Litar penguat instrumen menggunakan op

Hampir semua jenis sensor dan transduser menukar parameter dunia nyata seperti cahaya, suhu, berat dan lain-lain menjadi nilai voltan agar sistem elektronik kita memahaminya. Variasi dalam tahap voltan ini akan membantu kita dalam menganalisis / mengukur parameter dunia nyata, tetapi dalam beberapa aplikasi seperti sensor bioperubatan, variasi ini sangat kecil (isyarat tahap rendah) dan sangat penting untuk mengawasi variasi menit ke dapatkan data yang boleh dipercayai. Dalam aplikasi ini digunakan Instrumentation Amplifier.

Penguat Instrumentasi aka INO atau in-amp seperti namanya menguatkan variasi voltan dan memberikan output pembezaan seperti op-amp lain. Tetapi tidak seperti penguat biasa, penguat Instrumentasi akan mempunyai impedans input tinggi dengan keuntungan yang baik sambil memberikan penolakan bunyi mod biasa dengan input pembezaan sepenuhnya. Tidak apa-apa jika anda tidak mendapatkannya sekarang, dalam artikel ini kita akan belajar tentang penguat Instrumentasi ini dan kerana IC ini agak mahal daripada Op-amp, kita juga akan belajar bagaimana menggunakan Op-amp biasa seperti LM385 atau LM324 untuk membina Penguat instrumen dan menggunakannya untuk aplikasi kami. Op-amp juga boleh digunakan untuk membina voltan penambah dan litar Subtractor voltan.

Apakah IC Penguat Instrumentasi?

Selain IC op-amps biasa, kami mempunyai beberapa jenis penguat khas untuk penguat Instrumentasi seperti IC INA114. Ia tidak lebih daripada hanya beberapa op-amp biasa yang digabungkan untuk aplikasi tertentu tertentu. Untuk memahami lebih lanjut mengenai ini mari kita lihat lembaran data INA114 untuk gambarajah litar dalamannya.

Seperti yang anda lihat IC mengambil dua voltan isyarat V _IN - dan V _IN +, mari kita anggap sebagai V1 dan V2 dari sekarang untuk kemudahan memahami. Voltan keluaran (V _O) dapat dikira menggunakan formula

V _O = G (V2 - V1)

Di mana, G adalah keuntungan op-amp dan dapat diatur menggunakan perintang luaran R _G dan dikira menggunakan formula di bawah

G = 1+ (50k Ω / RG)

Catatan: Nilai 50k ohm hanya berlaku untuk IC INA114 kerana ia menggunakan perintang 25k (25 + 25 = 50). Anda boleh mengira nilai untuk litar lain masing-masing.

Jadi pada dasarnya sekarang jika anda melihatnya, In-amp hanya memberikan perbezaan antara dua sumber voltan dengan keuntungan yang dapat ditetapkan oleh perintang luaran. Adakah ini terdengar biasa? Sekiranya tidak, perhatikan reka bentuk penguat Berbeza dan kembali.

Ya !, inilah yang dilakukan oleh penguat pembezaan dan jika anda melihat dengan lebih dekat, anda juga dapat mengetahui bahawa op-amp A3 pada gambar di atas tidak lain adalah litar penguat pembezaan. Jadi dalam istilah awam, Instrumentation-amp adalah jenis penguat pembezaan yang lain tetapi dengan lebih banyak kelebihan seperti impedans input tinggi dan kawalan perolehan yang mudah dan lain-lain. Kelebihan ini adalah kerana dua op-amp (A2 dan A1) yang lain dalam reka bentuk, kita akan mengetahui lebih lanjut mengenainya pada tajuk seterusnya.

Memahami Penguat Instrumentasi

Untuk memahami sepenuhnya penguat Instrumentasi, mari kita pecahkan gambar di atas menjadi blok yang bermakna seperti yang ditunjukkan di bawah.

Seperti yang anda lihat , In-Amp hanyalah gabungan dari dua rangkaian op-amp Buffer dan satu rangkaian op-amp pembezaan. Kami telah mengetahui tentang kedua-dua reka bentuk op-amp ini secara individu, sekarang kami akan melihat bagaimana mereka digabungkan untuk membentuk Op-amp yang berbeza.

Perbezaan antara Penguat Pembezaan dan Penguat Instrumentasi

Kami telah belajar bagaimana merancang dan menggunakan penguat pembezaan dalam artikel kami sebelumnya. Beberapa kelemahan penguat pembezaan adalah kerana ia mempunyai impedans input yang sangat rendah kerana resistor input dan mempunyai CMRR yang sangat rendah kerana keuntungan mod biasa yang tinggi. Ini akan diatasi dalam penguat Instrumentasi kerana rangkaian penyangga.

Juga dalam penguat pembezaan kita perlu mengubah banyak perintang untuk mengubah nilai penguatan penguat tetapi dalam penguat pembezaan kita dapat mengawal kenaikan dengan hanya menyesuaikan satu nilai perintang.

Penguat Instrumentasi menggunakan Op-amp (LM358)

Sekarang mari kita membina penguat Instrumentasi praktikal menggunakan op-amp dan periksa bagaimana ia berfungsi. The op-amp litar peralatan penguat yang saya gunakan adalah seperti di bawah.

Litar memerlukan tiga op-amp bersama-sama; Saya telah menggunakan dua IC LM358. LM358 adalah op-amp pakej dua iaitu ia mempunyai dua op-amp dalam satu pakej jadi kami memerlukan dua daripadanya untuk litar kami. Begitu juga anda boleh menggunakan tiga op-amp LM741 satu paket atau op-amp satu pakej quad LM324.

Dalam litar di atas, op-amp U1: A dan U1: B bertindak sebagai penyangga voltan ini membantu dalam mencapai impedans input tinggi. Op-amp U2: A bertindak sebagai op-amp pembeza. Oleh kerana semua perintang op-amp pembezaan adalah 10k, ia berfungsi sebagai penguat pembezaan kesatuan yang bermaksud voltan keluaran akan menjadi perbezaan voltan antara pin 3 dan pin 2 dari U2: A.

The voltan keluaran litar penguat Instrumentation boleh dikira dengan menggunakan di bawah formula.

Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))

Di mana, R = Perintang nilai litar. Di sini R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 iaitu 10k

Rg = Perintang Gain. Di sini Rg = R1 yang 22k.

Jadi nilai R dan Rg menentukan keuntungan penguat. Nilai keuntungan dapat dikira dengan

Keuntungan = (1+ (2R / Rg))

Simulasi Penguat Instrumentasi

Litar di atas apabila disimulasikan memberikan hasil berikut.

Seperti yang anda lihat, voltan input V1 ialah 2.8V dan V2 adalah 3.3V. Nilai R ialah 10k dan nilai Rg ialah 22k. Menempatkan semua nilai ini dalam formula di atas

Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3.3-2.8) (1+ (2x10 / 22)) = (0.5) * (1.9) = 0.95V

Kami mendapat nilai voltan keluaran menjadi 0.95V yang sepadan dengan simulasi di atas. Jadi keuntungan litar di atas adalah 1.9 dan perbezaan voltan ialah 0.5V Jadi litar ini pada asasnya akan mengukur perbezaan antara voltan input dan mengalikannya dengan gandaan dan menghasilkannya sebagai voltan keluaran.

Anda juga dapat melihat bahawa voltan input V1 dan V2 muncul di perintang Rg ini disebabkan oleh maklum balas negatif Op-amp U1: A dan U1: B. Ini memastikan bahawa penurunan voltan merentasi Rg sama dengan perbezaan voltan antara V1 dan V2 yang menyebabkan jumlah arus yang sama mengalir melalui perintang R5 dan R6 menjadikan voltan pada pin 3 dan pin 2 sama pada op-amp U2: A. Sekiranya anda mengukur voltan sebelum perintang, anda dapat melihat voltan keluaran sebenar dari op-amp U1: A dan U1: B yang perbezaannya sama dengan voltan keluaran seperti yang ditunjukkan di atas dalam simulasi.

Menguji Litar Penguat Instrumentasi pada Perkakasan

Cukup Teori membolehkan sebenarnya membina litar yang sama di papan roti dan mengukur tahap voltan. Persediaan sambungan saya ditunjukkan di bawah.

Saya telah menggunakan bekalan kuasa papan roti yang kami bina sebelumnya. Papan ini dapat menghasilkan kedua-dua 5V dan 3.3V. Saya menggunakan rel 5V untuk menggerakkan kedua-dua op-amp saya dan 3.3V sebagai voltan input isyarat V2. Voltan input V2 yang lain ditetapkan ke 2.8V menggunakan RPS saya. Oleh kerana saya juga telah menggunakan perintang 10k untuk R dan perintang 22k untuk R1, keuntungan litar akan menjadi 1.9. Voltan perbezaan adalah 0.5V dan keuntungannya adalah 1.9 produk yang akan memberi kita 0.95V sebagai voltan output yang diukur dan ditunjukkan dalam gambar menggunakan multimeter. Kerja lengkap rangkaian penguat instrumen ditunjukkan dalam video yang dipautkan di bawah.

Begitu juga anda boleh mengubah nilai R1 untuk menetapkan keuntungan seperti yang diperlukan menggunakan formula yang dibincangkan di atas. Oleh kerana keuntungan penguat ini dapat dikendalikan dengan mudah menggunakan satu perintang, ia sering digunakan dalam kawalan kelantangan untuk litar audio.

Harap anda memahami litar dan menikmati pembelajaran sesuatu yang berguna. Sekiranya anda mempunyai sebarang pertanyaan, tinggalkan di bahagian komen di bawah atau gunakan forum untuk mendapatkan respons yang lebih pantas.