Измерительный усилитель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Схема типичного измерительного усилителя

Измерительный усилитель (иначе инструментальный усилитель, электрометрический вычитатель[1][2]) — 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.[3] Буферные взаимосвязанные неинвертирующие усилители увеличивают входное сопротивление (импеданс) низкоимпедансного дифференциального инвертирующего усилителя. Резистор  — общий для обоих неинвертирующих усилителей.

Коэффициент усиления напряжения дифференциального инвертирующего усилителя (англ. Operational amplifier#Inverting amplifier) равен:[1][4][4][5][6][7][8]

коэффициент усиления напряжения всей схемы составляет:

Строгий вывод коэффициента усиления инструментального усилителя:

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

и на втором операционном усилителе :

(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:

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

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

оттуда:

и наконец

соответственно:

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.[9][10][11]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Москва, «МИР», 1982. Стр.466, рис.25.3.
  2. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах // 2-е изд., перераб. и доп. - Л.:Энергоатомиздат,. — 1988. — С. 30.
  3. http://www.univie.ac.at/cga/courses/BE513/Instrumentation/ Instrumentation Amplifier
  4. 1 2 http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/instamp1/instamp1.htm 3 Op Amp Instrumentation Amplifier
  5. http://openbookproject.net//electricCircuits/Semi/SEMI_8.html#xtocid83189 The instrumentation amplifier
  6. http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/4034/ Three is a Crowd for Instrumentation Amplifiers
  7. http://www.leso.sibsutis.ru/index.php?act=article&target=dip_4 3 Разработка аппаратной части. 3.2 Инструментальный усилитель
  8. http://www.compeljournal.ru/enews/2008/7/2 OPA454 — мощный и высоковольтный
  9. AD620
  10. MAX4194
  11. INA128