Приборы (или аппаратурный ) усилитель (иногда на короткие столах , как InAmp или InAmp ) представляет собой тип дифференциального усилителя , который был оснащен входной буферными усилителями , которые устраняют необходимость ввода согласования импеданса и , таким образом , делают усилитель особенно хорошо подходят для использования в измерительное и испытательное оборудование . Дополнительные характеристики включают очень низкое смещение постоянного тока , низкий дрейф , низкий уровень шума , очень высокий коэффициент усиления без обратной связи , очень высокий коэффициент подавления синфазного сигнала., и очень высокие входные сопротивления . Измерительные усилители используются там , где большая точность и стабильность в цепи необходимы как краткосрочные , так и в долгосрочной перспективе.
Хотя инструментальный усилитель обычно показан схематически идентичным стандартному операционному усилителю (операционному усилителю), электронный инструментальный усилитель почти всегда состоит из трех операционных усилителей. Они устроены так, что есть один операционный усилитель для буферизации каждого входа (+, -) и один для получения желаемого выхода с адекватным согласованием импеданса для функции. [1] [2]
Наиболее часто используемая схема инструментального усилителя показана на рисунке. Коэффициент усиления схемы равен
Крайний правый усилитель вместе с резисторами с маркировкой а также это просто стандартная схема дифференциального усилителя с усилением = и дифференциальное входное сопротивление = 2 ·. Два усилителя слева - это буферы. С участиемудалены (разомкнутые), они представляют собой простые буферы единичного усиления; схема будет работать в этом состоянии, с усилением, просто равными высокий входной импеданс из-за буферов. Коэффициент усиления буфера можно увеличить, поместив резисторы между входами инвертирования буфера и землей, чтобы отвести часть отрицательной обратной связи; однако единственный резистормежду двумя инвертирующими входами - гораздо более элегантный метод: он увеличивает дифференциальное усиление буферной пары, оставляя синфазное усиление равным 1. Это увеличивает коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) схемы, а также позволяет буферам обрабатывать намного большие синфазные сигналы без ограничения, чем было бы в случае, если бы они были отдельными и имели одинаковое усиление. Еще одним преимуществом метода является то, что он увеличивает коэффициент усиления с помощью одного резистора, а не пары, что позволяет избежать проблемы согласования резисторов и позволяет очень удобно изменять коэффициент усиления схемы, изменяя значение одного резистора. Набор переключаемых резисторов или даже потенциометр можно использовать для, обеспечивая легкое изменение коэффициента усиления схемы без необходимости переключения согласованных пар резисторов.
Идеальное синфазное усиление инструментального усилителя равно нулю. В показанной схеме синфазное усиление вызвано несоответствием соотношений резисторов.и из-за несовпадения коэффициентов усиления в синфазном режиме двух входных операционных усилителей. Получение очень близко согласованных резисторов представляет собой значительную трудность при изготовлении этих схем, так же как и оптимизация характеристик синфазного режима. [3]
Инструментальный усилитель также может быть построен с двумя операционными усилителями для экономии средств, но коэффициент усиления должен быть выше двух (+6 дБ). [4] [5]
Инструментальные усилители могут быть построены с отдельными операционными усилителями и прецизионными резисторами, но также доступны в форме интегральных схем от нескольких производителей (включая Texas Instruments , Analog Devices , Linear Technology и Maxim Integrated Products ). Инструментальный усилитель на интегральной схеме обычно содержит согласованные резисторы с лазерной подстройкой и, следовательно, обеспечивает превосходное подавление синфазного сигнала. Примеры включают INA128 , AD8221 , LT1167 и MAX4194 .
Инструментальные усилители также могут быть спроектированы с использованием «архитектуры косвенной обратной связи по току», которая расширяет рабочий диапазон этих усилителей до отрицательной шины питания, а в некоторых случаях и положительной шины питания. Это может быть особенно полезно в системах с однополярным питанием, где отрицательная шина питания является просто заземлением цепи (GND). Примерами компонентов, использующих эту архитектуру, являются MAX4208 / MAX4209 и AD8129 / AD8130 .
Типы
Инструментальный усилитель без обратной связи
Инструментальный усилитель без обратной связи - это дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением, разработанный без внешней сети обратной связи. Это позволяет уменьшить количество усилителей (один вместо трех), уменьшить шум (резисторы обратной связи не создают тепловых шумов) и увеличить полосу пропускания (частотная компенсация не требуется). В инструментальных усилителях, стабилизированных прерыванием (или дрейфом нуля), таких как LTC2053, используется входной интерфейс переключения для устранения ошибок смещения постоянного тока и дрейфа.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ RF Coughlin, FF Driscoll Операционные усилители и линейные интегральные схемы (2-е изд. 1982 г. ISBN 0-13-637785-8 ) с.161.
- ^ Мур, Дэвис, Coplan Building Scientific Apparatus (2-е изд., 1989 г.) ISBN 0-201-13189-7 ) с.407.
- ^ Smither, Pugh и Woolard: 'КОСС Анализ 3-ОУ измерительного усилителя', письма Электроника, Том 13, выпуск 20, 29 сентября 1977, стр 594.
- ^ "Не влюбляйтесь в один тип инструментальных усилителей - 2002-05-30 07:00:00" . EDN . Проверено 28 октября 2014 года .
- ^ «Усилители для биоэлектрических событий: конструкция с минимальным количеством деталей» . Biosemi.com . Проверено 3 октября 2011 года .
Внешние ссылки
- Интерактивный анализ инструментального усилителя
- Инструментальный усилитель Opamp
- Инструментальный усилитель
- Уроки электрических цепей - Том III - Инструментальный усилитель
- Практический обзор синфазных и инструментальных усилителей
- Инструментальный усилитель
- Руководство разработчика по инструментальным усилителям (3-е издание)
- Три - это толпа инструментальных усилителей
- Решения, схемы и приложения для инструментальных усилителей
- КМОП-дифференциальные усилители с фиксированным усилением без внешней обратной связи для широкого диапазона температур (криогеника)