- Шта је ИЦ појачивач за инструментацију?
- Разумевање појачала за инструментацију
- Разлика између диференцијалног појачала и инструментационог појачала
- Инструментационо појачало које користи Оп-појачало (ЛМ358)
- Симулација инструментационог појачала
- Тестирање склопа појачавача инструмената на хардверу
Готово све врсте сензора и претварача претварају параметре из стварног света као што су светлост, температура, тежина итд. У вредности напона како би наши електронски системи то разумели. Варијација овог нивоа напона ће нам помоћи у анализи / мерењу параметара из стварног света, али у неким апликацијама попут биомедицинских сензора ова варијација је врло мала (сигнали ниског нивоа) и веома је важно пратити чак и минутне варијације до добити поуздане податке. У овим апликацијама се користи инструментационо појачало.
Инструментационо појачало, звано ИНО или појачала, како му само име говори појачава варијације напона и даје диференцијални излаз као и било која друга оп-појачала. Али за разлику од нормалног појачала, инструментациони појачавачи ће имати високу улазну импедансу са добрим појачањем, истовремено пружајући одбацивање шума у уобичајеном режиму са потпуно диференцијалним улазима. У реду је ако га сада не добијете, у овом чланку ћемо научити о овим појачивачима за инструментацију, а пошто су ови ИЦ-ови релативно скупи од оп-појачала, научићемо и како да користимо уобичајена појачала попут ЛМ385 или ЛМ324 за изградњу Инструментационо појачало и користите га за наше примене. Оп-појачала се такође могу користити за изградњу склопа напонских збрајача и напонских одузимача.
Шта је ИЦ појачивач за инструментацију?
Поред нормалних ИЦ оп-појачала, имамо неколико посебних врста појачала за инструментационо појачало попут ИНА114 ИЦ. То је ништа више од неколико нормалних оп-појачала која се комбинују за одређене специфичне примене. Да бисмо разумели више о овоме, погледајмо табелу података ИНА114 за свој интерни дијаграм кола.
Као што видите, ИЦ узима два сигнална напона В ИН - и В ИН +, размотримо их од сада за лакше разумевање као В1 и В2. Излазни напон (В О) може се израчунати помоћу формула
В О = Г (В2 - В1)
Где је Г добитак оптичког појачала и може се подесити помоћу спољног отпорника Р Г и израчунати помоћу следећих формула
Г = 1+ (50 к Ω / РГ)
Напомена: Вредност 50к охм применљива је само за ИНА114 ИЦ, јер користи отпорнике од 25к (25 + 25 = 50). Можете израчунати вредност за остале кругове.
Дакле, у основи сада, ако га погледате, Ин-амп само пружа разлику између два извора напона са појачањем које може подесити спољни отпорник. Да ли вам ово звучи познато? Ако не погледате дизајн диференцијалног појачала и вратите се.
Да !, то је управо оно што ради диференцијално појачало, а ако га боље погледате, можете чак установити да оп-појачало А3 на горњој слици није ништа друго до круг диференцијалног појачала. Дакле, лаички речено, Инструментационо појачало је још једна врста диференцијалног појачала, али са више предности попут високе улазне импедансе и лагане контроле појачања итд. Ове предности су због друга два оптичка појачала (А2 и А1) у дизајну, о томе ћемо сазнати више у следећем наслову.
Разумевање појачала за инструментацију
Да бисмо у потпуности разумели појачало Инструментатион, раставимо горњу слику на смислене блокове као што је приказано доле.
Као што видите , Ин-Амп је само комбинација два Буффер оп-амп кола и једног диференцијалног оп-амп круга. О оба ова оп-амп дизајна научили смо појединачно, сада ћемо видети како се комбинују у диференцијални оп-амп.
Разлика између диференцијалног појачала и инструментационог појачала
Већ смо научили како да дизајнирамо и користимо диференцијално појачало у нашем претходном чланку. Неколико значајних недостатака диференцијалног појачала је што има врло малу улазну импедансу због улазних отпорника и има врло низак ЦМРР због великог појачања у заједничком моду. Они ће бити превазиђени у инструментацијском појачалу због међуспремничког кола.
Такође у диференцијалном појачалу морамо променити пуно отпорника да бисмо променили вредност појачања појачала, али у диференцијалном појачалу можемо контролисати појачање једноставним подешавањем једне вредности отпорника.
Инструментационо појачало које користи Оп-појачало (ЛМ358)
Хајде сада да направимо практично појачало за инструментацију помоћу оптичког појачала и проверимо како то ради. ОП-АМП ИНСТРУМЕНТАТИОН појачало склоп који ја користим је у наставку.
Коло захтева три опитна појачала заједно; Користио сам две ЛМ358 ИЦ. ЛМ358 је двоструко опционо појачало, што значи да има два оп-појачала у једном пакету, тако да су нам потребна два за наше коло. Слично томе, такође можете користити три опциона појачала ЛМ741 или један четворокомпонентни појачавач ЛМ324.
У горњем кругу опцијско појачало У1: А и У1: Б делује као напонски бафер који помаже у постизању високе улазне импедансе. Оп-појачало У2: А делује као диференцијално појачало. Будући да су сви отпорници диференцијалног оп-појачала 10к, он делује као диференцијално појачало са појачањем јединице, што значи да ће излазни напон бити разлика напона између пина 3 и пина 2 У2: А.
Излазни напон инструментарија појачало склоп може израчунати коришћењем ниже формулама.
Воут = (В2-В1) (1+ (2Р / Рг))
Где је Р = вредност отпора у кругу. Овде је Р = Р2 = Р3 = Р4 = Р5 = Р6 = Р7 што је 10к
Рг = појачани отпорник. Овде је Рг = Р1које је 22к.
Дакле, вредност Р и Рг одлучује о појачању појачала. Вредност добитка може се израчунати помоћу
Добитак = (1+ (2Р / Рг))
Симулација инструментационог појачала
Горње коло када се симулира даје следеће резултате.
Као што видите, улазни напони В1 су 2,8 В, а В2 3,3 В. Вредност Р је 10к, а вредност Рг је 22к. Стављање свих ових вредности у горње формуле
Воут = (В2-В1) (1+ (2Р / Рг)) = (3.3-2.8) (1+ (2к10 / 22)) = (0.5) * (1.9) = 0.95В
Добијамо вредност излазног напона 0,95 В што се поклапа са горњом симулацијом. Дакле, добитак горњег кола је 1,9, а разлика напона је 0,5В. Дакле, ово коло ће у основи измерити разлику између улазних напона и помножити је са појачањем и произвести је као излазни напон.
Такође можете приметити да се улазни напон В1 и В2 појављује на отпорнику Рг, то је због негативних повратних информација Оп-појачала У1: А и У1: Б. Ово осигурава да пад напона на Рг буде једнак разлици напона између В1 и В2 због чега једнака количина струје тече кроз отпорнике Р5 и Р6 чинећи напон на пину 3 и пину 2 једнаким на оп-појачалу У2: А. Ако измерите напон пре отпорника, можете видети стварни излазни напон оптичког појачала У1: А и У1: Б чија ће разлика бити једнака излазном напону као што је приказано горе у симулацији.
Тестирање склопа појачавача инструмената на хардверу
Довољна теорија омогућава заправо стварање истог кола на табли и мерење нивоа напона. Моје подешавање везе је приказано испод.
Користио сам матично напајање које смо раније направили. Ова плоча може испоручити и 5В и 3.3В. Користим 5В шину за напајање својих оп-појачала и 3.3В као улазни напон сигнала В2. Други улазни напон В2 је подешен на 2.8В помоћу мог РПС-а. Будући да сам такође користио 10к отпорник за Р и 22к отпорник за Р1, добитак круга ће бити 1,9. Разлика напона је 0,5 В, а појачање 1,9, што ће нам дати 0,95 В као излазни напон који се мери и приказује на слици помоћу мултиметра. Комплетан радни из инструменти појачало кола је шоу на снимку чија је веза испод.
Слично томе, можете променити вредност Р1 да бисте подесили појачање према потреби користећи горе описане формуле. С обзиром да се појачање овог појачала може врло лако контролисати помоћу једног отпорника, често се користи за контролу јачине звука у аудио круговима.
Надам се да сте разумели склоп и уживали сте научити нешто корисно. Ако имате питања, оставите их у одељку за коментаре испод или користите форум за бржи одговор.