- Kas yra instrumentų stiprintuvo IC?
- Suprasti prietaisų stiprintuvą
- Skirtumas tarp diferencialinio stiprintuvo ir prietaisų stiprintuvo
- Instrumentų stiprintuvas naudojant „Op-amp“ (LM358)
- Instrumentų stiprintuvo modeliavimas
- Prietaisų stiprintuvo grandinės testavimas aparatinėje įrangoje
Beveik visų tipų jutikliai ir keitikliai keičia realaus pasaulio parametrus, tokius kaip šviesa, temperatūra, svoris ir kt., Į įtampos vertes, kad mūsų elektroninės sistemos tai suprastų. Šio įtampos lygio kitimas padės mums analizuoti / matuoti realaus pasaulio parametrus, tačiau kai kuriose programose, tokiose kaip biomedicinos jutikliai, šis pokytis yra labai mažas (žemo lygio signalai), todėl labai svarbu sekti net minutės kitimą. gauti patikimus duomenis. Šiose programose naudojamas prietaisų stiprintuvas.
Instrumentų stiprintuvas, dar žinomas kaip INO arba stiprintuvai, kaip rodo pavadinimas, sustiprina įtampos kitimą ir suteikia diferencinį išėjimą, kaip ir bet kurie kiti op. Tačiau, skirtingai nuo įprasto stiprintuvo, „Instrumentation“ stiprintuvai turės didelę įėjimo impedanciją ir gerą prieaugį, tuo pačiu užtikrindami bendro režimo triukšmo atmetimą su visiškai skirtingais įėjimais. Gerai, jei to negavote dabar, šiame straipsnyje mes sužinosime apie šiuos „Instrumentation“ stiprintuvus ir kadangi šie IC yra palyginti brangūs nei „Op-amperai“, mes taip pat sužinosime, kaip naudoti įprastą „Op-amp“, pvz., LM385 ar LM324, Instrumentavimo stiprintuvas ir naudokite jį mūsų programoms. Op-amperai taip pat gali būti naudojami įtampos sumontuotojui ir įtampos atimties grandinei sukurti.
Kas yra instrumentų stiprintuvo IC?
Be įprastų stiprintuvų IC, turime keletą specialių instrumentų stiprintuvų tipų, tokių kaip INA114 IC. Tai yra ne kas kita, kaip keletas įprastų opampų, sujungtų tam tikroms specifinėms programoms. Norėdami daugiau sužinoti apie tai, pažvelkite į savo vidinės grandinės schemos INA114 duomenų lapą.
Kaip matote, IC ima dvi signalo įtampas V IN - ir V IN +, laikykime juos dabar V1 ir V2, kad būtų lengviau suprasti. Išėjimo įtampą (V O) galima apskaičiuoti pagal formules
V O = G (V2 - V1)
Kur, G yra op-amp stiprinimas, kurį galima nustatyti naudojant išorinį rezistorių R G ir apskaičiuoti pagal toliau pateiktas formules
G = 1+ (50k Ω / RG)
Pastaba: 50k omo vertė taikoma tik INA114 IC, nes ji naudoja 25k rezistorius (25 + 25 = 50). Galite atitinkamai apskaičiuoti kitų grandinių vertę.
Taigi iš esmės dabar, jei pažvelgsite į tai, „ In-amp“ tik suteikia skirtumą tarp dviejų įtampos šaltinių su padidėjimu, kurį gali nustatyti išorinis rezistorius. Ar tai skamba pažįstamai? Jei ne, pažvelk į diferencialo stiprintuvo dizainą ir grįžk.
Taip !, tai yra būtent tai, ką daro diferencialinis stiprintuvas, ir, atidžiau pažvelgus, netgi galite pastebėti, kad aukščiau esančiame paveikslėlyje esantis op-amp A3 yra ne kas kita, o diferencialo stiprintuvo grandinė. Taigi, kalbant paprastai, „Instrumentation-amp“ yra dar viena diferencinio stiprintuvo rūšis, tačiau turi daugiau privalumų, tokių kaip didelė įėjimo impedancija ir lengvas stiprinimo valdymas ir kt. Šie pranašumai yra dėl kitų dviejų konstrukcinių op-ampų (A2 ir A1), daugiau apie tai sužinosime kitoje antraštėje.
Suprasti prietaisų stiprintuvą
Norėdami visiškai suprasti „Instrumentation“ stiprintuvą, suskirstykime pirmiau pateiktą vaizdą į prasmingus blokus, kaip parodyta žemiau.
Kaip matote, „In-Amp“ yra tik dviejų buferinių op-amp grandinių ir vienos diferencinės op-amp grandinės derinys. Mes sužinojome apie abu šiuos op-amp dizainus atskirai, dabar mes pamatysime, kaip jie sujungiami, kad būtų sudarytas diferencinis op-amp.
Skirtumas tarp diferencialinio stiprintuvo ir prietaisų stiprintuvo
Kaip suprojektuoti ir naudoti diferencialinį stiprintuvą, mes jau išmokome savo ankstesniame straipsnyje. Keletas reikšmingų diferencialinio stiprintuvo trūkumų yra tai, kad jo įėjimo varža yra labai maža dėl įėjimo rezistorių ir labai maža CMRR dėl didelio bendro režimo stiprinimo. Jie bus įveikti Instrumentation stiprintuve dėl buferinės grandinės.
Taip pat diferencialiniame stiprintuve turime pakeisti daugybę rezistorių, kad pakeistume stiprintuvo stiprinimo vertę, tačiau diferencialiniame stiprintuve galime valdyti stiprinimą, paprasčiausiai sureguliuodami vieną rezistoriaus vertę.
Instrumentų stiprintuvas naudojant „Op-amp“ (LM358)
Dabar sukursime praktišką „Instrumentation“ stiprintuvą naudodami op-amp ir patikrinkime, kaip jis veikia. Toliau pateikiama op-amp instrumentų stiprintuvo grandinė, kurią aš naudoju.
Grandinei reikalingi visi trys stiprintuvai; Aš naudojau du LM358 IC. „LM358“ yra dvigubo paketo op-amp, tai reiškia, kad jis turi du op-amperus vienoje pakuotėje, todėl mums reikia dviejų jų grandinei. Taip pat galite naudoti tris vienos pakuotės „LM741 op-amp“ arba vieną keturių paketų „LM324“ op-amp.
Pirmiau pateiktoje grandinėje op-amp U1: A ir U1: B veikia kaip įtampos buferis, kuris padeda pasiekti didelę įėjimo impedanciją. Op-amp U2: A veikia kaip diferencialinis op-amp. Kadangi visi diferencinio op-stiprintuvo rezistoriai yra 10k, jis veikia kaip vieningumo padidėjimo diferencialinis stiprintuvas, o tai reiškia, kad išėjimo įtampa bus įtampos skirtumas tarp U2: A 3 ir 2 kaiščių.
„ Instrumentation“ stiprintuvo grandinės išėjimo įtampą galima apskaičiuoti naudojant toliau pateiktas formules.
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))
Kur, R = rezistorius vertina grandinę. Čia R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7, kuris yra 10k
Rg = stiprinimo rezistorius. Čia Rg = R1, kuris yra 22 tūkst.
Taigi R ir Rg reikšmė nulemia stiprintuvo stiprinimą. Pelno vertę galima apskaičiuoti pagal
Pelnas = (1+ (2R / Rg))
Instrumentų stiprintuvo modeliavimas
Imituojant pirmiau pateiktą grandinę gaunami šie rezultatai.
Kaip matote, įėjimo įtampa V1 yra 2,8 V, o V2 - 3,3 V. R vertė yra 10k, o Rg vertė yra 22k. Įtraukite visas šias reikšmes į aukščiau pateiktas formules
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3,3-2,8) (1+ (2x10 / 22)) = (0,5) * (1,9) = 0,95V
Gauname išėjimo įtampos vertę kaip 0,95 V, kuri atitinka aukščiau pateiktą modeliavimą. Taigi pirmiau minėtos grandinės stiprinimas yra 1,9, o įtampos skirtumas yra 0,5 V. Taigi ši grandinė iš esmės išmatuos skirtumą tarp įėjimo įtampų ir padaugins jį iš padidėjimo ir pagamins jį kaip išėjimo įtampą.
Taip pat galite pastebėti, kad įėjimo įtampa V1 ir V2 atsiranda per rezistorių Rg, tai yra dėl neigiamo Op-amp U1: A ir U1: B grįžtamojo ryšio. Tai užtikrina, kad įtampos kritimas per Rg yra lygus įtampos skirtumui tarp V1 ir V2, dėl kurio vienodas srovės kiekis teka per rezistorius R5 ir R6, todėl 3 ir 2 kaiščių įtampa yra lygi op-amp U2: A. Jei išmatuosite įtampą prieš rezistorius, galite pamatyti faktinę išėjimo įtampą iš op-amp U1: A ir U1: B, kurių skirtumas bus lygus išėjimo įtampai, kaip parodyta aukščiau modeliavime.
Prietaisų stiprintuvo grandinės testavimas aparatinėje įrangoje
Pakankamai teorija leidžia iš tikrųjų pastatyti tą pačią grandinę ant duonos lentos ir išmatuoti įtampos lygius. Mano ryšio sąranka rodoma žemiau.
Aš naudojau duonos plokštės maitinimo šaltinį, kurį mes pastatėme anksčiau. Ši plokštė galėtų tiekti tiek 5, tiek 3,3 V įtampą. Aš naudoju 5 V bėgį, kad galėčiau maitinti abu savo stiprintuvus ir 3,3 V kaip signalo įėjimo įtampą V2. Naudojant mano RPS, kita įėjimo įtampa V2 nustatyta į 2,8 V. Kadangi aš taip pat naudojau 10k rezistorių R ir 22k rezistorių R1, grandinės padidėjimas bus 1,9. Skirtumo įtampa yra 0,5 V, o padidėjimas yra 1,9, kurio rezultatas bus 0,95 V kaip išėjimo įtampa, kuri matuojama ir rodoma paveikslėlyje naudojant multimetrą. Visas prietaisų stiprintuvo grandinės veikimas parodytas toliau pateiktame vaizdo įraše.
Panašiai galite pakeisti R1 reikšmę, kad nustatytumėte padidėjimą, kaip reikalaujama, naudodamiesi anksčiau aptartomis formulėmis. Kadangi šio stiprintuvo stiprinimą galima labai lengvai valdyti naudojant vieną rezistorių, jis dažnai naudojamas garso grandinių garsumo valdymui.
Tikiuosi, kad supratote grandinę ir patiko sužinoti ką nors naudingo. Jei turite klausimų, palikite juos komentarų skiltyje žemiau arba naudokite forumą, kad greičiau atsakytumėte.