Instrumentation amplifier circuit gamit ang op

Halos lahat ng mga uri ng sensor at transduser ay nagko-convert ng totoong mga parameter ng mundo tulad ng ilaw, temperatura, timbang atbp sa mga halaga ng boltahe upang maunawaan ito ng ating mga elektronikong sistema. Ang pagkakaiba-iba sa antas ng boltahe na ito ay makakatulong sa amin sa pag-aralan / pagsukat ng totoong mga parameter ng mundo, ngunit sa ilang mga application tulad ng mga biomedical sensor ang pagkakaiba-iba na ito ay napakaliit (mga mababang signal na antas) at napakahalaga na subaybayan kahit na ang minutong pagkakaiba-iba sa makakuha ng maaasahang data. Sa mga application na ito ginagamit ang isang Instrumentation Amplifier.

Ang isang Instrumentation amplifier aka INO o in-amps tulad ng pangalan ay nagpapahiwatig na nagpapalaki ng pagkakaiba-iba sa boltahe at nagbibigay ng isang kaugalian output tulad ng anumang iba pang mga op-amp. Ngunit hindi katulad ng isang normal na amplifier ang mga amplifier ng Instrumentation ay magkakaroon ng mataas na impedance sa pag-input na may mahusay na pakinabang habang nagbibigay ng karaniwang mode na pagtanggi ng ingay na may ganap na mga pagkakaiba-iba ng input. Okay kung hindi mo makuha ito ngayon, sa artikulong ito malalaman natin ang tungkol sa mga Instrumentation amplifier na ito at dahil ang mga IC na ito ay medyo mahal kaysa sa mga Op-amp matututunan din natin kung paano gamitin ang normal na Op-amp tulad ng LM385 o LM324 upang makabuo ng isang Instrumentation amplifier at gamitin ito para sa aming mga application. Maaari ding magamit ang mga Op-amp upang makabuo ng Boltahe adder at boltahe na Subtractor circuit.

Ano ang isang Instrumentation Amplifier IC?

Bukod sa normal na mga op-amp IC mayroon kaming ilang mga espesyal na uri ng amplifier para sa Instrumentation amplifier tulad ng INA114 IC. Ito ay hindi hihigit sa ilang mga normal na op-amp na pinagsama sama-sama para sa ilang partikular na mga application. Upang maunawaan ang higit pa tungkol dito hinahanap ang datasheet ng INA114 para sa panloob na diagram ng circuit.

Tulad ng nakikita mong ang IC ay tumatagal ng dalawang signal voltages V _IN - at V _IN +, isaalang-alang natin ang mga ito bilang V1 at V2 mula ngayon para sa madaling pag-unawa. Ang output voltage (V _O) ay maaaring kalkulahin gamit ang mga formula

V _O = G (V2 - V1)

Kung saan, ang G ay nakakuha ng op-amp at maaaring maitakda gamit ang panlabas na risistor na R _G at kinakalkula gamit ang mga formula sa ibaba

G = 1+ (50k Ω / RG)

Tandaan: Ang halagang 50k ohm ay nalalapat lamang para sa INA114 IC dahil gumagamit ito ng mga resistor na 25k (25 + 25 = 50). Maaari mong kalkulahin ang halaga para sa iba pang mga circuit ayon sa pagkakabanggit.

Kaya karaniwang ngayon kung titingnan mo ito, ang isang In-amp ay nagbibigay lamang ng pagkakaiba sa pagitan ng dalawang mga mapagkukunan ng boltahe na may isang pakinabang na maaaring maitakda ng isang panlabas na risistor. Pamilyar ba ito? Kung hindi titingnan ang disenyo ng Pagkakaiba ng amplifier at bumalik.

Oo !, Ito mismo ang ginagawa ng isang Differential amplifier at kung titingnan mo nang malapitan maaari mo ring makita na ang op-amp A3 sa nasa itaas na imahe ay walang anuman kundi isang Differential amplifier circuit. Kaya't sa mga termino ng layman, ang isang Instrumentation-amp ay isa pang uri ng kaugaliang amplifier ngunit may higit na mga kalamangan tulad ng mataas na impedance ng pag-input at madaling kontrol ng makakuha ng iba pa. Ang mga kalamangan na ito ay dahil sa iba pang dalawang op-amp (A2 at A1) sa disenyo, malalaman pa natin ang tungkol dito sa susunod na heading.

Pag-unawa sa Instrumentation Amplifier

Upang lubos na maunawaan ang Instrumentation amplifier, paghiwalayin natin ang imahe sa itaas sa mga makabuluhang bloke tulad ng ipinakita sa ibaba.

Tulad ng nakikita mo ang In-Amp ay isang kumbinasyon lamang ng dalawang Buffer op-amp circuit at isang kaugalian na op-amp circuit. Natutunan namin ang tungkol sa parehong disenyo ng op-amp na indibidwal, ngayon makikita natin kung paano sila pinagsama upang bumuo ng isang kaugalian na Op-amp.

Pagkakaiba sa pagitan ng Pagkakaiba ng Amplifier at Instrumentation Amplifier

Natutunan na namin kung paano mag-disenyo at gumamit ng isang kaugalian na amplifier sa aming nakaraang artikulo. Kakaunti ang kawalan ng pagkakaiba ng amplifier ay mayroon itong napakababang input impedance dahil sa mga input resistors at may napakababang CMRR dahil sa mataas na karaniwang nakuha ng mode. Mapagtagumpayan ang mga ito sa isang Instrumentation amplifier dahil sa buffer circuit.

Gayundin sa isang kaugalian na amplifier kailangan nating baguhin ang maraming mga resistors upang baguhin ang halaga ng nakuha ng amplifier ngunit sa isang kaugalian na amplifier maaari naming makontrol ang nakuha sa pamamagitan lamang ng pag-aayos ng isang halaga ng risistor.

Instrumentation Amplifier gamit ang Op-amp (LM358)

Ngayon ay magtayo tayo ng isang praktikal na amplifier ng Instrumentation gamit ang op-amp at suriin kung paano ito gumagana. Ang circuit ng amplifier ng op-amp na kagamitan na ginagamit ko ay ibinibigay sa ibaba.

Nangangailangan ang circuit ng tatlong mga op-amp nang magkakasama; Gumamit ako ng dalawang LM358 ICs. Ang LM358 ay isang dalawahang package op-amp na mayroon itong dalawang op-amp sa isang pakete kaya kailangan namin ng dalawa sa kanila para sa aming circuit. Gayundin maaari mo ring gamitin ang tatlong solong-pakete LM741 op-amp o isang quad package LM324 op-amp.

Sa circuit sa itaas, ang op-amp U1: A at U1: B ay gumaganap bilang isang boltahe buffer na makakatulong ito sa pagkamit ng mataas na impedance ng pag-input. Ang op-amp U2: Ang isang gumaganap bilang isang kaugalian na op-amp. Dahil ang lahat ng mga resistors ng kaugalian op-amp ay 10k kumikilos ito bilang isang pagkakaisa na nagkakaiba ng amplifier na nangangahulugang ang boltahe ng output ay ang pagkakaiba-iba ng boltahe sa pagitan ng pin 3 at pin 2 ng U2: A.

Ang boltahe ng output ng circuit ng amplifier ng Instrumentation ay maaaring kalkulahin gamit ang mga formula sa ibaba.

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

Kung saan, R = Pinahahalagahan ng Resistor ang circuit. Narito R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 na kung saan ay 10k

Rg = Gain Resistor. Narito ang Rg = R1na alin ang 22k.

Kaya't ang halaga ng R at Rg ay nagpasiya ng nakuha ng amplifier. Ang halaga ng pakinabang ay maaaring kalkulahin ng

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

Simulation ng Instrumentation Amplifier

Ang circuit sa itaas kapag kunwa ay nagbibigay ng mga sumusunod na resulta.

Tulad ng nakikita mo ang mga input voltages na V1 ay 2.8V at V2 ay 3.3V. Ang halaga ng R ay 10k at ang halaga ng Rg ay 22k. Ang paglalagay ng lahat ng mga halagang ito sa mga pormula sa itaas

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

Nakukuha namin ang halaga ng output voltage na 0.95V na tumutugma sa simulation sa itaas. Kaya ang nakuha ng circuit sa itaas ay 1.9 at ang pagkakaiba ng boltahe ay 0.5V. Kaya't susuriin talaga ng circuit na ito ang pagkakaiba sa pagitan ng mga voltages ng pag-input at i-multiply ito sa pakinabang at gawin ito bilang output boltahe.

Maaari mo ring mapansin na ang input boltahe V1 at V2 ay lilitaw sa kabuuan ng risistor Rg ito ay dahil sa negatibong puna ng Op-amp U1: A at U1: B. Tinitiyak nito na ang pagbaba ng boltahe sa kabuuan ng Rg ay katumbas ng pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng V1 at V2 na nagdudulot ng pantay na dami ng kasalukuyang dumaloy sa pamamagitan ng mga resistor na R5 at R6 na ginagawa ang boltahe sa pin 3 at pin 2 na pantay sa op-amp U2: A Kung susukatin mo ang boltahe bago ang resistors maaari mong makita ang aktwal na boltahe ng output mula sa op-amp U1: A at U1: B na ang pagkakaiba ay magiging katumbas ng output boltahe tulad ng ipinakita sa itaas sa simulation.

Pagsubok sa Instrumentation Amplifier Circuit sa Hardware

Hinahayaan ng sapat na Teorya na aktwal na bumuo ng parehong circuit sa isang breadboard at sukatin ang mga antas ng boltahe. Ang setup ng aking koneksyon ay ipinapakita sa ibaba.

Ginamit ko ang supply ng kuryente ng breadboard na itinayo namin kanina. Ang board na ito ay maaaring maghatid ng parehong 5V at 3.3V. Gumagamit ako ng 5V rail upang mapagana ang aking parehong mga op-amp at ang 3.3V bilang signal input voltage V2. Ang iba pang input voltage V2 ay nakatakda sa 2.8V gamit ang aking RPS. Dahil gumamit din ako ng 10k risistor para sa R at 22k risistor para sa R1 ang makakuha ng circuit ay magiging 1.9. Ang boltahe ng pagkakaiba ay 0.5V at ang nakuha ay 1.9 na produkto na magbibigay sa amin ng 0.95V bilang output boltahe na sinusukat at ipinapakita sa imahe gamit ang isang multimeter. Ang kumpletong pagtatrabaho ng instrumentation amplifier circuit ay ipinapakita sa video na naka- link sa ibaba.

Katulad nito maaari mong baguhin ang halaga ng R1 upang maitakda ang nakuha ayon sa kinakailangan gamit ang mga formula na tinalakay sa itaas. Dahil ang pakinabang ng amplifier na ito ay maaaring kontrolado ng napakadali gamit ang isang solong risistor madalas itong ginagamit sa control ng dami para sa mga audio circuit.

Inaasahan kong naintindihan mo ang circuit at nasiyahan sa pag-aaral ng isang bagay na kapaki-pakinabang. Kung mayroon kang anumang mga katanungan iwanan ang mga ito sa seksyon ng komento sa ibaba o gamitin ang forum para sa mas mabilis na tugon.