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
| Circuito | Zin | CMRR típico | G |
|---|---|---|---|
| Restador 1 % discreto | R (kΩ) | ≈ 34 dB | 4 R matchadas |
| INA integrado | GΩ (FET) / MΩ | 80–120 dB | 1 R (Rg) |
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.
Python en tu navegador. Subí el modo común y mirá quién lo nota.
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
- 1INA = entrada XLR.
Señal diferencial sobre ruido común del cable largo: el receptor resta y el hum desaparece.
- 2Rg = perilla única.
Un parámetro configura la ganancia: como un
gainen vez de cuatro constantes acopladas. - 3CMRR = 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.
Balanza de precisión
G = 10 · Vout +100,3 mV
G 10 · fondo 2,50 V · +10,0 mV: Vout +100,3 mV.
Preguntas para explorar
- Poné diferencia 0 y fondo 5 V con G = 100. ¿Vout? ¿De dónde sale?
- Subí a G = 500 con +10 mV y fondo 2,5 V. ¿Vout? ¿Residuo en %?
- ¿Qué pasaría con CMRR de 34 dB (restador discreto) en el caso 1?
Ver respuestas sugeridas
- +5 mV: puro residuo (100×5/100000). Sin diferencia, el fondo solo deja 5 mV.
- +5,01 V: útil 5 V + residuo 12,5 mV (0,25 %). Cabe justo en rieles.
- ≈ +10 V → satura al riel (100×5/50): el fondo solo ya voltea la salida. Por eso el INA.
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«Tres op-amps sueltos = INA»
El truco es el matching láser interno: discreto con 1 % vuelve a 34 dB. Tres chips no compran precisión.
«Rg = 0 da ganancia infinita»
Rg = 0 no es válido (la hoja da Rg mínima): G máxima ≈ 1000 con Rg ≈ 49,5 Ω. Corto en Rg = comportamiento indefinido.
«CMRR infinito»
80–120 dB según G y frecuencia: a kHz el CMRR cae. Leer la curva, no solo el titular.
«INA para todo»
Si el fondo común es chico, un restador discreto basta y sobra: el INA se justifica con fondos grandes y diferencias chicas.
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().
Ver solución razonada
Rg = 499 Ω: Vout = 1,24 V + 2,5 mV de residuo (0,2 %). El error compite con tolerancias, no con la señal.
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?
Ver solución
640 mV fondo escala. 1 LSB ≈ 5 Vref/2²⁴… con Vref 5 V: ≈ 0,3 µV a la entrada del ADC ≈ 2,3 nV al puente. Sobrado para gramos.
Ejercicio 3: ¿discreto o INA?
Diferencia 1 V sobre fondo 1 V. ¿Alcanza restador 1 %? ¿Y con diferencia 10 mV sobre fondo 5 V?
Ver solución
Caso 1: sí (error ~20 mV sobre 1 V, 2 %: tolerable si no es crítico). Caso 2: no (error ~100 mV vs señal de 10 mV: el error es 10× la señal): INA.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- INA: alta Zin + CMRR 80–120 dB + G = 1 + 49,4k/Rg.
- Rg = 49,4k/4,94k/499 Ω → G = 2/11/100.
- Discreto 1 % ≈ 34 dB: fondos grandes piden INA.
- REF a Vcc/2 en fuente simple; leer rieles y CMRR vs f.
- HX711: INA + ADC 24 bits para puentes reales.
Precisión conseguida. Ahora a aplicarla: en el próximo tema, sensores amplificados.