Instrumenteringsforstærker

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. april 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Måleforstærker , instrumenteringsforstærker , elektrometrisk subtraktor [1] [2] - en slags differentialforstærker med forbedrede parametre, velegnet til brug i måle- og testudstyr.

Disse karakteristika omfatter: meget lav input offset, lav temperaturdrift , lav iboende støj , høj forstærkning , bredt justerbar med kun en modstand, meget høj common mode afvisning , meget høj input modstand , lav input strøm.

Sådanne forstærkere bruges, når der kræves høj nøjagtighed og høj stabilitet af kredsløbet, både kortsigtet og langsigtet.

De bruges i måleteknologi, signalbehandling af forskellige sensorer mv.

Beskrivelse af det elektriske kredsløb

Det klassiske elektriske kredsløb af måleforstærkeren er vist på figuren. Måleforstærkeren er en to-trins forstærker. For at øge indgangsimpedansen er indgangstrinnet bygget på to separate forstærkere. Indgangstrinnet er en differentialforstærker lavet på to ikke-inverterende forstærkere forbundet gennem en modstand . Det andet trin er en konventionel differentiel inverterende forstærker med høj common-mode afvisning [3] . $R_{gain}$

Bufret indgangs ikke-inverterende forstærkere øger indgangsimpedansen (impedansen) af den lavimpedans udgangsdifferential inverterende forstærker for både differential- og common mode-signaler, da signalet tilføres direkte til input-op-forstærkerne med meget lave indgangsstrømme. Modstand - fælles for begge input ikke-inverterende forstærkere, ved at ændre værdien af dens modstand ændres forstærkningen af instrumentforstærkeren. ${\displaystyle R_{\mathrm {gain} ))$

Forstærkningen af output differential inverterende forstærker er [1] [4] [5] [6] [7] :

$K_{\mathrm {Ud} }={\frac {R_{3}}{R_{2}}},$

differentiel spændingsforstærkning af hele kredsløbet:

K_{U}=K_{\mathrm {Ud} }\cdot K_{\mathrm {Ub} }={\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{2}-V_{1} }}=\venstre(1+{2R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right){R_{3} \over R_{2}}.

In-amp gain afledning

Denne analyse antager, at alle op-amps er ideelle, det vil sige med uendelig forstærkning, nul inputstrømme og nul input biasspænding.

Ved udgangen af det første trin på den første operationsforstærker (i figuren øverst til venstre) er udgangsspændingen:

Vi_{1}=V_{2}+\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot \left(V_{1}-V_{2 }\ret),

og ved udgangen af den anden operationsforstærker (nederst til venstre):

Vi_{2}=V_{1}+\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot \left(V_{2}-V_{1 }\ret).

Disse udtryk følger af, at på grund af feedback og dens egen uendeligt store forstærkning af operationsforstærkeren, er spændingerne ved de inverterende indgange nøjagtigt lig med indgangsspændingerne ved de ikke-inverterende indgange, og modstandene danner de tilsvarende spændingsdelere . $R_{1}$ ${\displaystyle R_{\mathrm {gain} ))$

Spændingen ved den ikke-inverterende indgang på operationsforstærkeren på andet trin bestemmes af en spændingsdeler bestående af og vil være lig med: $R_{2}$ ${\displaystyle R_{3))$

Vd_{p}=Vi_{2}\cdot {R_{3} \over {R_{2}+R_{3}}}.

Spændingen ved dens inverterende indgang bestemmes også af en spændingsdeler lavet på et andet par modstande og : $R_{2}$ ${\displaystyle R_{3))$

Vd_{m}=V_{\mathrm {out} }-\left(V_{\mathrm {out} }-Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over {R_{2} +R_{3}}}.

Disse spændinger er ens på grund af tilbagekoblingens virkning og den iboende uendelige forstærkning af operationsforstærkeren:

Vi_{2}\cdot {R_{3} \over {R_{2}+R_{3))}=V_{\mathrm {out} }-\left(V_{\mathrm {out} }- Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over {R_{2}+R_{3}}},

derfra:

V_{\mathrm {out} }=\left(Vi_{2}+V_{\mathrm {out} }-Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over {R_{2} +R_{3}}},

V_{\mathrm {out} }\cdot \left(1+{R_{2} \over R_{3}}\right)=Vi_{2}+V_{\mathrm {out} }-Vi_{ en},

V_{\mathrm {out} }\cdot {R_{2} \over R_{3}}=Vi_{2}-Vi_{1},

og endelig:

V_{\mathrm {out} }=\left(Vi_{2}-Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}=

=\left(V_{1}+\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot \left(V_{2}-V_{1} \right)-V_{2}-\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot \left(V_{1}-V_{2}\right) \right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}=

=\left(1+{2\cdot R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}\cdot \left( V_{2}-V_{1}\højre).

Endelig har vi:

K_{U}=\left(1+{2\cdot R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}

En instrumenteringsforstærker kan bygges af separate diskrete komponenter - operationsforstærkere og præcisionsmodstande. Adskillige producenter ( Texas Instruments , National Semiconductor , Analog Devices , Linear Technology og Maxim Integrated Products ) producerer standard-instrumenteringsforstærker-integrerede kredsløb, der bruger lasertrimmede modstande [8] [9] [10] .

Se også

Noter

↑ 1 2 Tietze U., Shenk K. Halvlederkredsløb. Moskva, "MIR", 1982. S. 466, fig. 25.3.
↑ Gutnikov V.S. Integreret elektronik i måleapparater // 2. udgave, revideret. og yderligere .. - L .: Energoatomizdat, 1988. - S. 30 .
↑ Instrumentationsforstærker . Hentet 25. januar 2006. Arkiveret fra originalen 3. november 2005. (ubestemt)
↑ 3 Op Amp Instrumentation Amplifier (utilgængeligt link) . Hentet 13. september 2009. Arkiveret fra originalen 2. marts 2011. (ubestemt)
↑ http://openbookproject.net//electricCircuits/Semi/SEMI_8.html#xtocid83189 Arkiveret 27. oktober 2009 på Wayback Machine Instrumenteringsforstærkeren
↑ Three is a Crowd for Instrumentation Amplifiers . Hentet 13. september 2009. Arkiveret fra originalen 12. december 2009. (ubestemt)
↑ 3 Hardwareudvikling. 3.2 Instrumenteringsforstærker
↑ AD620 . Hentet 13. september 2009. Arkiveret fra originalen 1. januar 2011. (ubestemt)
↑ MAX4194 (utilgængeligt link) . Hentet 13. september 2009. Arkiveret fra originalen 2. maj 2010. (ubestemt)
↑ INA128 . Hentet 13. september 2009. Arkiveret fra originalen 5. august 2011. (ubestemt)