An amplificador d’instrumentació és un tipus de IC (circuit integrat) , s'utilitza principalment per amplificar un senyal. Aquest amplificador pertany a la família de l'amplificador diferencial perquè augmenta la disparitat entre dues entrades. La funció principal d’aquest amplificador és disminuir el soroll excedent que tria el circuit. La capacitat de rebutjar el soroll és familiar per a tots els pins IC que es coneixen com a CMRR (relació de rebuig en mode comú) . El IC amplificador d'instrumentació és un component essencial en el disseny del circuit per les seves característiques com CMRR elevat, el guany de bucle obert és elevat, baixa a la deriva, així com un baix desplaçament de CC, etc.
Què és un amplificador d'instrumentació?
Un amplificador d’instrumentació s’utilitza per amplificar senyals de molt baix nivell, rebutjant els senyals de soroll i interferències. Els exemples poden ser els batecs del cor, la pressió arterial, la temperatura, els terratrèmols, etc. Per tant, les característiques essencials d’un bon amplificador d’instrumentació són les següents.
- Entrades al fitxer amplificadors d'instrumentació tindrà una energia de senyal molt baixa. Per tant, l'amplificador d'instrumentació ha de tenir un guany elevat i ha de ser precís.
- El guany ha de ser fàcilment ajustable mitjançant un sol control.
- Ha de tenir alta impedància d’entrada i baixa impedància de sortida per evitar la càrrega.
- L'amplificador d'instrumentació hauria de tenir un CMRR alt des de llavors el transductor la sortida sol contenir senyals de mode comú, com ara soroll, quan es transmet per cables llargs.
- També ha de tenir una alta velocitat de gir per manejar els moments forts de pujada d’esdeveniments i proporcionar una oscil·lació màxima de la tensió de sortida sense distorsions.
Amplificador d'instrumentació amb Op Amp
El instrumentació mitjançant amplificador circuit d'amplificador operatiu es mostra a continuació. El amplificadors operatius 1 i 2 són amplificadors sense inversió i l’amplificador 3 és un amplificador de diferència . Aquests tres amplificadors operatius junts formen un amplificador d’instrumentació. La sortida final Vout de l’amplificador d’instrumentació és la diferència amplificada dels senyals d’entrada aplicats als terminals d’entrada de l’ampli operatiu 3. Deixeu que les sortides de l’amplificador 1 i de l’amplificador 2 siguin Vo1 i Vo2 respectivament.
Amplificador d'instrumentació amb Op Amp
Aleshores, Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)
Mireu l’etapa d’entrada de l’amplificador d’instrumentació tal com es mostra a la figura següent. El instrumentació derivació amplificador es parla a continuació.
El potencial al node A és la tensió d’entrada V1. Per tant, el potencial al node B també és V1, a partir del concepte curt virtual. Per tant, el potencial al node G també és V1.
El potencial al node D és la tensió d’entrada V2. Per tant, el potencial al node C també és V2, a partir del curt virtual. Per tant, el potencial al node H també és V2.
Etapa d'entrada de l'amplificador d'instrumentació
El funcionament de l'amplificador d'instrumentació és, idealment, el corrent als amplificadors operatius de l’etapa d’entrada és zero. Per tant, l’actual I les resistències R1, Rgain i R1 continuen sent els mateixos.
Sol·licitud Llei d’Ohm entre els nodes E i F,
I = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ............................ (1)
I = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)
Com que cap corrent flueix a l'entrada dels amplificadors operatius 1 i 2, el corrent I entre els nodes G i H es pot donar com,
I = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ............................ (2)
Igualant les equacions 1 i 2,
(Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain) = (V1-V2) / Rgain
(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain ............................ (3)
La sortida de l'amplificador de diferència es dóna com,
Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)
Per tant, (Vo1 - Vo2) = (R2 / R3) Vout
Substituint (Vo1 - Vo2) valor a l’equació 3, obtenim
(R2 / R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain
és a dir, Vout = (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} (V1-V2)
Aquesta equació anterior dóna la tensió de sortida d'un amplificador d'instrumentació.
El guany global de l'amplificador ve donat pel terme (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} .
El guany de tensió global d'un amplificador d’instrumentació es pot controlar ajustant el valor de la resistència Rgain.
L'atenuació del senyal de mode comú per a l'amplificador d'instrumentació la proporciona l'amplificador de diferència.
Avantatges de l'amplificador d'instrumentació
El avantatges de l'amplificador d'instrumentació inclou el següent.
- El guany d’un amplificador de tres op instrumentació circuit amplificador es pot variar fàcilment ajustant el valor d'una sola resistència Rgain.
- El guany de l'amplificador depèn només de les resistències externes utilitzades.
- La impedància d’entrada és molt alta a causa de les configuracions de seguidors de l’emissor dels amplificadors 1 i 2
- La impedància de sortida de l'amplificador d'instrumentació és molt baixa a causa de la diferència d'amplificador3.
- El CMRR del amplificador operatiu 3 és molt alt i es rebutjarà gairebé tot el senyal de mode comú.
Aplicacions de l'amplificador d'instrumentació
El aplicacions de l'amplificador d'instrumentació inclou el següent.
- Aquests amplificadors impliquen principalment allà on es requereix la precisió d’un guany diferencial elevat, la força s’ha de preservar en entorns sorollosos, així com allà on hi ha senyals de mode comú enormes. Algunes de les aplicacions ho són
- S’utilitzen amplificadors d’instrumentació adquisició de dades des de petit o / p transductors M'agrada termoparells , mesuradors de tensió, mesures de Pont de Wheatstone , Etc.
- Aquests amplificadors s’utilitzen en navegació, medicina, radar, etc.
- Aquests amplificadors s'utilitzen per millorar el Relació S / N ( senyal al soroll ) en aplicacions d'àudio com senyals d'àudio amb baixa amplitud.
- Aquests amplificadors s’utilitzen tant per a la captació d’imatges com per a la captació de dades de vídeo en el condicionament del senyal d’alta velocitat.
- Aquests amplificadors s'utilitzen en sistemes de cable RF per a l'amplificació del senyal d'alta freqüència.
Diferència entre l'amplificador operacional i l'amplificador d'instrumentació
Les diferències clau entre l'amplificador operacional i l'amplificador d'instrumentació són les següents.
- An amplificador operacional (amplificador operatiu) és un tipus de circuit integrat
- L'amplificador d'instrumentació és un tipus d'amplificador diferencial
- L’amplificador d’instrumentació es pot construir amb tres amplificadors operatius.
- L'amplificador diferencial es pot construir amb un sol amplificador operacional .
- El voltatge de sortida de l’amplificador de diferència es veu afectat per les resistències de desajustament
- L’amplificador d’instrumentació ofereix guanys amb una sola resistència de la seva fase primària que no necessita una resistència coincident.
Per tant, es tracta d’un amplificador d’instrumentació . A partir de la informació anterior, finalment, podem concloure que es tracta d’un circuit integrat essencial mentre es tracta de condicions de baixa tensió. El guany de l'amplificador es pot canviar canviant les resistències del costat d'entrada. Aquest amplificador té una alta resistència d’entrada i una alta CMRR. Aquí teniu una pregunta, Quina és la funció principal d'un amplificador d'instrumentació?
