Cómo funciona la calculadora de ganancia de amplificador de instrumentación
Un amplificador de instrumentación amplifica la pequeña diferencia entre dos entradas, como la salida de un puente de galgas o de una célula de carga, y rechaza la tensión común a ambas. La mayoría de los amplificadores de instrumentación de una resistencia fijan su ganancia con una resistencia externa, RG, según una ecuación de la forma G = 1 + K / RG. K lo fijan resistencias internas y aparece en la ecuación de ganancia de la hoja de datos.
La calculadora obtiene la RG exacta para su ganancia objetivo, los valores normalizados E24 o E96 a ambos lados, la ganancia que da cada uno y la tensión de salida en ambos extremos de su rango de entrada. Compara la salida con las alimentaciones menos la excursión de salida y recomienda el valor más cercano al objetivo que cabe.
La constante de ganancia K
K varía entre componentes y debe salir de la hoja de datos. 49,4 kΩ aparece en varios amplificadores de instrumentación habituales (ecuaciones del tipo AD620 e INA129), 50 kΩ en otros (tipo INA128) y 100 kΩ en algunos componentes de bajo consumo. Un K tomado de la hoja equivocada da unos pocos por ciento de error de ganancia, que parece un fallo de calibración.
Valores normalizados y error de ganancia
Una RG exacta rara vez es un valor normalizado. Para G = 100 y K = 49,4 kΩ el valor exacto es 498,99 Ω; 499 Ω (E96) da G = 99,998. Una RG menor da más ganancia, así que cuando la salida está cerca del raíl el valor normalizado mayor es el seguro.
La tolerancia de RG entra en la ganancia como (G − 1)/G × tolerancia: una resistencia del 0,1 % añade casi un 0,1 % de error de ganancia a ganancia alta. La hoja de datos añade la tolerancia de K, normalmente unas décimas de por ciento, y la deriva de la ganancia con la temperatura. Una calibración en dos puntos elimina los errores iniciales; la deriva permanece.
Rango de salida y pin de referencia
La salida es G × (V+ − V−) + VREF. Con alimentación simple la salida no puede llegar a 0 V: con una referencia de 0 V y sin entrada queda por debajo del límite inferior de excursión y lee mal. Elevar el pin de referencia, con una fuente de baja impedancia como un divisor con buffer, sube todo el rango de salida; 0,5 V o la mitad de la alimentación son habituales. La calculadora muestra la mayor ganancia que mantiene ambos extremos de su entrada dentro de los límites de salida.
Introduzca la salida del puente de la calculadora de puente de galgas o de la calculadora de células de carga, y compruebe la resolución resultante con la calculadora de resolución de ADC.
Preguntas frecuentes
¿Por qué importa el rango de modo común de entrada?
Cada amplificador interno tiene sus propios límites de tensión, así que la tensión de modo común admitida depende de la ganancia y de la tensión de salida. Las hojas de datos lo muestran en un diagrama en forma de rombo. Un puente excitado desde la misma alimentación simple queda a la mitad de la alimentación; compruebe ese punto en el diagrama. Esta calculadora no lo hace.
¿Puedo usar dos resistencias en serie para un valor exacto?
Sí, pero la tolerancia y el coeficiente de temperatura de cada resistencia se suman. Dos resistencias del 0,1 % suelen ser mejores que un valor del 1 %, y un único valor E96 a menudo se acerca bastante.
¿Dónde colocar RG?
Lo más cerca posible de los pines RG, con pistas cortas y simétricas. Los pines RG van a las entradas de los amplificadores internos, y cualquier capacidad parásita o captación ahí se amplifica.