Přístrojový zesilovač

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 23. dubna 2021; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Měřící zesilovač , přístrojový zesilovač , elektrometrický odčítač [1] [2] - druh diferenciálního zesilovače se zlepšenými parametry, vhodný pro použití v měřicích a testovacích zařízeních.

Tyto vlastnosti zahrnují: velmi nízký vstupní offset, nízký teplotní drift , nízký vlastní šum , vysoký zisk , široce nastavitelné pouze jedním rezistorem, velmi vysoké potlačení společného režimu , velmi vysoké vstupní odpory , nízký vstupní proud.

Takové zesilovače se používají tam, kde je požadována vysoká přesnost a vysoká stabilita obvodu, jak krátkodobá, tak dlouhodobá.

Používají se v měřicí technice, zpracování signálů různých senzorů atd.

Popis elektrického obvodu

Klasický elektrický obvod měřicího zesilovače je na obrázku. Měřicí zesilovač je dvoustupňový zesilovač. Pro zvýšení vstupní impedance je vstupní stupeň postaven na dvou samostatných zesilovačích. Vstupním stupněm je diferenciální zesilovač vyrobený na dvou neinvertujících zesilovačích připojených přes rezistor . Druhý stupeň je konvenční diferenciální invertující zesilovač s vysokým potlačením společného režimu [3] . $R_{zisk}$

Vstupní neinvertující zesilovače s vyrovnávací pamětí zvyšují vstupní impedanci (impedanci) nízkoimpedančního výstupního diferenciálního invertujícího zesilovače pro diferenciální i společné signály, protože signál je přiváděn přímo do vstupních operačních zesilovačů s velmi nízkými vstupními proudy. Rezistor - společný pro oba vstupní neinvertující zesilovače, změnou hodnoty jeho odporu se mění zesílení přístrojového zesilovače. ${\displaystyle R_{\mathrm {zisk} ))$

Zisk výstupního diferenciálního invertujícího zesilovače je [1] [4] [5] [6] [7] :

$K_{\mathrm {Ud} }={\frac {R_{3}}{R_{2}}},$

rozdílové zesílení napětí celého obvodu:

K_{U}=K_{\mathrm {Ud} }\cdot K_{\mathrm {Ub} }={\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{2}-V_{1} }}=\left(1+{2R_{1} \přes R_{\mathrm {zisk} }}\vpravo){R_{3} \přes R_{2}}.

Odvození zesílení v zesilovači

Tato analýza předpokládá, že všechny operační zesilovače jsou ideální, to znamená s nekonečným ziskem, nulovými vstupními proudy a nulovým vstupním předpětím.

Na výstupu prvního stupně na prvním operačním zesilovači (na obrázku vlevo nahoře) je výstupní napětí:

Vi_{1}=V_{2}+\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {zisk} }}\right)\cdot \left(V_{1}-V_{2 }\že jo),

a na výstupu druhého operačního zesilovače (vlevo dole):

Vi_{2}=V_{1}+\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot \left(V_{2}-V_{1 }\že jo).

Tyto výrazy vyplývají ze skutečnosti, že díky zpětné vazbě a vlastnímu nekonečně velkému zesílení operačního zesilovače jsou napětí na invertujících vstupech přesně rovna vstupním napětím na neinvertujících vstupech a rezistory tvoří odpovídající děliče napětí . $R_{1}$ ${\displaystyle R_{\mathrm {zisk} ))$

Napětí na neinvertujícím vstupu operačního zesilovače druhého stupně je určeno děličem napětí sestávajícím z a bude rovno: $R_{2}$ $R_{3}$

Vd_{p}=Vi_{2}\cdot {R_{3} \over {R_{2}+R_{3}}}.

Napětí na jeho invertujícím vstupu je také určeno děličem napětí vytvořeným na jiném páru rezistorů a : $R_{2}$ $R_{3}$

Vd_{m}=V_{\mathrm {out} }-\left(V_{\mathrm {out} }-Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over {R_{2} +R_{3}}}.

Tato napětí jsou stejná v důsledku působení zpětné vazby a inherentního nekonečného zesílení operačního zesilovače:

Vi_{2}\cdot {R_{3} \over {R_{2}+R_{3))}=V_{\mathrm {out} }-\left(V_{\mathrm {out} }- Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over {R_{2}+R_{3}}},

odtamtud:

V_{\mathrm {out} }=\left(Vi_{2}+V_{\mathrm {out} }-Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over {R_{2} +R_{3}}},

V_{\mathrm {out} }\cdot \left(1+{R_{2} \over R_{3}}\right)=Vi_{2}+V_{\mathrm {out} }-Vi_{ jeden},

V_{\mathrm {out} }\cdot {R_{2} \over R_{3}}=Vi_{2}-Vi_{1},

a nakonec:

V_{\mathrm {out} }=\left(Vi_{2}-Vi_{1}\right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}=

=\left(V_{1}+\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {zisk} }}\right)\cdot \left(V_{2}-V_{1} \right)-V_{2}-\left(1+{R_{1} \over R_{\mathrm {zisk} }}\right)\cdot \left(V_{1}-V_{2}\right) \right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}=

=\left(1+{2\cdot R_{1} \over R_{\mathrm {zisk} }}\right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}\cdot \left( V_{2}-V_{1}\vpravo).

Nakonec máme:

K_{U}=\left(1+{2\cdot R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right)\cdot {R_{3} \over R_{2}}

Přístrojový zesilovač lze sestavit ze samostatných diskrétních součástek – operačních zesilovačů a přesných rezistorů. Několik výrobců ( Texas Instruments , National Semiconductor , Analog Devices , Linear Technology a Maxim Integrated Products ) vyrábí běžně dostupné integrované obvody zesilovačů přístrojového vybavení, které používají laserově upravené odpory [8] [9] [10] .

Viz také

Poznámky

↑ 1 2 Tietze U., Shenk K. Polovodičové obvody. Moskva, "MIR", 1982. S. 466, obr. 25.3.
↑ Gutnikov V.S. Integrovaná elektronika v měřicích zařízeních // 2. vyd., revidováno. a další .. - L .: Energoatomizdat, 1988. - S. 30 .
↑ Přístrojový zesilovač . Získáno 25. ledna 2006. Archivováno z originálu 3. listopadu 2005. (neurčitý)
↑ 3 Op Amp Instrumentation Amplifier (nedostupný odkaz) . Získáno 13. září 2009. Archivováno z originálu 2. března 2011. (neurčitý)
↑ http://openbookproject.net//electricCircuits/Semi/SEMI_8.html#xtocid83189 Archivováno 27. října 2009 ve Wayback Machine Přístrojový zesilovač
↑ Three is the Crowd for Instrumentation Amplifiers . Získáno 13. září 2009. Archivováno z originálu 12. prosince 2009. (neurčitý)
↑ 3 Vývoj hardwaru. 3.2 Přístrojový zesilovač
↑ AD620 . Získáno 13. září 2009. Archivováno z originálu 1. ledna 2011. (neurčitý)
↑ MAX4194 (nedostupný odkaz) . Získáno 13. září 2009. Archivováno z originálu 2. května 2010. (neurčitý)
↑ INA128 . Získáno 13. září 2009. Archivováno z originálu 5. srpna 2011. (neurčitý)