O que é um amplificador de instrumentação? Diagrama de circuito, vantagens e aplicações

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A amplificador de instrumentação é um tipo de IC (circuito integrado) , usado principalmente para amplificar um sinal. Este amplificador pertence à família do amplificador diferencial porque aumenta a disparidade entre duas entradas. A principal função deste amplificador é diminuir o ruído excedente que é escolhido pelo circuito. A capacidade de recusar ruído é familiar a todos os pinos IC que são conhecidos como CMRR (taxa de rejeição de modo comum) . O amplificador de instrumentação IC é um componente essencial no projeto do circuito devido às suas características como alto CMRR, ganho de malha aberta é alto, baixo desvio, bem como baixo deslocamento DC, etc.

O que é um amplificador de instrumentação?

Um amplificador de instrumentação é usado para amplificar sinais de nível muito baixo, rejeitando ruídos e sinais de interferência. Os exemplos podem ser batimentos cardíacos, pressão arterial, temperatura, terremotos e assim por diante. Portanto, as características essenciais de um bom amplificador de instrumentação são as seguintes.




  • Entradas para o amplificadores de instrumentação terá uma energia de sinal muito baixa. Portanto, o amplificador de instrumentação deve ter alto ganho e deve ser preciso.
  • O ganho deve ser facilmente ajustável usando um único controle.
  • Deve ter alta impedância de entrada e baixa impedância de saída para evitar o carregamento.
  • O amplificador de instrumentação deve ter alto CMRR desde o transdutor a saída geralmente contém sinais de modo comum, como ruído, quando transmitidos por fios longos.
  • Ele também deve ter uma alta taxa de variação para lidar com tempos de aumento acentuados de eventos e fornecer uma oscilação máxima de tensão de saída não distorcida.

Amplificador de instrumentação usando Op Amp

O amplificador de instrumentação usando circuito op-amp é mostrado abaixo. O op-amps 1 e 2 são amplificadores não inversores e op-amp 3 é um amplificador de diferença . Esses três amplificadores operacionais, juntos, formam um amplificador de instrumentação. A saída final do amplificador de instrumentação Vout é a diferença amplificada dos sinais de entrada aplicados aos terminais de entrada do op-amp 3. Deixe as saídas do op-amp 1 e op-amp 2 serem Vo1 e Vo2, respectivamente.

Amplificador de instrumentação usando Op Amp

Amplificador de instrumentação usando Op Amp



Então, Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)

Observe o estágio de entrada do amplificador de instrumentação conforme mostrado na figura abaixo. O derivação de amplificador de instrumentação é discutido abaixo.

O potencial no nó A é a tensão de entrada V1. Portanto, o potencial no nó B também é V1, do conceito de curto virtual. Assim, o potencial no nó G também é V1.


O potencial no nó D é a tensão de entrada V2. Portanto, o potencial no nó C também é V2, do curto virtual. Assim, o potencial no nó H também é V2.

Estágio de entrada do amplificador de instrumentação

Estágio de entrada do amplificador de instrumentação

O funcionamento do amplificador de instrumentação é, idealmente, a corrente para os amplificadores operacionais do estágio de entrada é zero. Portanto, a corrente I através os resistores R1, Rgain e R1 permanecem os mesmos.

Aplicando Lei de Ohm entre os nós E e F,

I = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)

I = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)

Uma vez que nenhuma corrente está fluindo para a entrada dos amplificadores operacionais 1 e 2, a corrente I entre os nós G e H pode ser dada como,

I = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ……………………….(dois)

Equacionando as equações 1 e 2,

(Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain) = (V1-V2) / Rgain

(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain ………………………. (3)

A saída do amplificador de diferença é dada como,

Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)

Portanto, (Vo1 - Vo2) = (R2 / R3) Vout

Substituindo (Vo1 - Vo2) valor na equação 3, obtemos

(R2 / R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain

ou seja Vout = (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} (V1-V2)

A equação acima fornece a tensão de saída de um amplificador de instrumentação.

O ganho geral do amplificador é dado pelo termo (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} .

O ganho de tensão geral de um amplificador de instrumentação pode ser controlado ajustando o valor do resistor Rgain.

A atenuação do sinal de modo comum para o amplificador de instrumentação é fornecida pelo amplificador de diferença.

Vantagens do amplificador de instrumentação

O vantagens do amplificador de instrumentação inclui o seguinte.

  • O ganho de três op-amp instrumentação circuito amplificador pode ser facilmente variado ajustando o valor de apenas um resistor Rgain.
  • O ganho do amplificador depende apenas dos resistores externos usados.
  • A impedância de entrada é muito alta devido às configurações do seguidor de emissor dos amplificadores 1 e 2
  • A impedância de saída do amplificador de instrumentação é muito baixa devido ao amplificador de diferença3.
  • O CMRR do op-amp 3 é muito alto e quase todo o sinal de modo comum será rejeitado.

Aplicações do amplificador de instrumentação

O aplicações do amplificador de instrumentação inclui o seguinte.

  • Esses amplificadores envolvem principalmente onde a precisão de alto ganho diferencial é necessária, a força deve ser preservada em ambientes ruidosos, bem como onde grandes sinais de modo comum estão presentes. Alguns dos aplicativos são
  • Amplificadores de instrumentação são usados ​​em aquisição de dados de pequeno o / p transdutores gostar termopares , medidores de tensão, medições de Ponte de Wheatstone etc.
  • Esses amplificadores são usados ​​em navegação, médica, radar, etc.
  • Esses amplificadores são usados ​​para melhorar o Razão S / N ( sinal para ruído ) em aplicações de áudio como sinais de áudio com baixa amplitude.
  • Esses amplificadores são usados ​​para imagens e também para aquisição de dados de vídeo no condicionamento de sinal de alta velocidade.
  • Esses amplificadores são usados ​​em sistemas de cabos RF para amplificação do sinal de alta frequência.

Diferença entre amplificador operacional e amplificador de instrumentação

As principais diferenças entre o amplificador operacional e o amplificador de instrumentação incluem o seguinte.

  • A amplificador operacional (op-amp) é um tipo de circuito integrado
  • O amplificador de instrumentação é um tipo de amplificador diferencial
  • O amplificador de instrumentação pode ser construído com três amplificadores operacionais.
  • O amplificador diferencial pode ser construído com um único amplificador operacional .
  • A tensão de saída do amplificador de diferença é afetada por causa dos resistores de incompatibilidade
  • O amplificador de instrumentação oferece ganho com um único resistor de sua fase primária que não precisa de um resistor correspondente.

Portanto, trata-se de um amplificador de instrumentação . A partir das informações acima, finalmente, podemos concluir que este é um circuito integrado essencial para lidar com condições de baixa tensão. O ganho do amplificador pode ser alterado mudando os resistores no lado da entrada. Este amplificador tem alta resistência de entrada, bem como alto CMRR. Aqui está uma pergunta para você, qual é a principal função de um amplificador de instrumentação?