Amplificador de instrumentación

01 · Punto de partida

12 mV sobre 2,5 V de fondo

El puente del Tema 13 da 12,4 mV montados sobre 2,5 V comunes. El restador discreto (Tema 19) los amplifica pero cuela decenas de mV por desbalance y carga el puente. El amplificador de instrumentación (INA) resuelve las tres: alta Zin, CMRR alto y G con una sola R.

• ¿Qué hay adentro de un INA?
• ¿Cómo se fija la ganancia?
• ¿Cuánto modo común rechaza de verdad?
• ¿Cuándo usar integrado y cuándo módulo?

02 · Qué hay adentro

Dos buffers + un restador

Dos no-inversores cruzados por Rg amplifican la diferencia sin cargar las entradas; un restador integrado (con R matchadas de fábrica) quita el fondo común. Vos conectás: V1, V2, una Rg y alimentación. Todo lo delicado ya viene resuelto.

03 · Restador vs INA

34 dB contra 100 dB

Traducción: con 2,5 V comunes, el discreto cuela ~50 mV; el INA de 100 dB cuela 25 µV×G (2,5 mV con G = 100). Tres órdenes de magnitud por unos dólares.

04 · Integrados y módulos

Del chip al HX711

AD620 / INA128

Clásicos con 1 Rg externa: G = 1–1000. Hoja simple, precio moderado. Ideales para puentes de laboratorio.

HX711 (balanza)

INA (G = 128) + ADC 24 bits en un módulo de monedas: puente de 5 mV fondo escala → 640 mV digitalizados. El Tema 26 lo usa.

REF pin

El INA refiere la salida a un pin (típ. masa o Vref): llevarlo a Vcc/2 centra la salida en fuente simple (T22).

Límites que siguen valiendo

Rieles, GBW, slew y offset (T21): el INA no es magia, es matching. Leer su hoja igual.

05 · Precisión en código

Ganancia y residuo común

Modelo con CMRR finito: la diferencia amplificada más lo que se cuela del fondo.

def ina(v1, v2, rg_ohm=499.0, cmrr_db=100.0, riel=7.5):
    g = 1 + 49400.0 / rg_ohm
    vcm = (v1 + v2) / 2
    vout = g * (v2 - v1) + g * vcm / (10 ** (cmrr_db / 20))
    vout = min(max(vout, -riel), riel)
    print(f"G={g:.0f} dif={(v2-v1)*1000:+.1f}mV Vcm={vcm:.2f}V -> Vout={vout:+.3f}V")
    return vout


ina(2.50, 2.5124)
ina(2.50, 2.5124, cmrr_db=34.0)
ina(2.50, 2.50, rg_ohm=499.0)

12,4 mV×100 = 1,24 V, con 2,5 mV de residuo común. Con 34 dB (discreto) el residuo tapa la señal. ¿Y con Vcm = 5 V?

Elegir Rg

def elegir_rg(g_deseada):
    rg = 49400.0 / (g_deseada - 1)
    print(f"G={g_deseada}: Rg={rg:.0f}ohm")
    return rg


for g in (2, 11, 100, 500):
    elegir_rg(g)

06 · Analogía programador

Audio balanceado

1. 1
   INA = entrada XLR.

   Señal diferencial sobre ruido común del cable largo: el receptor resta y el hum desaparece.

2. 2
   Rg = perilla única.

   Un parámetro configura la ganancia: como un gain en vez de cuatro constantes acopladas.

3. 3
   CMRR = cancelación de ruido.

   dB de rechazo como los de unos auriculares: 100 dB es silencio, 34 dB es murmullo.

07 · Exploración

Laboratorio: fondo vs diferencia

CMRR 100 dB, rieles ±7,5 V. Mové el fondo común y la diferencia: el laboratorio separa término útil y residuo.

Preguntas para explorar

1. Poné diferencia 0 y fondo 5 V con G = 100. ¿Vout? ¿De dónde sale?
2. Subí a G = 500 con +10 mV y fondo 2,5 V. ¿Vout? ¿Residuo en %?
3. ¿Qué pasaría con CMRR de 34 dB (restador discreto) en el caso 1?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de precisión

Ejercicio 1: puente a 1,24 V

Puente 12,4 mV sobre 2,5 V. Elegí Rg para G = 100 y calculá Vout + residuo con CMRR 100 dB. Verificá con ina().

Ejercicio 2: balanza HX711

Celda 1 mV/V con excitación 5 V (fondo escala 5 mV). G = 128: ¿salida? ¿Cuánto resuelve 1 LSB del ADC 24 bits?

Ejercicio 3: ¿discreto o INA?

Diferencia 1 V sobre fondo 1 V. ¿Alcanza restador 1 %? ¿Y con diferencia 10 mV sobre fondo 5 V?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Precisión conseguida. Ahora a aplicarla: en el próximo tema, sensores amplificados.