Измерительный усилитель

Измерительный усилитель
Схема типичного измерительного усилителя

Измерительный усилитель (иначе инструментальный усилитель, электрометрический вычитатель[1]) — это тип дифференциального усилителя с характеристиками, подходящими для использования в измерениях и тестирующем оборудовании. Такие характеристики включают: очень малое смещение постоянного тока, малый дрейф, малый шум, очень высокий коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи, очень высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала, и очень высокие входные сопротивления. Такие усилители применяются, когда требуются большая точность и высокая стабильность схемы, как кратковременно, так и долговременно.

Наиболее часто используемая схема измерительного усилителя показана на рисунке. Измерительный усилитель представляет собой двухкаскадный усилитель. Первый каскад — дифференциальный усилитель на двух взаимосвязанных неинвертирующих усилителях. Для повышения входного сопротивления входной каскад строят на двух отдельных (невзаимосвязанных) неинвертирующих усилителях. Второй каскад — дифференциальный инвертирующий усилитель.[2] Буферные взаимосвязанные неинвертирующие усилители увеличивают входное сопротивление (импеданс) низкоимпедансного дифференциального инвертирующего усилителя. Резистор R_\mathrm{gain} — общий для обоих неинвертирующих усилителей.

Коэффициент усиления напряжения дифференциального инвертирующего усилителя (англ. Operational amplifier#Inverting amplifier) равен:[3][4][3][5][6][7][1]

K_\mathrm{Ud}=\frac{R_3}{R_2}

коэффициент усиления напряжения всей схемы составляет:

K_U=K_\mathrm{Ud}\cdot K_\mathrm{Ub}=\frac{V_\mathrm{out}}{V_2 - V_1} = \left (1 + {2 R_1 \over R_\mathrm{gain}} \right ) {R_3 \over R_2}

Строгий вывод коэффициента усиления инструментального усилителя:

На выходе первого каскада, на первом операционном усилителе напряжение составит:

Vi_1 = V_2 + \left (1 + { R_1 \over R_\mathrm{gain}} \right ) \cdot \left ( V_1 - V_2 \right )

и на втором операционном усилителе :

Vi_2 = V_1 + \left (1 + { R_1 \over R_\mathrm{gain}} \right ) \cdot \left ( V_2 - V_1 \right )

(это следует из того, что за счет обратной связи и собственного бесконечно большого коэффициента усиления операционного усилителя напряжения на инвертирующих входах примерно равны входным напряжениям на неинвертирующих входах и резисторы R1 и Rgain образуют соответствующие делители)

Напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя второго каскада определяется делителем собранном на резисторах R2 и R3 будет равно:

Vd_p = Vi_2 \cdot { R_3 \over { R_2 + R_3 } }

Напряжение на его инвертирующем входе так же определяется делителем собранном на другой паре резисторов R2 и R3:

Vd_m = V_\mathrm{out}-  \left ( V_\mathrm{out} - Vi_1  \right ) \cdot { R_3  \over { R_2+R_3 } }

Эти напряжения должны стать примерно равными за счет обратной связи и собственного бесконечно большого коэффициента усиления операционного усилителя:

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 } }

оттуда:

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_1
V_\mathrm{out} \cdot { R_2 \over R_3 } = Vi_2 - Vi_1

и наконец

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{gain}} \right ) \cdot \left ( V_2 - V_1 \right ) - V_2 - \left (1 + { R_1 \over R_\mathrm{gain}} \right ) \cdot \left ( V_1 - V_2 \right ) \right ) \cdot { R_3 \over R_2 } =  \left ( 1 + { 2 \cdot R_1 \over R_\mathrm{gain} } \right ) \cdot { R_3 \over R_2 } \cdot \left ( V_2 - V_1 \right )

соответственно:

K_U = \left ( 1 + { 2 \cdot R_1 \over R_\mathrm{gain} } \right ) \cdot { R_3 \over R_2 }

Инструментальный усилитель может быть построен из отдельных операционных усилителей и прецизионных резисторов. Несколько производителей (Texas Instruments, National Semiconductor, Analog Devices, Linear Technology и Maxim Integrated Products) выпускают интегральные схемы с инструментальным усилителем с лазерной подгонкой резисторов.[8][9][10]

См. также

Примечания

  1. 1 2 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Москва, «МИР», 1982. Стр.466, рис.25.3.
  2. http://www.univie.ac.at/cga/courses/BE513/Instrumentation/ Instrumentation Amplifier
  3. 1 2 http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/instamp1/instamp1.htm 3 Op Amp Instrumentation Amplifier
  4. http://openbookproject.net//electricCircuits/Semi/SEMI_8.html#xtocid83189 The instrumentation amplifier
  5. http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/4034/ Three is a Crowd for Instrumentation Amplifiers
  6. http://www.leso.sibsutis.ru/index.php?act=article&target=dip_4 3 Разработка аппаратной части. 3.2 Инструментальный усилитель
  7. http://www.compeljournal.ru/enews/2008/7/2 OPA454 — мощный и высоковольтный
  8. AD620
  9. MAX4194
  10. INA128



Wikimedia Foundation. 2010.

Поможем написать курсовую

Полезное


Смотреть что такое "Измерительный усилитель" в других словарях:

  • ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — устройство для усиления электрич. сигналов (тока, напряжения), а также для преобразования напряжения в ток и наоборот. По виду амплитудно частотной хар ки различают: избирательные И. у., предназначенные для усиления гармонич. сигналов определ.… …   Физическая энциклопедия

  • измерительный усилитель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN instrument amplifier …   Справочник технического переводчика

  • измерительный усилитель — matavimo stiprintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. instrument amplifier; measuring amplifier vok. Meßverstärker, m rus. измерительный усилитель, m pranc. amplificateur de mesure, m …   Automatikos terminų žodynas

  • измерительный усилитель — matavimo stiprintuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. measurement amplifier; measuring amplifier vok. Meßverstärker, m rus. измерительный усилитель, m pranc. amplificateur de mesure, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Измерительный усилитель —         см. Электрических сигналов усилитель …   Большая советская энциклопедия

  • Измерительный усилитель (средство измерений) — У этого термина существуют и другие значения, см. Измерительный усилитель. Измерительный усилитель  электронный усилитель, применяемый в процессе измерений и обеспечивающий точную передачу электрического сигнала в заданном масштабе.… …   Википедия

  • Измерительный усилитель (Средство измерений) — Измерительный усилитель электронный усилитель, применяемый в процессе измерений и обеспечивающий точную передачу электрического сигнала в заданном масштабе. Содержание 1 Общие сведения 2 Классификация и обозначения …   Википедия

  • Измерительный усилитель (значения) — Эта статья предлагается к удалению. Пояснение причин и соответствующее обсуждение вы можете найти на странице Википедия:К удалению/20 августа 2012. Пока процесс обсужден …   Википедия

  • Усилитель — Усилитель  элемент системы управления (или регистрации и контроля), предназначенный для усиления входного сигнала до уровня, достаточного для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии… …   Википедия

  • Усилитель (электроника) — Электронный усилитель  усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»