Amplificador instrumental

Tipos de Amplificadores Instrumentales

Un amplificador instrumental es un tipo especializado de amplificador diseñado para amplificar señales de bajo nivel a la vez que rechaza ruido e interferencias. Se utiliza comúnmente en aplicaciones como instrumentación médica, acondicionamiento de señales de sensores, adquisición de datos y procesamiento de audio. A continuación, se describen algunos tipos clave de amplificadores instrumentales:

• Amplificadores de Instrumentación de Uso General

  Este tipo de amplificador se utiliza ampliamente para el acondicionamiento y la amplificación de señales en diversas aplicaciones. Estos amplificadores tienen configuraciones de ganancia fijas determinadas por resistencias externas. Ofrecen una alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida y una excelente relación de rechazo de modo común (CMRR). Esto les permite amplificar señales de bajo nivel superpuestas en entornos con alto ruido mientras rechazan el ruido y las interferencias. Se utilizan en sensores, dispositivos médicos y sistemas de monitoreo industrial.

• Amplificadores de Instrumentación de Precisión

  Estos amplificadores son conocidos por su precisión y estabilidad. Ofrecen baja tensión de offset, bajo drift y alta precisión de ganancia. Además, minimizan los errores introducidos durante la amplificación de señales. Los amplificadores de precisión se utilizan en aplicaciones que requieren alta exactitud, como sistemas de adquisición de datos, aplicaciones de sensores de puente y instrumentación médica (por ejemplo, monitoreo de ECG y EEG).

• Amplificadores de Instrumentación de Bajo Consumo

  Estos amplificadores consumen mínima potencia, lo que los hace adecuados para dispositivos portátiles y alimentados por batería. Están diseñados para optimizar el consumo de energía mientras mantienen niveles de rendimiento aceptables. Los amplificadores de bajo consumo se utilizan comúnmente en dispositivos médicos portátiles, sensores remotos y otras aplicaciones donde la eficiencia energética es crucial.

• Amplificadores de Instrumentación Rail-to-Rail

  Estos amplificadores pueden operar con voltajes de entrada y salida que oscilan muy cerca de las fuentes de alimentación. Esto ayuda a maximizar el rango utilizable de la fuente de alimentación y mejora el rango dinámico de la señal amplificada. Los amplificadores rail-to-rail se utilizan en aplicaciones con bajos voltajes de suministro, como dispositivos portátiles y equipos de comunicación.

• Amplificadores de Instrumentación Diferenciales

  Este tipo de amplificador amplifica la diferencia entre dos señales de entrada mientras rechaza el ruido e interferencias de modo común. Los amplificadores diferenciales se utilizan en aplicaciones como el acondicionamiento de señales de sensores, adquisición de datos y procesamiento de audio. Ofrecen un buen CMRR y alta impedancia de entrada.

• Amplificadores de Instrumentación Estabilizados por Chopper

  Estos amplificadores utilizan técnicas de corte para estabilizar su tensión de offset y drift a lo largo de un amplio rango de temperatura. Proporcionan alta precisión y bajo ruido, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren estabilidad y precisión a largo plazo. Los amplificadores estabilizados por chopper se utilizan en sistemas de medición de precisión, instrumentación médica y control de procesos industriales.

Escenarios de Amplificadores Instrumentales

A continuación se discuten algunas aplicaciones comunes de un amplificador instrumental:

• Instrumentación Médica

  Estos amplificadores se utilizan en ECG (Electrocardiograma), EEG (Electroencefalograma) y otros dispositivos médicos para detectar y amplificar señales bioeléctricas débiles del cuerpo. Por ejemplo, en las máquinas de ECG, las señales se obtienen de la actividad eléctrica del corazón. Debido a que estas señales son muy débiles y están enterradas entre ruido e interferencias, necesitan un buen amplificador para amplificarlas para su análisis e interpretación. Estos amplificadores tienen alta impedancia de entrada, lo que ayuda a garantizar que no carguen la fuente de señal. También tienen un excelente rechazo de modo común, lo que ayuda a eliminar el ruido y las interferencias de otras fuentes.

• Automatización Industrial

  Estos amplificadores se utilizan en sensores y sistemas de monitoreo para amplificar señales de presión, temperatura y otros sensores. Por ejemplo, en un sistema de monitoreo de temperatura, se podría usar un sensor de temperatura semiconductor para medir la temperatura de un proceso. La salida del sensor es una señal de voltaje débil que necesita ser amplificada para ser útil para el monitoreo y control. Los amplificadores de instrumentación amplifican esta señal. También son muy precisos y estables, lo que es necesario para prevenir errores en el sistema de monitoreo.

• Sistemas de Comunicación

  Estos sistemas se utilizan para amplificar señales débiles en enlaces de comunicación por satélite, radio y otros. Por ejemplo, en un sistema de comunicación por satélite, la señal del satélite es muy débil cuando llega al receptor en la tierra. Se utilizan amplificadores de instrumentación para amplificar esta señal para que pueda ser procesada y decodificada. Estos amplificadores tienen bajo ruido, lo que ayuda a mantener la relación señal-ruido de la señal recibida. Esto es importante para garantizar la fiabilidad y calidad de la comunicación.

• Sistemas de Adquisición de Datos

  Estos amplificadores se utilizan para acondicionar señales de varios sensores antes de que se conviertan a forma digital. Por ejemplo, en un sistema de monitoreo de salud estructural, las señales de galgas extensiométricas que miden la deformación de un puente son amplificadas por amplificadores de instrumentación. Estos datos se utilizan para evaluar la condición del puente y predecir su vida útil restante. Estos amplificadores son muy lineales, lo que ayuda a asegurar que la señal de salida sea una representación lineal de la señal de entrada.

Cómo Elegir Amplificadores Instrumentales

A continuación se presentan algunos de los parámetros que pueden ser útiles al seleccionar un amplificador para la tarea prevista.

• Impedancia de Entrada

  Una alta impedancia de entrada es necesaria para un amplificador de buena calidad. Una alta impedancia de entrada garantiza que el dispositivo no cargue la fuente de señal, lo que puede reducir la señal de salida. Al comprar un amplificador instrumental, asegúrese de que tenga una impedancia de entrada que sea al menos 10 veces superior a la de la fuente de señal.

• Ganancia

  La ganancia es una de las principales funciones de un amplificador. Se refiere a la capacidad de aumentar la señal a un nivel utilizable. Seleccione un amplificador con el nivel de ganancia apropiado para la aplicación. Algunos amplificadores tienen ganancia ajustable; pueden ser útiles en aplicaciones donde el nivel de señal varía.

• Rendimiento de Ruido

  Se requiere un alto rendimiento de ruido para mantener una alta integridad de la señal. El rendimiento de ruido de un amplificador se mide utilizando una relación señal-ruido. Seleccione un amplificador con una alta relación señal-ruido. Esto asegura que la señal amplificada esté libre de ruido.

• Ancho de Banda

  El ancho de banda de un amplificador es el rango de frecuencias que puede procesar. Seleccione un amplificador con un ancho de banda suficiente para cubrir el rango de frecuencias requerido. El ancho de banda del amplificador también puede afectar su rendimiento en velocidad. Por lo tanto, se debe tener cuidado de seleccionar el ancho de banda apropiado para la aplicación.

• Relación de Rechazo de Modo Común (CMRR)

  La CMRR es la capacidad del amplificador para rechazar cualquier ruido o interferencia que sea común a ambas líneas de entrada. Se requiere una buena CMRR para mantener una excelente integridad de señal, especialmente en entornos ruidosos. Esto asegura que la señal amplificada esté libre de ruido e interferencias no deseadas.

Función, característica y diseño de amplificadores instrumentales

Todo amplificador está diseñado con características destinadas a satisfacer necesidades específicas. A continuación se presentan características que los compradores deben tener en cuenta al comprar amplificadores a la venta.

• Ganancia

  Cada amplificador tiene un nivel de ganancia diferente. Algunos son amplificadores de alta ganancia, mientras que otros tienen baja ganancia. Los compradores deberían adquirir dispositivos con niveles de alta y baja ganancia, lo que les permite atender a clientes con diferentes requisitos.

• Alta impedancia de entrada

  La mayoría de los amplificadores tienen alta impedancia de entrada. Esta característica asegura que el amplificador no cargue la señal de origen, lo que puede distorsionar la señal de salida. La alta impedancia de entrada es crucial, especialmente al tratar con señales débiles.

• Baja impedancia de salida

  Una baja impedancia de salida es necesaria para asegurar que el amplificador pueda conducir la carga sin pérdida de señal. También asegura una mínima caída de voltaje en la salida.

• Ancho de Banda

  El ancho de banda de un amplificador operacional es crucial. Determina cuántas frecuencias puede manejar el amplificador. El ancho de banda debería ser suficiente para asegurar que el amplificador pueda trabajar con la frecuencia requerida sin problemas.

• Relación de Rechazo de Modo Común (CMRR)

  La CMRR es necesaria para cualquier amplificador operacional. Determina la capacidad del amplificador para rechazar cualquier ruido o interferencia que afecte tanto la señal de entrada como el suelo de manera equitativa. Un alto valor de CMRR es necesario para mantener la estabilidad de la señal de salida.

• Producto Ganancia-Ancho de Banda (GBP)

  El GBP es una especificación vital para los amplificadores. Determina el rango de frecuencias sobre las cuales la ganancia del amplificador es estable. Este parámetro es crucial, especialmente en aplicaciones que requieren señales de alta frecuencia.

• Diseño

  La mayoría de los amplificadores están diseñados para ser compactos y con bajo ruido. La característica de bajo ruido es crucial ya que cualquier ruido innecesario puede interferir con la señal que se amplifica. Un diseño compacto es esencial para asegurar que el amplificador sea portátil y fácil de instalar.

Preguntas y Respuestas

P1: ¿Cuál es la diferencia entre un amplificador no inversor y un amplificador inversor?

A1: La principal diferencia entre un amplificador no inversor y un amplificador inversor es el desfase. En el caso de un amplificador no inversor, la señal de salida está en fase con la señal de entrada, mientras que para un amplificador inversor, la señal de salida está invertida y tiene un desfase de 180 grados.

P2: ¿Cuáles son las especificaciones clave de un amplificador instrumental?

A2: Algunas especificaciones esenciales de un amplificador instrumental incluyen:

• Tensión de offset de entrada
• Corriente de polarización de entrada
• Impedancia de entrada
• Relación de rechazo de modo común (CMRR)
• Relación de rechazo de fuente de alimentación (PSRR)

P3: ¿Para qué se usa un amplificador instrumental?

A3: Un amplificador instrumental se utiliza para amplificar señales de bajo nivel mientras rechaza el ruido y las interferencias de modo común. Se utiliza ampliamente en aplicaciones como la adquisición de señales biomédicas para medir ECG y EEG y el acondicionamiento de señales de sensores.

P4: ¿Cuáles son las ventajas de usar un amplificador de precisión sobre otros amplificadores?

A4: Los amplificadores de precisión tienen mayor precisión y menor tensión de offset, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren alta precisión y amplificación de bajo nivel de señal. Además, tienen bajo ruido y baja distorsión, lo que ayuda a mantener la integridad de señales de bajo nivel.