- Kas ir instrumentu pastiprinātāja IC?
- Izpratne par instrumentu pastiprinātāju
- Atšķirība starp diferenciālo pastiprinātāju un instrumentu pastiprinātāju
- Instrumentu pastiprinātājs, izmantojot Op-amp (LM358)
- Instrumentu pastiprinātāja simulācija
- Instrumentu pastiprinātāju shēmas pārbaude aparatūrā
Gandrīz visu veidu sensori un pārveidotāji pārveido reālās pasaules parametrus, piemēram, gaismu, temperatūru, svaru utt., Sprieguma vērtībās, lai mūsu elektroniskās sistēmas to saprastu. Šī sprieguma līmeņa izmaiņas palīdzēs mums analizēt / izmērīt reālās pasaules parametrus, taču dažās lietojumprogrammās, piemēram, biomedicīnas sensoros, šī variācija ir ļoti maza (zema līmeņa signāli), un ir ļoti svarīgi sekot līdzi pat minūšu izmaiņām līdz iegūt ticamus datus. Šajās lietojumprogrammās tiek izmantots instrumentu pastiprinātājs.
Instrumentācijas pastiprinātājs jeb INO vai ampēri, kā norāda nosaukums, pastiprina sprieguma svārstības un nodrošina diferenciālo izeju tāpat kā jebkurš cits op-ampērs. Bet atšķirībā no parastā pastiprinātāja, Instrumentation pastiprinātājiem būs augsta ieejas pretestība ar labu pastiprinājumu, vienlaikus nodrošinot kopējā režīma trokšņu noraidīšanu ar pilnīgi atšķirīgām ieejām. Tas ir labi, ja jūs to nesaņemat tagad, šajā rakstā mēs uzzināsim par šiem Instrumentation pastiprinātājiem, un, tā kā šie IC ir salīdzinoši dārgi nekā Op-ampēri, mēs arī iemācīsimies izmantot parasto Op-amp, piemēram, LM385 vai LM324, lai izveidotu Instrumentu pastiprinātājs un izmantojiet to mūsu lietojumprogrammām. Op-ampēri var tikt izmantoti arī, lai izveidotu sprieguma skaitītāju un sprieguma atņemšanas ķēdi.
Kas ir instrumentu pastiprinātāja IC?
Papildus parastajiem op-ampēriem IC mums ir daži īpašie pastiprinātāji Instrumentation pastiprinātājiem, piemēram, INA114 IC. Tas ir nekas vairāk kā daži parastie op-ampēri, kas apvienoti kopā noteiktiem īpašiem lietojumiem. Lai uzzinātu vairāk par to, ieskatieties tās iekšējās shēmas INA114 datu lapā.
Kā redzat, IC uztver divus signāla spriegumus V IN - un V IN +, lai tagad būtu vieglāk saprast, uzskatīsim tos par V1 un V2. Izejas spriegumu (V O) var aprēķināt, izmantojot formulas
V O = G (V2 - V1)
Kur G ir op-amp pastiprinājums, un to var iestatīt, izmantojot ārējo rezistoru R G un aprēķināt, izmantojot šādas formulas
G = 1+ (50 k Ω / RG)
Piezīme . Vērtība 50k om ir piemērojama tikai INA114 IC, jo tajā tiek izmantoti 25k rezistori (25 + 25 = 50). Jūs varat attiecīgi aprēķināt citu ķēžu vērtību.
Tātad būtībā tagad, ja to aplūkojat, In-amp tikai nodrošina starpību starp diviem sprieguma avotiem ar pastiprinājumu, ko var iestatīt ārējs rezistors. Vai tas izklausās pazīstami? Ja nē, ieskatieties diferenciālā pastiprinātāja dizainu un atgriezieties.
Jā !, tieši to dara diferenciālais pastiprinātājs, un, aplūkojot tuvāk, jūs pat varat atrast, ka op-amp A3 iepriekš redzamajā attēlā ir nekas cits kā diferenciālā pastiprinātāja ķēde. Tātad, laicīgi runājot, Instrumentation-amp ir vēl viens diferenciālā pastiprinātāja veids, bet ar vairākām priekšrocībām, piemēram, lielu ieejas pretestību un vieglu pastiprinājuma kontroli utt. Šīs priekšrocības ir pārējo divu op-amp (A2 un A1) konstrukcijā, mēs uzzināsim vairāk par to nākamajā sadaļā.
Izpratne par instrumentu pastiprinātāju
Lai pilnībā izprastu Instrumentation pastiprinātāju, sadalīsim iepriekš minēto attēlu nozīmīgos blokos, kā parādīts zemāk.
Kā redzat , In-Amp ir tikai divu bufera op-amp ķēdes un vienas diferenciālas op-amp ķēdes kombinācija. Mēs esam iemācījušies par abiem šiem op-amp dizainiem atsevišķi, tagad mēs redzēsim, kā tie tiek apvienoti, veidojot diferenciālo op-amp.
Atšķirība starp diferenciālo pastiprinātāju un instrumentu pastiprinātāju
Kā izstrādāt un izmantot diferenciālo pastiprinātāju, mēs jau esam iemācījušies savā iepriekšējā rakstā. Daži diferenciālā pastiprinātāja trūkumi ir tādi, ka tam ir ļoti zema ieejas pretestība ieejas rezistoru dēļ un ļoti zema CMRR, jo ir augsts kopējā režīma pieaugums. Bufera ķēdes dēļ tās tiks pārvarētas Instrumentation pastiprinātājā.
Arī diferenciālajā pastiprinātājā mums jāmaina daudz rezistoru, lai mainītu pastiprinātāja pastiprinājuma vērtību, bet diferenciālā pastiprinātājā mēs varam kontrolēt pastiprinājumu, vienkārši pielāgojot vienu rezistora vērtību.
Instrumentu pastiprinātājs, izmantojot Op-amp (LM358)
Tagad izveidosim praktisku Instrumentation pastiprinātāju, izmantojot op-amp, un pārbaudīsim, kā tas darbojas. Op-amp instrumenti pastiprinātājs ķēdes, ka es esmu, izmantojot, ir sniegts turpmāk.
Shēmai nepieciešami trīs op-ampēri kopā; Esmu izmantojis divus LM358 IC. LM358 ir divpakāpju op-amp, tas nozīmē, ka tajā ir divi op-ampēri vienā iepakojumā, tāpēc mums vajadzīgi divi no tiem mūsu ķēdei. Tāpat varat izmantot arī trīs viena iepakojuma LM741 op-amp vai vienu četrpakāpju LM324 op-amp.
Iepriekš minētajā ķēdē op-amp U1: A un U1: B darbojas kā sprieguma buferis, kas palīdz sasniegt augstu ieejas pretestību. Op-amp U2: A darbojas kā diferenciālis op-amp. Tā kā visi diferenciālā op-amp rezistori ir 10k, tas darbojas kā vienotības palielināšanas diferenciālais pastiprinātājs, kas nozīmē, ka izejas spriegums būs sprieguma starpība starp U2: A 3. un 2. tapu: A.
Izejas spriegums Instrumentation pastiprinātāju var aprēķināt, izmantojot zemāk formulas.
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))
Kur, R = rezistors vērtē ķēdi. Šeit R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7, kas ir 10k
Rg = Gain Resistor. Šeit Rg = R1kas ir 22k.
Tātad R un Rg vērtība izlemj pastiprinātāja pastiprinājumu. Ieguvuma vērtību var aprēķināt pēc
Gain = (1+ (2R / Rg))
Instrumentu pastiprinātāja simulācija
Iepriekš simulētā shēma dod šādus rezultātus.
Kā redzat, ieejas spriegumi V1 ir 2,8 V un V2 ir 3,3 V. R vērtība ir 10k, un Rg vērtība ir 22k. Visas šīs vērtības ievietojot iepriekš minētajās formulās
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3,3-2,8) (1+ (2x10 / 22)) = (0,5) * (1,9) = 0,95V
Mēs iegūstam izejas sprieguma vērtību 0,95 V, kas atbilst iepriekš minētajai simulācijai. Tātad iepriekš minētās ķēdes pieaugums ir 1,9 un sprieguma starpība ir 0,5 V. Tātad šī shēma būtībā izmērīs starpību starp ieejas spriegumiem un reizinās to ar pastiprinājumu un radīs to kā izejas spriegumu.
Jūs varat arī pamanīt, ka ieejas spriegums V1 un V2 parādās pāri rezistoram Rg, tas ir saistīts ar Op-amp U1: A un U1: B negatīvo atgriezenisko saiti. Tas nodrošina, ka sprieguma kritums pāri Rg ir vienāds ar sprieguma starpību starp V1 un V2, kas izraisa vienādu strāvas daudzumu, kas plūst caur rezistoriem R5 un R6, padarot spriegumu uz tapas 3 un tapas 2 vienādu ar op-amp U2: A. Ja jūs izmērāt spriegumu pirms rezistoriem, jūs varat redzēt faktisko izejas spriegumu no op-amp U1: A un U1: B, kuru starpība būs vienāda ar izejas spriegumu, kā parādīts iepriekš simulācijā.
Instrumentu pastiprinātāju shēmas pārbaude aparatūrā
Pietiekami daudz teorijas ļauj faktiski izveidot to pašu ķēdi uz paneļa un izmērīt sprieguma līmeņus. Mana savienojuma iestatīšana ir parādīta zemāk.
Esmu izmantojis maizes paneļa barošanas avotu, kuru mēs būvējām agrāk. Šī plāksne varētu piegādāt gan 5V, gan 3.3V. Es izmantoju 5V sliedi, lai darbinātu manu op-ampēru un 3.3V kā signāla ieejas spriegumu V2. Izmantojot manu RPS, otrs ieejas spriegums V2 ir iestatīts uz 2,8 V. Tā kā es esmu izmantojis arī 10k rezistoru R un 22k rezistoru R1, ķēdes ieguvums būs 1,9. Atšķirības spriegums ir 0,5 V, un pieaugums ir 1,9 produkts, no kura mums būs 0,95 V kā izejas spriegums, ko mēra un attēlo attēlā, izmantojot multimetru. Pilnīga apstrāde instrumentācija pastiprinātāju ir parādīt video saistīti zemāk.
Līdzīgi jūs varat mainīt R1 vērtību, lai iestatītu pastiprinājumu pēc nepieciešamības, izmantojot iepriekš apspriestās formulas. Tā kā šī pastiprinātāja pastiprinājumu var viegli kontrolēt, izmantojot vienu rezistoru, to bieži izmanto skaņas kontrolē audio ķēdēm.
Ceru, ka sapratāt ķēdi un patika uzzināt kaut ko noderīgu. Ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā zemāk vai izmantojiet forumu, lai ātrāk reaģētu.