Измерительный усилитель на одном оу
В простейшем случае в качестве измерительного усилителя может быть использован ОУ в дифференциальном включении (рис. 22). При выполнении условия R1/R2=R3/R4усиление дифференциального сигнала намного больше усиления синфазного сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) будет максимальным.
Рис. 22. Схема простейшего измерительного усилителя
Дифференциальный коэффициент усиления при выполнении указанного выше условия
Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный рассогласованием резисторов, равен
(26) |
Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный конечным значением КОСС операционного усилителя, равен
(27) |
Здесь КОСС выражается отношением, а не в децибелах.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала всей схемы:
КОСС=КД/(КСФ1 + КСФ2). |
(28) |
Дифференциальное входное сопротивление:
Rвх.д=R1 + R3.
Поскольку, как это следует из (26), КСФ1может принимать отрицательные значения и зависит от сопротивлений резисторов схемы, подстройкой резистораR3может быть достигнуто любое сколь угодно большое значениеКОСС, в соответствии с выражением (28).
Пример 1. Пусть в схеме на рис. 22R1=R3=2 кОм,R4=200 кОм. Сопротивление резистораR2отличается от номинального значения 200 кОм на 1% и составляет 198 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 100, а КОСС– 10100, что во многих применениях недостаточно.
Эта простейшая схема имеет низкое входное сопротивление. Выходное сопротивление источника сигнала влияет на величину дифференциального коэффициента усиления и на коэффициент ослабления синфазного сигнала, что почти всегда требует точной настройки параметров схемы. Для изменения коэффициента усиления нужно одновременно менять сопротивления двух резисторов. Занимающая ведущее место в мире по выпуску измерительных усилителей фирма Burr-Brown выпускает несколько моделей ИМС измерительных усилителей, построенных по схеме на рис.22. Такие ИМС как INA133, INA143 имеют фиксированный коэффициент усиления, задаваемый встроенными резисторами и высокое значение КОСС (до 86 дБ), достигаемое за счет лазерной подгонки. ИМС INA145, INA146 включают дополнительный неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого может задаваться внешними резисторами. Микросхемы измерительных усилителей содержат цепи защиты входов, допускающие, например, у INA146 синфазные и дифференциальные напряжения до 100 В.
Измерительный усилитель на трех ОУ
Улучшить характеристики рассмотренной схемы измерительного усилителя можно, включив между источником сигнала и каждым из входов неинвертирующий повторитель. Эти повторители будут служить буферами, в результате чего входное сопротивление измерительного усилителя повысится, а влияние выходного сопротивления источников сигнала на дифференциальный коэффициент усиления и КОСС практически будет устранено. Недостатком такого решения является то, что здесь потребуется большой КОСС и в повторителях и в выходном ОУ. Лучшими характеристиками обладает схема, приведенная на рис. 23, и принятая в качестве стандартной схемы измерительного усилителя.
Рис. 23. Схема измерительного усилителя на трех ОУ
Как видно из рис. 23, напряжение на резисторе R1составляетU1 – U2. Отсюда следует,что
Эта разность преобразуется дифференциальным усилителем на ОУ3 в напряжение Uвыхотносительно земли. Обычно выбираетсяR2 = R3иR4 = R5 = R6= R7. В таком случае дифференциальный коэффициент усиления
Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за разбаланса резисторов):
(29) |
Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за конечного значения КОСС ОУ3):
КСФ2= 1/КОССОУ3 |
(30) |
Общий КОССизмерительного усилителя определяется соотношением (28).
Пример 2. Пусть в схеме на рис. 23R1=1 кОм,R2 = R3 =50 кОм,R4 = R6= R7= 10 кОм. Сопротивление резистораR5отличается от номинального значения 10 кОм на 1% и составляет 9,9 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 101, а КОСС– 20200, что выше, чем в предыдущем примере.
Измерительные усилители на трех ОУ выпускаются в виде ИМС с внутренними согласованными резисторами (AD623, LM363, ICL7605 и др.). Обычно они имеют выводы для подключения внешнего резистора R1, которым задается дифференциальный коэффициент усиления. Например, измерительный усилитель INA118 фирмы Burr-Brown имеет низкое смещение нуляUсм= 50 мкВ, широкий диапазон напряжений питания (1,35 ...18 В) и входных напряжений (до40 В), малый потребляемый ток – 0,35 мА и широкий диапазон коэффициентов усиления (1 – 10000), устанавливаемых одним внешним резистором. В табл. 1 представлены основные характеристики некоторых моделей измерительных усилителей.
INA116 |
- |
1...1000 |
1 |
25фА |
0,02 |
106 (K=100) |
0,8 |
- |
3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-40 В |
| ||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||
Наименование |
Количество каналов |
Vos |
Ib |
-3dB Полоса пропускания |
Скорость нарастания выходного напряжения |
Vcc-Vee |
Isy per Amplifier | |||||||||||
жми на ссылку, чтобы купить | ||||||||||||||||||
AD8603 |
1 |
12µV |
0.2pA |
400kHz |
0.1V/µs |
1.8V to 6V |
50µA | |||||||||||
AD8607 |
2 |
12µV |
0.2pA |
400kHz |
0.1V/µs |
1.8V to 5V |
50µA | |||||||||||
AD8609 |
4 |
12µV |
0.2pA |
400kHz |
0.1V/µs |
1.8V to 5V |
50µA | |||||||||||
AD8663 |
1 |
30µV |
300fA |
540kHz |
0.3V/µs |
5V to 16V |
285µA | |||||||||||
AD8667 |
2 |
30µV |
300fA |
520kHz |
0.26V/µs |
5V to 16V |
285µA | |||||||||||
AD8627 |
1 |
50µV |
0.25pA |
5MHz |
5V/µs |
5V to 26V |
850µA | |||||||||||
AD8641 |
1 |
50µV |
0.25pA |
3.5MHz |
3V/µs |
5V to 26V |
290µA | |||||||||||
AD8626 |
2 |
50µV |
0.25pA |
5MHz |
5V/µs |
5V to 26V |
850µA | |||||||||||
AD8642 |
2 |
50µV |
0.25pA |
3.5MHz |
3V/µs |
5V to 26V |
290µA | |||||||||||
AD8625 |
4 |
50µV |
0.25pA |
5MHz |
5V/µs |
5V to 26V |
850µA | |||||||||||
AD8664 |
4 |
50µV |
0.3pA |
4MHz |
3.5V/µs |
5V to 16V |
1.55mA | |||||||||||
AD8643 |
4 |
50µV |
0.25pA |
3.5MHz |
3V/µs |
5V to 26V |
290µA | |||||||||||
ADA4627-1 |
1 |
70µV |
1pA |
19MHz |
40V/µs |
10V to 30V |
7mA | |||||||||||
AD8615 |
1 |
80µV |
0.2pA |
23MHz |
12V/µs |
2.7V to 6V |
1.7mA | |||||||||||
AD8651 |
1 |
100µV |
1pA |
50MHz |
41V/µs |
2.7V to 5.5V |
9mA | |||||||||||
AD795 |
1 |
100µV |
1pA |
1.6MHz |
1V/µs |
8V to 36V |
1.5mA | |||||||||||
AD8652 |
2 |
100µV |
1pA |
50MHz |
41V/µs |
2.7V to 5.5V |
9mA | |||||||||||
AD8067 |
1 |
200µV |
0.6pA |
54MHz |
640V/µs |
5V to 24V |
7mA | |||||||||||
AD8500 |
1 |
235µV |
1pA |
7kHz |
0.004V/µs |
1.8V to 5.5V |
0.75µA | |||||||||||
AD8691 |
1 |
400µV |
0.2pA |
10MHz |
5V/µs |
2.7V to 6V |
1.05mA | |||||||||||
AD8613 |
1 |
400µV |
0.2pA |
400kHz |
0.1V/µs |
1.8V to 5V |
38µA | |||||||||||
AD8692 |
2 |
400µV |
0.2pA |
10MHz |
5V/µs |
2.7V to 6V |
1.05mA | |||||||||||
AD8617 |
2 |
400µV |
0.2pA |
400kHz |
0.1V/µs |
1.8V to 5V |
38µA | |||||||||||
AD8619 |
4 |
400µV |
0.2pA |
400kHz |
0.1V/µs |
1.8V to 5V |
38µA | |||||||||||
AD8505 |
1 |
500µV |
1pA |
95Hz |
13mV/µs |
1.8V to 5V |
25.5µA | |||||||||||
ADA4505-1 |
1 |
500µV |
0.5pA |
50kHz |
6mV/µs |
1.8V to 5V |
9µA | |||||||||||
AD8601 |
1 |
500µV |
200fA |
8.4MHz |
6V/µs |
2.7V to 6V |
1.2mA | |||||||||||
AD549 |
1 |
500µV |
150fA |
1MHz |
3V/µs |
10V to 36V |
700µA | |||||||||||
ADA4505-2 |
2 |
500µV |
500fA |
50kHz |
6mV/µs |
1.8V to 5V |
7µA | |||||||||||
ADA4691-2 |
2 |
500µV |
500fA |
3.6MHz |
1.3V/µs |
2.7V to 5V |
180µA | |||||||||||
ADA4692-2 |
2 |
500µV |
500fA |
3.6MHz |
1.3V/µs |
2.7V to 5V |
180µA | |||||||||||
AD8602 |
2 |
500µV |
200fA |
8.4MHz |
6V/µs |
2.7V to 6V |
1.2mA | |||||||||||
AD8502 |
2 |
500µV |
1pA |
7kHz |
0.004V/µs |
1.8V to 5.5V |
1µA | |||||||||||
AD8508 |
4 |
500µV |
1pA |
95kHz |
13mV/µs |
1.8V to 5V |
15µA | |||||||||||
ADA4691-4 |
4 |
0.5mV |
0.5pA |
3.6MHz |
1.3V/µs |
2.7V to 5V |
180µA | |||||||||||
ADA4505-4 |
4 |
500µV |
500fA |
50kHz |
6mV/µs |
1.8V to 5V |
7µA | |||||||||||
ADA4692-4 |
4 |
500µV |
500fA |
3.6MHz |
1.3V/µs |
2.7V to 5V |
180µA | |||||||||||
AD8604 |
4 |
500µV |
200fA |
8.4MHz |
6V/µs |
2.7V to 6V |
1.2mA | |||||||||||
AD8504 |
4 |
500µV |
1pA |
7kHz |
0.004V/µs |
1.8V to 5.5V |
1µA | |||||||||||
AD8665 |
1 |
600µV |
0.2pA |
4MHz |
3.5V/µs |
5V to 16V |
1.55mA | |||||||||||
AD8646 |
2 |
600µV |
0.3pA |
24MHz |
11V/µs |
2.7V to 5.5V |
2mA | |||||||||||
AD8647 |
2 |
600µV |
0.3pA |
24MHz |
11V/µs |
2.7V to 5.5V |
2mA | |||||||||||
AD8666 |
2 |
600µV |
0.2pA |
4MHz |
3.5V/µs |
5V to 16V |
1.55mA | |||||||||||
AD8668 |
4 |
600µV |
0.2pA |
4MHz |
3.5V/µs |
5V to 16V |
1.55mA | |||||||||||
AD8648 |
4 |
700µV |
0.2pA |
22MHz |
12V/µs |
2.7V to 5.5V |
2mA | |||||||||||
ADA4665-2 |
2 |
1mV |
0.1pA |
1.2MHz |
1V/µs |
5V to 16V |
290µA | |||||||||||
AD8662 |
2 |
1mV |
300fA |
4MHz |
3.5V/µs |
5V to 16V |
1.55mA | |||||||||||
AD8506 |
2 |
2.5mV |
1pA |
150kHz |
13mV/µs |
1.8V to 5.5V |
20µA |
Операционный усилитель(ОУ,OpAmp) —усилитель постоянного токасдифференциальнымвходом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокойотрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.