Comportamiento No Ideal de Amplificadores y Fundamentos de Sistemas de Medida Industrial

Fenómenos de No Idealidad en los Amplificadores

En la práctica, ningún amplificador es perfecto. Tres fenómenos importantes que se desvían del modelo ideal son:

A) Ganancia Finita

• En un amplificador ideal, la ganancia es infinita.
• En la práctica, la ganancia es alta, pero finita, lo que provoca:
  • Error entre la salida real y la teórica.
  • Dependencia de la ganancia con la frecuencia (disminuye a altas frecuencias).

B) Impedancia de Entrada Finita

• Idealmente, debería ser infinita.
• Al ser finita, el amplificador carga la etapa anterior, produciendo atenuación de la señal de entrada, lo cual es especialmente crítico en sensores de baja potencia.

C) Impedancia de Salida No Nula

• Idealmente, sería cero.
• Al no serlo, la tensión de salida depende de la carga conectada y se reduce la capacidad de entregar corriente sin distorsión.

Otros fenómenos posibles incluyen: offset de entrada, ruido, saturación y ancho de banda limitado.

Características de los Amplificadores de Instrumentación

Los amplificadores de instrumentación están diseñados para la amplificación precisa de señales de muy bajo nivel, normalmente procedentes de sensores. Sus principales características son:

• Alta impedancia de entrada, que evita cargar al sensor.
• Alta ganancia y fácilmente ajustable, generalmente mediante una única resistencia.
• Alto rechazo al modo común (CMRR), lo que permite eliminar interferencias y ruido común en ambas entradas.
• Alta estabilidad térmica y precisión, con bajo offset y deriva.

Su uso habitual se encuentra en sistemas de medida, instrumentación biomédica e industrial.

Exactitud, Veracidad y Precisión en un Sistema de Medida

En un sistema de medida se distinguen los siguientes conceptos:

Veracidad

Indica la cercanía del valor medio de las medidas al valor real de la magnitud.

Precisión

Refleja la repetibilidad de las medidas, es decir, lo próximas que están entre sí.

Exactitud

Combina veracidad y precisión, y representa la calidad global de la medida respecto al valor real. Un sistema puede ser preciso pero no veraz (medidas repetibles pero desplazadas) o veraz pero poco preciso (medidas dispersas alrededor del valor real).

Método de Calibración a Dos Puntos

La calibración a dos puntos consiste en aplicar al sistema dos valores conocidos de la magnitud a medir, normalmente el valor mínimo y el máximo del rango de trabajo. A partir de estas dos referencias se ajustan:

• El offset, corrigiendo el error de cero.
• La ganancia, corrigiendo la pendiente de la respuesta.

Este método permite compensar errores lineales del sistema de medida y es ampliamente utilizado por su simplicidad y eficacia.

Selección de Sensor para Alta Temperatura (1200–1500 °C)

Para medir temperaturas comprendidas entre 1200 y 1500 °C, el sensor más adecuado es el termopar, ya que:

• Soporta temperaturas muy elevadas.
• Presenta gran robustez mecánica y térmica.
• Funciona mediante el efecto Seebeck, generando una tensión proporcional a la diferencia de temperatura.

Otros sensores como RTD, termistores o sensores integrados no son adecuados debido a sus limitaciones térmicas.

Implicaciones de un Filtro Capacitivo en un Rectificador

La inclusión de un condensador de filtrado en la salida de un rectificador tiene las siguientes implicaciones:

Corriente de Entrada

La conducción se produce en intervalos cortos con corrientes de pico elevadas, aumentando el esfuerzo en los diodos o tiristores.

Tensión de Salida

Se incrementa el valor medio y se reduce el rizado, manteniendo la tensión cercana al valor máximo entre semiciclos.