Какво е инструментален усилвател? Схема, предимства и приложения

Какво е инструментален усилвател? Схема, предимства и приложения

An инструментален усилвател е един вид IC (интегрална схема) , използвани главно за усилване на сигнал. Този усилвател попада в семейството на диференциалния усилвател, защото увеличава несъответствието между два входа. Основната функция на този усилвател е да намали излишния шум, избран от веригата. Капацитетът да се отказва шум е познат на всеки IC щифтове, които са известни като CMRR (коефициент на отхвърляне в общ режим) . The инструментален усилвател IC е съществен компонент при проектирането на веригата поради своите характеристики като висок CMRR, коефициентът на усилване с отворен контур е висок, нисък дрейф, както и ниско изместване на DC и т.н.



Какво е инструментален усилвател?

Инструментален усилвател се използва за усилване на сигнали от много ниско ниво, отхвърляне на шума и сигналите за смущения. Примери за това могат да бъдат сърдечен ритъм, кръвно налягане, температура, земетресения и т.н. Следователно основните характеристики на добрия усилвател за измерване са както следва.


  • Входове към инструментални усилватели ще има много ниска енергия на сигнала. Следователно инструменталният усилвател трябва да има висок коефициент на усилване и да бъде точен.
  • Коефициентът на усилване трябва да бъде лесно регулируем с помощта на едно управление.
  • Той трябва да има висок входен и нисък импеданс на изхода, за да се предотврати натоварването.
  • Инструменталният усилвател трябва да има висок CMRR оттогава преобразувателят изходът обикновено съдържа сигнали в общ режим, като шум, когато се предава по дълги проводници.
  • Той също трябва да има висока скорост на нарастване, за да се справя с резки времена на нарастване на събитията и да осигурява максимално ненарушено люлеене на изходното напрежение.

Инструментален усилвател, използващ Op Amp

The инструментален усилвател, използващ оп-усилвателна верига е показано по-долу. The оп-усилватели 1 и 2 са неинвертиращи усилватели, а операционният усилвател 3 е a усилвател на разликата . Тези три операционни усилвателя заедно образуват инструментален усилвател. Окончателният изход Vout на усилвателя на уреда е усилената разлика на входните сигнали, приложени към входните клеми на операционния усилвател 3. Нека изходите на операционния усилвател 1 и оп-усилвателят 2 бъдат съответно Vo1 и Vo2.





Инструментален усилвател, използващ Op Amp

Инструментален усилвател, използващ Op Amp

Тогава, Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)



Погледнете входния етап на измервателния усилвател, както е показано на фигурата по-долу. The извличане на инструментален усилвател е обсъдено по-долу.

Потенциалът на възел A е входното напрежение V1. Следователно потенциалът на възел B също е V1, от виртуалната кратка концепция. По този начин потенциалът на възел G също е V1.


Потенциалът на възел D е входното напрежение V2. Следователно потенциалът на възел C също е V2, от виртуалния къс. По този начин потенциалът на възел H също е V2.

Входен етап на инструменталния усилвател

Входен етап на инструменталния усилвател

The работа на инструменталния усилвател е, В идеалния случай токът към входния етап на операционните усилватели е нула. Следователно токът I през резисторите R1, Rgain и R1 остават същите.

Прилагане Законът на Ом между възли E и F,

I = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)

I = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)

Тъй като към входа на операционните усилватели 1 и 2 не тече ток, токът I между възлите G и H може да се даде като,

I = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ………………………. (Две)

Приравнявайки уравнения 1 и 2,

(Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain) = (V1-V2) / Rgain

(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain ………………………. (3)

Изходът на усилвателя на разликата се дава като,

Vout = (R3 / R2) (Vo1-Vo2)

Следователно, (Vo1 - Vo2) = (R2 / R3) Vout

Заместване (Vo1 - Vo2) стойност в уравнение 3, получаваме

(R2 / R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2) / Rgain

i.e. Vout = (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} (V1-V2)

Това горно уравнение дава изходното напрежение на инструментален усилвател.

Общата печалба на усилвателя се дава от термина (R3 / R2) {(2R1 + Rgain) / Rgain} .

Общото усилване на напрежението на инструментален усилвател може да се контролира чрез регулиране стойността на резистора Rgain.

Затихването на сигнала в общ режим за измервателния усилвател се осигурява от усилвателя на разликата.

Предимства на инструменталния усилвател

The предимства на инструменталния усилвател включват следното.

  • Печалбата от три операционни усилвателя инструментариум усилвателна верига може лесно да се променя чрез регулиране на стойността само на един резистор Rgain.
  • Коефициентът на усилване на усилвателя зависи само от използваните външни резистори.
  • Входният импеданс е много висок поради конфигурациите на последователите на излъчвателя на усилватели 1 и 2
  • Изходният импеданс на измервателния усилвател е много нисък поради различния усилвател3.
  • CMRR на оп-усилвател 3 е много висока и почти целият сигнал в общия режим ще бъде отхвърлен.

Приложения на инструментален усилвател

The приложения на инструменталния усилвател включват следното.

  • Тези усилватели включват предимно там, където се изисква точността на високия диференциален коефициент на усилване, трябва да се запази силата в шумна обстановка, както и там, където има огромни общи режими сигнали. Някои от приложенията са
  • Инструментални усилватели се използват в събиране на данни от малки o / p преобразуватели като термодвойки , тензодатчици, измервания на Мост от Уитстоун и т.н.
  • Тези усилватели се използват в навигацията, медицината, радарите и т.н.
  • Тези усилватели се използват за подобряване на Съотношение S / N ( сигнал за шум ) в аудио приложения като аудио сигнали с ниска амплитуда.
  • Тези усилватели се използват за изображения, както и за събиране на видео данни при кондиционирането на високоскоростен сигнал.
  • Тези усилватели се използват в RF кабелни системи за усилване на високочестотния сигнал.

Разлика между операционния усилвател и инструменталния усилвател

Основните разлики между операционния усилвател и инструменталния усилвател включват следното.

  • An операционен усилвател (op-amp) е един вид интегрална схема
  • Инструменталният усилвател е един вид диференциален усилвател
  • Инструменталният усилвател може да бъде изграден с три операционни усилвателя.
  • Диференциалният усилвател може да бъде изграден с единичен операционен усилвател .
  • Изходното напрежение на различния усилвател се влияе поради несъответствието на резисторите
  • Инструменталният усилвател предлага усилване с един резистор от основната си фаза, който не се нуждае от съвпадение на резистор.

По този начин всичко е свързано с инструментален усилвател . От горната информация, накрая, можем да заключим, че това е съществена интегрална схема, докато се справяме с условия на ниско напрежение. Усилвателят на усилвателя може да бъде променен чрез смяна на резисторите във входната страна. Този усилвател има високо входно съпротивление, както и високо CMRR. Ето въпрос към вас, каква е основната функция на инструментален усилвател?