Un amplificatore per strumentazione è un tipo di IC (circuito integrato) , utilizzato principalmente per amplificare un segnale. Questo amplificatore rientra nella famiglia dell'amplificatore differenziale perché aumenta la disparità tra due ingressi. La funzione principale di questo amplificatore è quella di diminuire il rumore in eccesso scelto dal circuito. La capacità di rifiutare il rumore è familiare a tutti i pin IC noti come CMRR (rapporto di reiezione di modo comune) . Il amplificatore per strumentazione IC è un componente essenziale nella progettazione del circuito grazie alle sue caratteristiche come l'alto CMRR, il guadagno ad anello aperto è alto, la bassa deriva e il basso offset CC, ecc.
Cos'è un amplificatore per strumentazione?
Un amplificatore di strumentazione viene utilizzato per amplificare segnali di livello molto basso, respingendo rumore e segnali di interferenza. Esempi possono essere battiti cardiaci, pressione sanguigna, temperatura, terremoti e così via. Pertanto, le caratteristiche essenziali di un buon amplificatore per strumentazione sono le seguenti.
- Ingressi a amplificatori per strumentazione avrà un'energia del segnale molto bassa. Pertanto l'amplificatore della strumentazione dovrebbe avere un guadagno elevato e dovrebbe essere preciso.
- Il guadagno dovrebbe essere facilmente regolabile utilizzando un singolo controllo.
- Deve avere un'impedenza di ingresso elevata e un'impedenza di uscita bassa per evitare il caricamento.
- L'amplificatore della strumentazione dovrebbe avere un CMRR alto da allora il trasduttore l'uscita di solito conterrà segnali di modo comune come il rumore quando trasmessi su cavi lunghi.
- Deve anche avere una velocità di risposta elevata per gestire i tempi di aumento brusco degli eventi e fornire un'oscillazione massima della tensione di uscita senza distorsioni.
Amplificatore per strumentazione con amplificatore operazionale
Il amplificatore di strumentazione utilizzando circuito op-amp è mostrato sotto. Il amplificatori operazionali 1 e 2 sono amplificatori non invertenti e l'amplificatore operazionale 3 è a amplificatore di differenza . Questi tre amplificatori operazionali insieme formano un amplificatore per strumentazione. L'uscita finale dell'amplificatore strumentale Vout è la differenza amplificata dei segnali di ingresso applicati ai terminali di ingresso dell'amplificatore operazionale 3. Lascia che le uscite dell'amplificatore operazionale 1 e dell'amplificatore operazionale 2 siano rispettivamente Vo1 e Vo2.
Amplificatore per strumentazione con amplificatore operazionale
Poi, Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)
Guarda lo stadio di ingresso dell'amplificatore di strumentazione come mostrato nella figura sotto. Il derivazione dell'amplificatore di strumentazione è discusso di seguito.
Il potenziale al nodo A è la tensione di ingresso V1. Quindi anche il potenziale al nodo B è V1, dal concetto di corto virtuale. Pertanto, anche il potenziale al nodo G è V1.
Il potenziale al nodo D è la tensione di ingresso V2. Quindi anche il potenziale al nodo C è V2, dal corto virtuale. Pertanto, anche il potenziale al nodo H è V2.
Stadio di ingresso dell'amplificatore di strumentazione
Il funzionamento dell'amplificatore di strumentazione Cioè, idealmente la corrente agli amplificatori operazionali dello stadio di ingresso è zero. Quindi l'attuale I attraverso le resistenze R1, Rgain e R1 rimangono gli stessi.
Applicazione Legge di Ohm tra i nodi E e F,
I = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)
I = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)
Poiché nessuna corrente fluisce all'ingresso degli amplificatori operazionali 1 e 2, la corrente I tra i nodi G e H può essere data come,
I = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ……………………….(Due)
Equiparando le equazioni 1 e 2,
(Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain) = (V1-V2) / Rgain
(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain ………………………. (3)
L'uscita dell'amplificatore differenziale è data come,
Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)
Perciò, (Vo1 - Vo2) = (R2 / R3) Vout
Sostituzione (Vo1 - Vo2) valore nell'equazione 3, otteniamo
(R2 / R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain
cioè Vout = (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} (V1-V2)
Questa equazione sopra fornisce la tensione di uscita di un amplificatore di strumentazione.
Il guadagno complessivo dell'amplificatore è dato dal termine (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} .
Il guadagno di tensione complessivo di un file amplificatore per strumentazione può essere controllato regolando il valore del resistore Rgain.
L'attenuazione del segnale di modo comune per l'amplificatore della strumentazione è fornita dall'amplificatore differenziale.
Vantaggi dell'amplificatore per strumentazione
Il vantaggi dell'amplificatore di strumentazione include il seguente.
- Il guadagno di un tre amplificatore operazionale strumentazione circuito amplificatore può essere facilmente variato regolando il valore di un solo resistore Rgain.
- Il guadagno dell'amplificatore dipende solo dalle resistenze esterne utilizzate.
- L'impedenza di ingresso è molto elevata a causa delle configurazioni del follower dell'emettitore degli amplificatori 1 e 2
- L'impedenza di uscita dell'amplificatore della strumentazione è molto bassa a causa dell'amplificatore differenziale3.
- Il CMRR di amplificatore operazionale 3 è molto alto e quasi tutto il segnale di modo comune verrà rifiutato.
Applicazioni dell'amplificatore per strumentazione
Il applicazioni dell'amplificatore di strumentazione include il seguente.
- Questi amplificatori riguardano principalmente dove è richiesta la precisione di un guadagno differenziale elevato, la forza deve essere preservata in ambienti rumorosi, così come dove sono presenti enormi segnali di modo comune. Alcune delle applicazioni sono
- Gli amplificatori per strumentazione vengono utilizzati in acquisizione dei dati da piccolo o / p trasduttori piace termocoppie , estensimetri, misurazioni di Ponte di Wheatstone , eccetera.
- Questi amplificatori sono utilizzati in navigazione, medicina, radar, ecc.
- Questi amplificatori vengono utilizzati per migliorare il Rapporto S / N ( segnale al rumore ) in applicazioni audio come segnali audio con ampiezza bassa.
- Questi amplificatori vengono utilizzati per l'acquisizione di immagini e video nel condizionamento del segnale ad alta velocità.
- Questi amplificatori sono utilizzati nei sistemi di cavi RF per l'amplificazione del segnale ad alta frequenza.
Differenza tra amplificatore operazionale e amplificatore per strumentazione
Le differenze principali tra l'amplificatore operazionale e l'amplificatore per strumentazione includono quanto segue.
- Un amplificatore operazionale (op-amp) è un tipo di circuito integrato
- L'amplificatore per strumentazione è un tipo di amplificatore differenziale
- L'amplificatore per strumentazione può essere costruito con tre amplificatori operazionali.
- L'amplificatore differenziale può essere costruito con un singolo amplificatore operazionale .
- La tensione di uscita dell'amplificatore differenziale viene influenzata a causa delle resistenze di disadattamento
- L'amplificatore di strumentazione offre guadagno con un singolo resistore della sua fase primaria che non necessita di un adattamento del resistore.
Quindi, si tratta di un file amplificatore per strumentazione . Dalle informazioni di cui sopra, infine, possiamo concludere che questo è un circuito integrato essenziale mentre si tratta di condizioni di bassa tensione. Il guadagno dell'amplificatore può essere modificato cambiando le resistenze sul lato di ingresso. Questo amplificatore ha un'elevata resistenza di ingresso e un CMRR elevato. Ecco una domanda per te, qual è la funzione principale di un amplificatore per strumentazione?
