- Mi az a műszeres erősítő IC?
- A műszeres erősítő megértése
- Különbség a differenciálerősítő és a műszeres erősítő között
- Műszeres erősítő Op-amp (LM358) segítségével
- A műszererősítő szimulációja
- A műszererősítő áramkör tesztelése hardveren
Szinte minden típusú érzékelő és átalakító átalakítja a valós paramétereket, például a fényt, a hőmérsékletet, a súlyt stb. Feszültségértékekké, hogy elektronikus rendszereink megértsék azt. Ennek a feszültségszintnek a változása segít a valós paraméterek elemzésében / mérésében, de néhány alkalmazásban, például az orvosbiológiai szenzorokban, ez az eltérés nagyon kicsi (alacsony szintű jelek), és nagyon fontos, hogy nyomon kövessük a perc változását is. megbízható adatokhoz juthat. Ezekben az alkalmazásokban egy műszererősítőt használnak.
Az Instrumentation erősítő, más néven INO vagy amper, amint a neve is mutatja, felerősíti a feszültség változását és differenciál kimenetet biztosít, mint bármely más op-erősítő. De a normál erősítőtől eltérően a Instrumentation erősítők nagy bemeneti impedanciával és jó erősítéssel rendelkeznek, miközben a teljes módú zajelutasítást biztosítják teljesen differenciális bemenetek mellett. Nem baj, ha nem kapja meg most, ebben a cikkben megismerjük ezeket az Instrumentation erősítőket, és mivel ezek az IC-k viszonylag drágák, mint az Op-erősítők, azt is megtanuljuk, hogyan kell használni egy normál Op-erősítőt, például LM385 vagy LM324 egy Műszeres erősítő és használja az alkalmazásainkhoz. Az Op-amperek felhasználhatók feszültség-összeadó és feszültség-kivonó áramkör kiépítésére is.
Mi az a műszeres erősítő IC?
A normál op-amperes IC-n kívül van néhány speciális típusú erősítőnk a Instrumentation erősítőhöz, például az INA114 IC. Ez nem más, mint néhány normál op-erősítő kombinálva egyes speciális alkalmazásokhoz. Ha többet szeretne megtudni erről, nézze meg az INA114 belső kapcsolási rajzának adatlapját.
Mint látható, az IC két V IN - és V IN + jelfeszültséget vesz fel, az érthetőség kedvéért mostantól V1-nek és V2-nek tekintsük őket. A kimeneti feszültség (V O) a képletek segítségével számolható
V O = G (V2 - V1)
Ahol G az op-amp erősítése, és az R G külső ellenállás segítségével beállítható, és az alábbi képletekkel számolható
G = 1+ (50k Ω / RG)
Megjegyzés: Az 50 k ohm érték csak az INA114 IC esetében alkalmazható, mivel 25 k (25 + 25 = 50) ellenállást használ. Kiszámíthatja más áramkörök értékét.
Tehát alapvetően most, ha megnézzük, egy In-amp csak két feszültségforrás közötti különbséget biztosítja olyan erősítéssel, amelyet egy külső ellenállás állíthat be. Ez ismerősen hangzik? Ha nem, akkor nézze meg a Differenciál erősítő kialakítását, és térjen vissza.
Igen !, pontosan ezt teszi a differenciálerősítő, és ha jobban megnézzük, akkor még azt is megállapíthatjuk, hogy a fenti képen látható op-amp A3 nem más, mint egy differenciálerősítő áramkör. Tehát laikus értelemben az Instrumentation-amp még egyfajta differenciálerősítő, de több előnye van, mint például a nagy bemeneti impedancia és az egyszerű erősítésszabályozás stb. Ezek az előnyök a másik két op-amp (A2 és A1) miatt vannak, a következő fejezetben többet megtudunk róla.
A műszeres erősítő megértése
Az Instrumentation erősítő teljes megértése érdekében bontsuk le a fenti képet értelmes blokkokra az alábbiak szerint.
Amint láthatja, az In-Amp csak két Buffer op-amp áramkör és egy differenciál op-amp áramkör kombinációja. Mindkét op-amp kialakításról külön-külön értesültünk, most meglátjuk, hogyan kombinálják őket egy differenciál op-amp erősítővé.
Különbség a differenciálerősítő és a műszeres erősítő között
Korábbi cikkünkben már megtanultuk a differenciálerősítő tervezését és használatát. A differenciálerősítő néhány jelentős hátránya, hogy nagyon alacsony a bemeneti impedanciája a bemeneti ellenállások miatt, és nagyon alacsony CMRR a magas közös módú erősítés miatt. Ezeket egy Instrumentation erősítőben leküzdjük a puffer áramkör miatt.
Szintén egy differenciálerősítőben sok ellenállást kell megváltoztatnunk, hogy megváltoztassuk az erősítő erősítési értékét, de egy differenciálerősítőben az erősítést egy ellenállás értékének egyszerű beállításával tudjuk szabályozni.
Műszeres erősítő Op-amp (LM358) segítségével
Most építsünk egy praktikus Instrumentation erősítőt az op-amp segítségével, és ellenőrizzük annak működését. Az általam használt op-amp műszeres erősítő áramkört az alábbiakban adom meg.
Az áramkörhöz három op-erősítőre van szükség; Két LM358 IC-t használtam. Az LM358 egy kettős op-erősítő, vagyis két op-erősítő van egy csomagban, így kettőre van szükségünk áramkörünkhöz. Hasonlóképpen használhat három egycsomagú LM741 op-amp-ot vagy egy quad csomag LM324 op-amp-t is.
A fenti áramkörben az U1: A és az U1: B erősítő feszültség pufferként működik, ez segít a nagy bemeneti impedancia elérésében. Az U2: A op-erősítő differenciál op-erősítőként működik. Mivel a differenciális op-amp összes ellenállása 10k, egységerősítő differenciálerősítőként működik, vagyis a kimeneti feszültség az U2: A 3. és 2. érintkezője közötti feszültségkülönbség lesz.
Az Instrumentation erősítő áramkör kimeneti feszültségét az alábbi képletekkel lehet kiszámítani.
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))
Hol, R = ellenállás érték az áramkör. Itt R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7, amely 10k
Rg = Nyereségellenállás. Itt Rg = R1amely 22k.
Tehát R és Rg értéke határozza meg az erősítő erősítését. A nyereség értéke kiszámítható
Nyereség = (1+ (2R / Rg))
A műszererősítő szimulációja
A fenti áramkör szimulálva a következő eredményeket adja.
Amint láthatja, a V1 bemeneti feszültség 2,8 V és V2 3,3 V. R értéke 10k, Rg értéke 22k. Mindezeket az értékeket felvéve a fenti képletekbe
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3,3-2,8) (1+ (2x10 / 22)) = (0,5) * (1,9) = 0,95V
Azt kapjuk, hogy a kimeneti feszültség értéke 0.95V legyen, ami megfelel a fenti szimulációnak. Tehát a fenti áramkör erősítése 1,9, a feszültségkülönbség pedig 0,5 V. Tehát ez az áramkör alapvetően meg fogja mérni a bemeneti feszültségek különbségét, és megszorozza az erősítéssel, és kimeneti feszültségként adja.
Azt is észreveheti, hogy a V1 és V2 bemeneti feszültség megjelenik az Rg ellenálláson, ez az U1: A és U1: B Op-amp negatív visszacsatolásának köszönhető. Ez biztosítja, hogy az Rg feszültségesése megegyezzen a V1 és V2 feszültségkülönbségével, ami azonos mennyiségű áram áramlását okozza az R5 és R6 ellenállásokon, így a 3. és 2. érintkező feszültsége egyenlő az U2: A erősítővel. Ha megméri a feszültséget az ellenállások előtt, láthatja az U1: A és U1: B op-amp tényleges kimeneti feszültségét, amelynek különbsége megegyezik a kimeneti feszültséggel, amint azt a szimuláció fent bemutatja.
A műszererősítő áramkör tesztelése hardveren
Elég elmélet lehetővé teszi, hogy ugyanazt az áramkört valóban egy kenyérlapra építsék, és mérjék a feszültségszinteket. A kapcsolatom beállítása alább látható.
A korábban épített kenyérlap tápegységet használtam. Ez a kártya 5 és 3,3 V feszültséget is képes szállítani. Az 5 V-os sínt használom mind a két erősítőm, mind pedig a 3,3 V-os bemenetként V2 jelbemeneti feszültségként. A másik V2 bemeneti feszültséget az RPS segítségével 2,8 V-ra állítják. Mivel R-hez 10k, R1-hez pedig 22k ellenállást is használtam, az áramkör erősítése 1,9 lesz. A különbség feszültsége 0,5 V, az erősítés 1,9 szorzata, amelynek 0,95 V kimeneti feszültségét kapjuk, amelyet multiméter segítségével mérünk és jelenítünk meg a képen. A műszeres erősítő áramkörének teljes működését az alábbi videó mutatja.
Hasonlóképpen megváltoztathatja az R1 értékét az erősítés szükség szerinti beállításához a fent tárgyalt képletek segítségével. Mivel ennek az erősítőnek az erősítése nagyon könnyen szabályozható egyetlen ellenállással, gyakran használják a hangerő szabályozásában az audio áramkörök számára.
Remélem, megértette az áramkört és élvezettel tanult valami hasznosat. Ha bármilyen kérdése van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben, vagy használja a fórumot a gyorsabb válasz érdekében.