada por la
impedancia de salida del amplificador operacional
Finalmente:
IC2a.
RF1 + RF2
La ganancia total puede ser distribuida en las dos OUT = K ( 1 + --------------------).(IN2 - IN1)
etapas. RG
Consideraciones sobre el voltaje offset Distribución de componentes sobre la tarjeta

Debido a que cada uno de los circuitos integrados

contiene dos amplificadores operacionales, no hay
disponibles pines para la corrección del voltaje offset.
Esta característica reduce considerablemente el número
de componentes requeridos y hace que la manipulación
de la tarjeta sea extremadamente sencilla.

La imposibilidad de corregir este factor limita las

aplicaciones de la tarjeta; la ganancia no puede ser muy
elevada, pues la amplificación del offset lleva la salida a
saturación con relativa facilidad. Por lo anterior es
recomendable usar amplificadores operacionales de bajo
offset.

!!! OBSERVE CUIDADOSAMENTE LA POSICIÓN

DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS ANTES DE
INSERTARLOS EN SUS BASES.

Conector CON-A
1. Voltaje de alimentación positivo
2. Tierra de alimentación y señales Dimensiones: 4 cm de ancho x 3 cm de altura
3. Voltaje de alimentación negativo
4. V2 (voltaje amplificado en la primera etapa) Los únicos componentes presentes en la tarjeta son los
5. IN2 o Vi2 (voltaje de entrada) condensadores de las fuentes de alimentación y el trimmer
6. IN1 o Vi1 (voltaje de entrada) para ajuste de la ganancia. Sus valores se muestran en el
7. V1 (voltaje amplificado en la primera etapa) diagrama esquemático.
8. OUT o Vo (voltaje de salida respecto a tierra)

Amplificadores Operacionales
Sobre esta tarjeta pueden montarse, entre otras, las siguientes referencias de amplificadores operacionales:

AMPLIFICADOR
Referencia Fabricante

LF353 National Semiconductor

LF412 National Semiconductor
TL072 Texas Instruments

!!! TENGA PRESENTE QUE LAS ESPECIFICACIONES DEL AMPLIFICADOR DE

INSTRUMENTACION DEPENDEN DE LAS ESPECIFICACIONES DE LOS AMPLIFICADORES
OPERACIONALES QUE UTILICE !!!

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