Instrumentation Amplifier คืออะไร? แผนภาพวงจรข้อดีและการใช้งาน

อัน เครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด เป็นชนิดหนึ่ง IC (วงจรรวม) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับขยายสัญญาณ แอมพลิฟายเออร์นี้อยู่ภายใต้ตระกูลของแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลเนื่องจากเพิ่มความแตกต่างระหว่างสองอินพุต ฟังก์ชั่นหลักของเครื่องขยายเสียงนี้คือลดสัญญาณรบกวนส่วนเกินที่เลือกโดยวงจร ความสามารถในการปฏิเสธเสียงรบกวนนั้นคุ้นเคยกับพิน IC ทุกตัวซึ่งเรียกว่า CMRR (อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป) . IC เครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการออกแบบวงจรเนื่องจากลักษณะเช่น CMRR สูงอัตราขยายวงเปิดสูงดริฟท์ต่ำและออฟเซ็ต DC ต่ำเป็นต้น

Instrumentation Amplifier คืออะไร?

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดใช้เพื่อขยายสัญญาณระดับต่ำมากโดยปฏิเสธสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวน ตัวอย่างเช่นการเต้นของหัวใจความดันโลหิตอุณหภูมิแผ่นดินไหวและอื่น ๆ ดังนั้นคุณสมบัติที่สำคัญของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัดที่ดีมีดังนี้

• อินพุตไปยังไฟล์ เครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด จะมีพลังงานสัญญาณต่ำมาก ดังนั้นเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัดควรมีอัตราขยายสูงและควรมีความแม่นยำ
• ควรปรับอัตราขยายได้อย่างง่ายดายโดยใช้การควบคุมเดียว
• ต้องมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำเพื่อป้องกันการโหลด
• เครื่องขยายเสียง Instrumentation ควรมี CMRR สูงตั้งแต่นั้นมา ตัวแปลงสัญญาณ เอาต์พุตมักจะมีสัญญาณโหมดทั่วไปเช่นสัญญาณรบกวนเมื่อส่งผ่านสายไฟยาว
• นอกจากนี้ยังต้องมีอัตราการหมุนสูงเพื่อรองรับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและให้แรงดันไฟฟ้าขาออกสูงสุดที่ไม่บิดเบือน

Instrumentation Amplifier โดยใช้ Op Amp

เครื่องขยายเสียงโดยใช้ วงจร op-amp ดังแสดงด้านล่าง ออปแอมป์ 1 & 2 เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านและ op-amp 3 คือ a เครื่องขยายเสียงที่แตกต่างกัน . ออปแอมป์ทั้งสามนี้รวมกันเป็นแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด เอาต์พุตสุดท้ายของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด Vout คือความแตกต่างที่ขยายของสัญญาณอินพุตที่ใช้กับขั้วอินพุตของ op-amp 3 ให้เอาต์พุตของ op-amp 1 และ op-amp 2 เป็น Vo1 และ Vo2 ตามลำดับ

Instrumentation Amplifier โดยใช้ Op Amp

จากนั้น Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)

ดูขั้นตอนการป้อนข้อมูลของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัดดังแสดงในรูปด้านล่าง ที่มาของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด จะกล่าวถึงด้านล่าง

ศักย์ที่โหนด A คือแรงดันไฟฟ้าอินพุต V1 ดังนั้นศักยภาพที่โหนด B จึงเป็น V1 เช่นกันจากแนวคิดสั้น ๆ เสมือน ดังนั้นศักยภาพที่โหนด G จึงเป็น V1

ศักย์ที่โหนด D คือแรงดันไฟฟ้าอินพุต V2 ดังนั้นศักยภาพที่โหนด C จึงเป็น V2 เช่นกันจาก virtual short ดังนั้นศักยภาพที่โหนด H จึงเป็น V2

ขั้นตอนการป้อนข้อมูลของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด

การทำงานของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด คือตามหลักการแล้วกระแสไปยังออปแอมป์ขั้นตอนอินพุตเป็นศูนย์ ดังนั้นปัจจุบันฉันผ่าน ตัวต้านทาน R1, Rgain และ R1 ยังคงเหมือนเดิม

การสมัคร กฎของโอห์ม ระหว่างโหนด E และ F

ฉัน = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)

ฉัน = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)

เนื่องจากไม่มีกระแสไหลไปยังอินพุตของออปแอมป์ 1 & 2 กระแส I ระหว่างโหนด G และ H จึงสามารถกำหนดเป็น

ฉัน = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ……………………….(สอง)

การสร้างสมการที่ 1 และ 2

(Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain) = (V1-V2) / Rgain

(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain ………………………. (3)

เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันจะได้รับเป็น

Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)

ดังนั้น, (Vo1 - Vo2) = (R2 / R3) Vout

การแทนที่ (Vo1 - Vo2) ค่าในสมการ 3 เราได้

(R2 / R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain

เช่น Vout = (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} (V1-V2)

สมการข้างต้นนี้ให้แรงดันเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด

ผลกำไรโดยรวมของแอมพลิฟายเออร์จะได้รับตามระยะ (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} .

แรงดันไฟฟ้าโดยรวมของ เครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด สามารถควบคุมได้โดยการปรับค่าของตัวต้านทาน Rgain

การลดทอนสัญญาณโหมดทั่วไปสำหรับเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัดนั้นมาจากเครื่องขยายเสียงที่แตกต่างกัน

ข้อดีของ Instrumentation Amplifier

ข้อดีของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด รวมสิ่งต่อไปนี้

• อัตราขยายของออปแอมป์สามตัว เครื่องมือวัด วงจรเครื่องขยายเสียง สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายโดยการปรับค่าของตัวต้านทาน Rgain เพียงตัวเดียว
• อัตราขยายของเครื่องขยายเสียงขึ้นอยู่กับตัวต้านทานภายนอกที่ใช้เท่านั้น
• อิมพีแดนซ์อินพุตสูงมากเนื่องจากการกำหนดค่าผู้ติดตามตัวปล่อยของแอมพลิฟายเออร์ 1 และ 2
• อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดต่ำมากเนื่องจากแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกัน 3.
• CMRR ของ op-amp 3 สูงมากและสัญญาณโหมดทั่วไปเกือบทั้งหมดจะถูกปฏิเสธ

แอปพลิเคชั่นของ Instrumentation Amplifier

การใช้งานเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด รวมสิ่งต่อไปนี้

• แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความแม่นยำของอัตราขยายที่แตกต่างกันสูงความแข็งแรงจะต้องได้รับการรักษาไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังเช่นเดียวกับที่สัญญาณโหมดทั่วไปขนาดใหญ่อยู่ที่นั่น บางส่วนของการใช้งานคือ
• แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดใช้ใน การเก็บข้อมูล จากขนาดเล็ก o / p ทรานสดิวเซอร์ ชอบ เทอร์โมคัปเปิล , มาตรวัดความเครียด, การวัด สะพานวีทสโตน ฯลฯ
• เครื่องขยายเสียงเหล่านี้ใช้ในการนำทางการแพทย์เรดาร์ ฯลฯ
• เครื่องขยายเสียงเหล่านี้ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ อัตราส่วน S / N ( สัญญาณรบกวน ) ในแอพพลิเคชั่นเสียงเช่นสัญญาณเสียงที่มีแอมพลิจูดต่ำ
• เครื่องขยายเสียงเหล่านี้ใช้สำหรับการถ่ายภาพและการเก็บข้อมูลวิดีโอในการปรับสภาพสัญญาณความเร็วสูง
• เหล่านี้ เครื่องขยายเสียง ใช้ในระบบสายเคเบิล RF สำหรับการขยายสัญญาณความถี่สูง

ความแตกต่างระหว่าง Operational Amplifier และ Instrumentation Amplifier

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงานและแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดมีดังต่อไปนี้

• อัน เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ (op-amp) เป็นวงจรรวมชนิดหนึ่ง
• แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเป็นเครื่องขยายเสียงประเภทหนึ่ง
• แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดสามารถสร้างขึ้นด้วยแอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงานสามตัว
• แอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยตัวเดียว เครื่องขยายเสียงในการทำงาน .
• แรงดันเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันได้รับผลกระทบเนื่องจากตัวต้านทานไม่ตรงกัน
• แอมพลิฟายเออร์ Instrumentation ให้อัตราขยายด้วยตัวต้านทานเดียวของเฟสหลักซึ่งไม่จำเป็นต้องจับคู่ตัวต้านทาน

ดังนั้นทั้งหมดนี้จึงเกี่ยวกับไฟล์ เครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด . จากข้อมูลข้างต้นในที่สุดเราสามารถสรุปได้ว่านี่เป็นวงจรรวมที่จำเป็นในขณะที่จัดการกับสภาวะแรงดันไฟฟ้าต่ำ อัตราขยายของเครื่องขยายเสียงสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนตัวต้านทานที่ด้านอินพุต เครื่องขยายเสียงนี้มีความต้านทานอินพุตสูงและ CMRR สูง นี่คือคำถามสำหรับคุณ อะไรคือหน้าที่หลักของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด?