- Čo je to IC prístrojového zosilňovača?
- Pochopenie prístrojového zosilňovača
- Rozdiel medzi diferenciálnym zosilňovačom a prístrojovým zosilňovačom
- Prístrojový zosilňovač využívajúci operačný zosilňovač (LM358)
- Simulácia prístrojového zosilňovača
- Testovanie obvodu zosilňovača prístrojovej techniky na hardvéri
Takmer všetky typy senzorov a prevodníkov prevádzajú parametre v reálnom svete, ako sú svetlo, teplota, hmotnosť atď., Na hodnoty napätia pre naše elektronické systémy, aby tomu porozumeli. Zmeny v tejto napäťovej úrovni nám pomôžu pri analýze / meraní parametrov v reálnom svete, ale v niektorých aplikáciách, ako sú biomedicínske snímače, je táto odchýlka veľmi malá (signály nízkej úrovne) a je veľmi dôležité sledovať čo i len minimálnu odchýlku. získajte spoľahlivé údaje. V týchto aplikáciách sa používa prístrojový zosilňovač.
Zosilňovač inštrumentácie aka INO alebo zosilňovače, ako už názov napovedá, zosilňuje zmeny napätia a poskytuje diferenciálny výstup ako akékoľvek iné operačné zosilňovače. Ale na rozdiel od bežného zosilňovača budú mať zosilňovače prístrojového vybavenia vysokú vstupnú impedanciu s dobrým zosilnením a zároveň budú poskytovať potlačenie šumu v bežnom režime s plne diferenciálnymi vstupmi. Je v poriadku, ak ho teraz nedostanete, v tomto článku sa dozvieme o týchto prístrojových zosilňovačoch a keďže tieto integrované obvody sú relatívne drahé ako operačné zosilňovače, naučíme sa tiež, ako používať bežné operačné zosilňovače ako LM385 alebo LM324 na zostavenie Prístrojový zosilňovač a použite ho pre naše aplikácie. Operačné zosilňovače sa dajú použiť aj na zostavenie obvodu sčítačky napätia a subtraktora napätia.
Čo je to IC prístrojového zosilňovača?
Okrem bežných op-zosilňovačov IC máme aj nejaký špeciálny typ zosilňovačov pre prístrojové zosilňovače ako INA114 IC. Nie je to nič iné ako niekoľko bežných operačných zosilňovačov kombinovaných pre určité konkrétne aplikácie. Aby sme tomu porozumeli viac, pozrime sa do údajového listu INA114 pre jeho schému vnútorného obvodu.
Ako vidíte, IC prijíma dve signálne napätia V IN - a V IN +, pre ľahšie pochopenie ich odteraz považujeme za V1 a V2. Výstupné napätie (V O) možno vypočítať pomocou vzorcov
V O = G (V2 - V1)
Kde, G je zisk operačného zosilňovača a dá sa nastaviť pomocou externého odporu R G a vypočítať pomocou nasledujúcich vzorcov
G = 1+ (50k Ω / RG)
Poznámka: Hodnota 50k ohm je použiteľná iba pre INA114 IC, pretože používa rezistory 25k (25 + 25 = 50). Môžete vypočítať hodnotu pre ďalšie obvody, resp.
Takže v podstate teraz, keď sa na to pozriete, zosilňovač iba poskytuje rozdiel medzi dvoma zdrojmi napätia so zosilnením, ktoré je možné nastaviť externým rezistorom. Znie vám to povedome? Ak sa pozriete na dizajn diferenciálneho zosilňovača a vrátite sa späť.
Áno !, to je presne to, čo diferenciálny zosilňovač robí, a ak sa pozriete bližšie, môžete dokonca zistiť, že operačný zosilňovač A3 na vyššie uvedenom obrázku nie je nič iné ako obvod diferenciálneho zosilňovača. Laicky povedané, prístrojový zosilňovač je ďalším typom diferenciálneho zosilňovača, ale s ďalšími výhodami, ako je vysoká vstupná impedancia a ľahké riadenie zisku atď. Tieto výhody spočívajú v návrhu ďalších dvoch operačných zosilňovačov (A2 a A1), dozvieme sa o tom viac v nasledujúcom nadpise.
Pochopenie prístrojového zosilňovača
Aby sme úplne porozumeli prístrojovému zosilňovaču, rozdeľme ho vyššie uvedený obrázok na zmysluplné bloky, ako je uvedené nižšie.
Ako vidíte, zosilňovač In-Amp je len kombináciou dvoch obvodov operačného zosilňovača Buffer a jedného diferenciálneho obvodu op-amp. Dozvedeli sme sa obidve tieto konštrukcie operačného zosilňovača jednotlivo, teraz uvidíme, ako sa skombinujú do podoby diferenciálneho operačného zosilňovača.
Rozdiel medzi diferenciálnym zosilňovačom a prístrojovým zosilňovačom
Ako navrhovať a používať diferenciálny zosilňovač sme sa už naučili v našom predchádzajúcom článku. Niekoľko značných nevýhod diferenciálneho zosilňovača je, že má veľmi nízku vstupnú impedanciu kvôli vstupným odporom a veľmi nízku CMRR kvôli vysokému zosilneniu spoločného režimu. Tieto budú prekonané v prístrojovom zosilňovači kvôli vyrovnávaciemu obvodu.
Aj v diferenciálnom zosilňovači musíme zmeniť veľa rezistorov, aby sme zmenili hodnotu zosilnenia zosilňovača, ale v diferenciálnom zosilňovači môžeme zisk regulovať jednoduchou úpravou jednej hodnoty odporu.
Prístrojový zosilňovač využívajúci operačný zosilňovač (LM358)
Poďme si teraz zostaviť praktický prístrojový zosilňovač pomocou operačného zosilňovača a skontrolovať, ako funguje. Nižšie je uvedený obvod prístrojového zosilňovača operačného zosilňovača, ktorý používam.
Obvod vyžaduje všetky tri operačné zosilňovače; Použil som dva integrované obvody LM358. LM358 je dvojitý operačný zosilňovač, ktorý má dva operačné zosilňovače v jednom balení, takže ich potrebujeme dva pre svoj obvod. Podobne môžete tiež použiť tri operačné zosilňovače LM741 s jedným balíkom alebo jeden štvornásobné operačné zosilňovače LM324.
Vo vyššie uvedenom obvode operačný zosilňovač U1: A a U1: B funguje ako napäťová vyrovnávacia pamäť, čo pomáha pri dosahovaní vysokej vstupnej impedancie. Operačný zosilňovač U2: A funguje ako diferenciálny operačný zosilňovač. Pretože všetky odpory diferenciálneho operačného zosilňovača sú 10k, funguje ako diferenciálny zosilňovač jednotkového zisku, čo znamená, že výstupné napätie bude rozdielom napätia medzi pinmi 3 a 2 na U2: A.
Výstupné napätie zosilňovače obvodu prístrojovej možno vypočítať pomocou nižšie vzorcov.
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))
Kde R = odpor má hodnotu obvodu. Tu R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7, čo je 10k
Rg = ziskový odpor. Tu Rg = R1, čo je 22k.
Takže hodnota R a Rg rozhoduje o zosilnení zosilňovača. Hodnotu zisku je možné vypočítať z hodnoty
Zisk = (1+ (2R / Rg))
Simulácia prístrojového zosilňovača
Vyššie uvedený obvod, ak je simulovaný, poskytuje nasledujúce výsledky.
Ako vidíte, vstupné napätie V1 je 2,8 V a V2 je 3,3 V. Hodnota R je 10k a hodnota Rg je 22k. Uvedenie všetkých týchto hodnôt do vyššie uvedených vzorcov
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3,3-2,8) (1+ (2x10 / 22)) = (0,5) * (1,9) = 0,95V
Získame hodnotu výstupného napätia 0,95 V, ktorá sa zhoduje s vyššie uvedenou simuláciou. Takže zisk vyššie uvedeného obvodu je 1,9 a rozdiel napätia je 0,5V. Takže tento obvod bude v zásade merať rozdiel medzi vstupnými napätiami a vynásobí ich ziskom a vytvorí ich ako výstupné napätie.
Môžete si tiež všimnúť, že vstupné napätie V1 a V2 sa objavuje na rezistore Rg, čo je spôsobené negatívnou spätnou väzbou operačného zosilňovača U1: A a U1: B. To zaisťuje, že pokles napätia na Rg sa rovná rozdielu napätia medzi V1 a V2, čo spôsobuje, že rovnaké množstvo prúdu pretečie cez rezistory R5 a R6, čím sa napätie na kolíku 3 a kolíku 2 rovná na operačnom zosilňovači U2: A. Ak zmeriate napätie pred rezistormi, uvidíte skutočné výstupné napätie z operačného zosilňovača U1: A a U1: B, ktorého rozdiel sa bude rovnať výstupnému napätiu, ako je uvedené vyššie v simulácii.
Testovanie obvodu zosilňovača prístrojovej techniky na hardvéri
Dosť teórie umožňuje skutočne vytvoriť ten istý obvod na nepájivej doske a merať úrovne napätia. Moje nastavenie spojenia je zobrazené nižšie.
Použil som napájací zdroj, ktorý sme postavili skôr. Táto doska by mohla dodávať 5V aj 3,3V. Používam 5V koľajnicu na napájanie oboch svojich operačných zosilňovačov a 3,3 V ako vstupné napätie signálu V2. Ostatné vstupné napätie V2 je pomocou môjho RPS nastavené na 2,8 V. Pretože som tiež použil 10k rezistor pre R a 22k rezistor pre R1, zisk obvodu bude 1,9. Rozdielové napätie je 0,5 V a zosilnenie je 1,9, čo nám dá 0,95 V ako výstupné napätie, ktoré sa meria a zobrazuje na obrázku pomocou multimetra. Kompletné fungovanie prístrojového zosilňovača obvodu je ukázať na videu odkazujeme nižšie.
Podobne môžete zmeniť hodnotu R1 tak, aby ste podľa potreby nastavili zisk pomocou vzorcov diskutovaných vyššie. Pretože zisk tohto zosilňovača je možné veľmi ľahko regulovať pomocou jediného rezistora, často sa používa pri regulácii hlasitosti audio obvodov.
Dúfam, že ste obvodu porozumeli a bavilo vás učiť sa niečo užitočné. Ak máte akékoľvek otázky, nechajte ich v sekcii komentárov nižšie alebo použite fórum na rýchlejšiu odpoveď.