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儀用放大器(手機(jī)屏幕放大器幾寸最好)
在工業(yè)傳感領(lǐng)域中 , 儀表放大器應(yīng)用最為廣泛 , 相比通用放大器 , 它的輸入阻抗高 , 抗共模干擾強(qiáng) , 在強(qiáng)噪聲環(huán)境下 , 能保證放大電路的增益與精度 , 然而需要注意儀表放大器的工作電壓配置方式比較復(fù)雜 。本篇討論儀表放大器特性與有效工作電壓配置方法 。
1 儀表放大器定義與特性
儀表放大器(instrumentation amplifier,INA)典型結(jié)構(gòu)如圖3.1 , 內(nèi)部由3個(gè)放大器組建而成 。第一級(jí)由兩個(gè)放大器(AMP1,AMP2)組建同相放大電路 , 實(shí)現(xiàn)高阻抗差分輸入 , 內(nèi)置反饋電阻Rf1,Rf2 , 與外部配置電阻Rg調(diào)節(jié)增益 。第二級(jí)使用一個(gè)放大器(AMP3)組建差動(dòng)電路 , R1、R2、R3、R4是經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的高精度匹配電阻 。另外 , 通過(guò)REF腳調(diào)節(jié)輸出電壓的參考 。
圖3.1 儀表放大器結(jié)構(gòu)
儀表放大器輸入阻抗通常為GΩ等級(jí) 。如圖3.2 , AD8421的共模、差模輸入阻抗都為30GΩ 。
圖3.2 AD8421輸入特性
儀表放大器的增益配置通過(guò)內(nèi)部Rf1,Rf2與外部Rg阻值實(shí)現(xiàn),由于每款儀表放大器內(nèi)部反饋電阻的阻值不同 , 需要通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)確認(rèn) 。如圖3.3 , AD8421的增益為式3-1 。
增益電阻Rg , 滿足式3-2 。
圖3.3 AD8421引腳功能描述
儀表放大器的基準(zhǔn)引腳用來(lái)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的參考電壓 。如圖3.1 , 基準(zhǔn)引腳REF在電阻R4的一端 , R4通常為KΩ級(jí) 。為獲得最佳性能 , 在驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)引腳時(shí) , 不能使用電阻器分壓直接驅(qū)動(dòng) , 而是在電阻器輸出增加放大器做緩沖 , 再提供到基準(zhǔn)引腳 , 如圖3.4 。
圖3.4AD8421基準(zhǔn)引腳驅(qū)動(dòng)方式
2 儀表放大器有效工作配置
儀表放大器、差分放大器的用途是將輸入差模信號(hào)進(jìn)行放大 , 但是只關(guān)注的差模信號(hào) , 忽略共模信號(hào)就會(huì)發(fā)生問(wèn)題 。
2017年11月初 , 一位測(cè)量領(lǐng)域的工程師反饋問(wèn)題 , 他使用AD8221數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦電路 , 如圖3.5(a) 。將±10V單端信號(hào)轉(zhuǎn)為+5V差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)一款∑Δ型ADC 。測(cè)試中 , 使用信號(hào)源產(chǎn)生幅值為1V的直流信號(hào)作為激勵(lì)與電路連接 , AD8221電路輸出信號(hào)如圖3.5(b) 。
工程師希望使用該電路實(shí)現(xiàn)萬(wàn)用表的電壓測(cè)量功能 , 檢測(cè)指定范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)的電壓 , 目前這個(gè)電路不能工作 。了解到這里 , 筆者讓工程師查看測(cè)量電路與信號(hào)源是否存在共地端?答案是沒(méi)有 , 信號(hào)源與AD8221兩個(gè)輸入端相連接 , 除此以外沒(méi)有任何電氣連接 。
圖3.5 AD8221應(yīng)用電路與測(cè)試情況
筆者幫助工程師分析儀表放大器的模型如圖3.1 , 放大的差模信號(hào)Vdiff是兩個(gè)輸入端以地電位為參考的電壓之差 , 如式3-3 。
這兩個(gè)輸入端都存在共模信號(hào) , 等于兩個(gè)輸入端對(duì)地電壓的平均值 , 如式3-4 。
儀表放大器電路第一級(jí)放大器的輸出電壓Va,Vb分別為式3-5、式3-6 。
當(dāng)差模信號(hào)與共模信號(hào)在輸入范圍內(nèi) , 儀表放大器才能正常工作 , 輸出電壓Vo為式3-7 。
目前測(cè)試電路的問(wèn)題在于兩個(gè)輸入信號(hào)沒(méi)有參考電位 , 所以建議將AD8221的一個(gè)輸入端與電路板的地電位連接 , 工程師修改后電路正常工作 。
該案例判斷中AD8221儀表放大器的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)是否在有效范圍內(nèi)的辦法是使用鉆石圖 。在指定增益 , 與指定供電電壓范圍內(nèi) , 輸入共模電壓與輸出電壓范圍的有效區(qū)間 。如圖3.6(a) , AD8221電路增益為1倍 , 供電電壓為±5V時(shí) , 輸入共模電壓和輸出電壓在綠色陰影區(qū) , 電路有效工作 。當(dāng)供電電壓為±15V時(shí) , 輸入共模電壓和輸出電壓在紅色陰影區(qū) , 電路有效工作 。如圖3.6(b) , AD8221電路增益為100倍 , 供電電壓為±5V時(shí) , 輸入共模電壓和輸出電壓在藍(lán)色陰影區(qū) , 電路有效工作 。供電電壓為±15V , 輸入共模電壓和輸出電壓在紫色陰影區(qū) , 電路有效工作 。
以上關(guān)于本文的內(nèi)容,僅作參考!溫馨提示:如遇健康、疾病相關(guān)的問(wèn)題,請(qǐng)您及時(shí)就醫(yī)或請(qǐng)專業(yè)人士給予相關(guān)指導(dǎo)!
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