An инструментален усилвател е един вид IC (интегрална схема) , използвани главно за усилване на сигнал. Този усилвател попада в семейството на диференциалния усилвател, защото увеличава несъответствието между два входа. Основната функция на този усилвател е да намали излишния шум, избран от веригата. Капацитетът да се отказва шум е познат на всеки IC щифтове, които са известни като CMRR (коефициент на отхвърляне в общ режим) . The инструментален усилвател IC е съществен компонент при проектирането на веригата поради своите характеристики като висок CMRR, коефициентът на усилване с отворен контур е висок, нисък дрейф, както и ниско изместване на DC и т.н.
Какво е инструментален усилвател?
Инструментален усилвател се използва за усилване на сигнали от много ниско ниво, отхвърляне на шума и сигналите за смущения. Примери за това могат да бъдат сърдечен ритъм, кръвно налягане, температура, земетресения и т.н. Следователно основните характеристики на добрия усилвател за измерване са както следва.
- Входове към инструментални усилватели ще има много ниска енергия на сигнала. Следователно инструменталният усилвател трябва да има висок коефициент на усилване и да бъде точен.
- Коефициентът на усилване трябва да бъде лесно регулируем с помощта на едно управление.
- Той трябва да има висок входен и нисък импеданс на изхода, за да се предотврати натоварването.
- Инструменталният усилвател трябва да има висок CMRR оттогава преобразувателят изходът обикновено съдържа сигнали в общ режим, като шум, когато се предава по дълги проводници.
- Той също трябва да има висока скорост на нарастване, за да се справя с резки времена на нарастване на събитията и да осигурява максимално ненарушено люлеене на изходното напрежение.
Инструментален усилвател, използващ Op Amp
The инструментален усилвател, използващ оп-усилвателна верига е показано по-долу. The оп-усилватели 1 и 2 са неинвертиращи усилватели, а операционният усилвател 3 е a усилвател на разликата . Тези три операционни усилвателя заедно образуват инструментален усилвател. Окончателният изход Vout на усилвателя на уреда е усилената разлика на входните сигнали, приложени към входните клеми на операционния усилвател 3. Нека изходите на операционния усилвател 1 и оп-усилвателят 2 бъдат съответно Vo1 и Vo2.
Инструментален усилвател, използващ Op Amp
Тогава, Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)
Погледнете входния етап на измервателния усилвател, както е показано на фигурата по-долу. The извличане на инструментален усилвател е обсъдено по-долу.
Потенциалът на възел A е входното напрежение V1. Следователно потенциалът на възел B също е V1, от виртуалната кратка концепция. По този начин потенциалът на възел G също е V1.
Потенциалът на възел D е входното напрежение V2. Следователно потенциалът на възел C също е V2, от виртуалния къс. По този начин потенциалът на възел H също е V2.
Входен етап на инструменталния усилвател
The работа на инструменталния усилвател е, В идеалния случай токът към входния етап на операционните усилватели е нула. Следователно токът I през резисторите R1, Rgain и R1 остават същите.
Прилагане Законът на Ом между възли E и F,
I = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)
I = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)
Тъй като към входа на операционните усилватели 1 и 2 не тече ток, токът I между възлите G и H може да се даде като,
I = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ………………………. (Две)
Приравнявайки уравнения 1 и 2,
(Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain) = (V1-V2) / Rgain
(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain ………………………. (3)
Изходът на усилвателя на разликата се дава като,
Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)
Следователно, (Vo1 - Vo2) = (R2 / R3) Vout
Заместване (Vo1 - Vo2) стойност в уравнение 3, получаваме
(R2 / R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain
i.e. Vout = (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} (V1-V2)
Това горно уравнение дава изходното напрежение на инструментален усилвател.
Общата печалба на усилвателя се дава от термина (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} .
Общото усилване на напрежението на инструментален усилвател може да се контролира чрез регулиране стойността на резистора Rgain.
Затихването на сигнала в общ режим за измервателния усилвател се осигурява от усилвателя на разликата.
Предимства на инструменталния усилвател
The предимства на инструменталния усилвател включват следното.
- Печалбата от три операционни усилвателя инструментариум усилвателна верига може лесно да се променя чрез регулиране на стойността само на един резистор Rgain.
- Коефициентът на усилване на усилвателя зависи само от използваните външни резистори.
- Входният импеданс е много висок поради конфигурациите на последователите на излъчвателя на усилватели 1 и 2
- Изходният импеданс на измервателния усилвател е много нисък поради различния усилвател3.
- CMRR на оп-усилвател 3 е много висока и почти целият сигнал в общия режим ще бъде отхвърлен.
Приложения на инструментален усилвател
The приложения на инструменталния усилвател включват следното.
- Тези усилватели включват предимно там, където се изисква точността на високия диференциален коефициент на усилване, трябва да се запази силата в шумна обстановка, както и там, където има огромни общи режими сигнали. Някои от приложенията са
- Инструментални усилватели се използват в събиране на данни от малки o / p преобразуватели като термодвойки , тензодатчици, измервания на Мост от Уитстоун и т.н.
- Тези усилватели се използват в навигацията, медицината, радарите и т.н.
- Тези усилватели се използват за подобряване на Съотношение S / N ( сигнал за шум ) в аудио приложения като аудио сигнали с ниска амплитуда.
- Тези усилватели се използват за изображения, както и за събиране на видео данни при кондиционирането на високоскоростен сигнал.
- Тези усилватели се използват в RF кабелни системи за усилване на високочестотния сигнал.
Разлика между операционния усилвател и инструменталния усилвател
Основните разлики между операционния усилвател и инструменталния усилвател включват следното.
- An операционен усилвател (op-amp) е един вид интегрална схема
- Инструменталният усилвател е един вид диференциален усилвател
- Инструменталният усилвател може да бъде изграден с три операционни усилвателя.
- Диференциалният усилвател може да бъде изграден с единичен операционен усилвател .
- Изходното напрежение на различния усилвател се влияе поради несъответствието на резисторите
- Инструменталният усилвател предлага усилване с един резистор от основната си фаза, който не се нуждае от съвпадение на резистор.
По този начин всичко е свързано с инструментален усилвател . От горната информация, накрая, можем да заключим, че това е съществена интегрална схема, докато се справяме с условия на ниско напрежение. Усилвателят на усилвателя може да бъде променен чрез смяна на резисторите във входната страна. Този усилвател има високо входно съпротивление, както и високо CMRR. Ето въпрос към вас, каква е основната функция на инструментален усилвател?