抖音资讯

douyinzx

仪表放大电路的特点(误差放大器原理详解)

iseeyu2年前 (2024-05-04)抖音资讯133

在工业传感领域中,仪表放大器应用最为广泛,相比通用放大器,它的输入阻抗高,抗共模干扰强,在强噪声环境下,能保证放大电路的增益与精度,然而需要注意仪表放大器的工作电压配置方式比较复杂。本篇讨论仪表放大器特性与有效工作电压配置方法。

1 仪表放大器定义与特性

仪表放大器(instrumentation amplifier,INA)典型结构如图3.1,内部由3个放大器组建而成。第一级由两个放大器(AMP1,AMP2)组建同相放大电路,实现高阻抗差分输入,内置反馈电阻Rf1,Rf2,与外部配置电阻Rg调节增益。第二级使用一个放大器(AMP3)组建差动电路,R1、R2、R3、R4是经过校准的高精度匹配电阻。另外,通过REF脚调节输出电压的参考。

 

图3.1 仪表放大器结构

仪表放大器输入阻抗通常为GΩ等级。如图3.2,AD8421的共模、差模输入阻抗都为30GΩ。

 

图3.2 AD8421输入特性

仪表放大器的增益配置通过内部Rf1,Rf2与外部Rg阻值实现,由于每款仪表放大器内部反馈电阻的阻值不同,需要通过数据手册确认。如图3.3,AD8421的增益为式3-1。

 

增益电阻Rg,满足式3-2。

 

 

图3.3 AD8421引脚功能描述

仪表放大器的基准引脚用来调节输出信号的参考电压。如图3.1,基准引脚REF在电阻R4的一端,R4通常为KΩ级。为获得最佳性能,在驱动基准引脚时,不能使用电阻器分压直接驱动,而是在电阻器输出增加放大器做缓冲,再提供到基准引脚,如图3.4。

 

图3.4AD8421基准引脚驱动方式

2 仪表放大器有效工作配置

仪表放大器、差分放大器的用途是将输入差模信号进行放大,但是只关注的差模信号,忽略共模信号就会发生问题。

2017年11月初,一位测量领域的工程师反馈问题,他使用AD8221数据手册推荐电路,如图3.5(a)。将±10V单端信号转为+5V差分信号驱动一款∑Δ型ADC。测试中,使用信号源产生幅值为1V的直流信号作为激励与电路连接,AD8221电路输出信号如图3.5(b)。

工程师希望使用该电路实现万用表的电压测量功能,检测指定范围内任意两点的电压,目前这个电路不能工作。了解到这里,笔者让工程师查看测量电路与信号源是否存在共地端?答案是没有,信号源与AD8221两个输入端相连接,除此以外没有任何电气连接。

 

图3.5 AD8221应用电路与测试情况

笔者帮助工程师分析仪表放大器的模型如图3.1,放大的差模信号Vdiff是两个输入端以地电位为参考的电压之差,如式3-3。

 

这两个输入端都存在共模信号,等于两个输入端对地电压的平均值,如式3-4。

 

仪表放大器电路第一级放大器的输出电压Va,Vb分别为式3-5、式3-6。

 

当差模信号与共模信号在输入范围内,仪表放大器才能正常工作,输出电压Vo为式3-7。

 

目前测试电路的问题在于两个输入信号没有参考电位,所以建议将AD8221的一个输入端与电路板的地电位连接,工程师修改后电路正常工作。

该案例判断中AD8221仪表放大器的输入信号、输出信号是否在有效范围内的办法是使用钻石图。在指定增益,与指定供电电压范围内,输入共模电压与输出电压范围的有效区间。如图3.6(a),AD8221电路增益为1倍,供电电压为±5V时,输入共模电压和输出电压在绿色阴影区,电路有效工作。当供电电压为±15V时,输入共模电压和输出电压在红色阴影区,电路有效工作。如图3.6(b),AD8221电路增益为100倍,供电电压为±5V时,输入共模电压和输出电压在蓝色阴影区,电路有效工作。供电电压为±15V,输入共模电压和输出电压在紫色阴影区,电路有效工作。

 

图3.6 AD8221钻石图

 

如图3.7为ADI公司精密信号在线设计工具界面,选择“IN AMP”,进入仪表放大器配置窗口,如图3.8(a)。通过选项1选择需要评估的器件AD8221,然后在选项2配置为差分输入架构,接下来配置供电电压±Vs为±10V,参考电压源VREF为0V,增益Gain为100,输入共模电压Vcm为±5V,输入差模电压Vdiff为±50mV,该电路配置状态下的钻石图如图3.8(b),在25℃条件下,输出电压Vout与输入共模电压Vcm形成的区域(红色阴影区)没有受到限制,电路正常工作。

 

图3.7 精密信号链设计工具

 

图3.8 AD8221有效工作配置

如图3.9,当输入共模电压调整为±6V,使用该配置的电路会出现故障提示,AD8221内部节点电压受到供电电压限,以及整改方式,包括:

(1)缩小输入信号范围。

(2)增大AD8221供电电压。

(3)降低AD8221增益。

(4)替换器件。

 

图3.9 AD8221 异常工作配置

 

综上,仪表放大器的工作电配置与通用放大器的工作电压配置有很大不同,所以,如果不结合输入差模信号,共模信号、参考源电压(含驱动方式)这些因素综合考虑,电路可能会难以正常工作。

扫描二维码推送至手机访问。

版权声明:本文由西安泽虎代运营发布,如需转载请注明出处。

转载请注明出处https://www.0291.com.cn/post/45869.html

相关文章

直播代运营合同避坑:报价、KPI、违约金一次说清

直播代运营合同避坑:报价、KPI、违约金一次说清

去年西安一家女装店老板拿着合同来找我看,就一页纸,上面写着“保证月销30万”。签的时候高高兴兴,三个月后只卖了8万,代运营公司一句“市场环境不好”就撒手不管了。老板想退钱,翻出合同才发现,什么叫销售额、含不含退款、考核多久、数据以谁为准,一个字都没写。这种坑我这两年见了不止十回。 直播代运营合同看...

抖音千川投放怎么投?2026新手起量避坑指南

抖音千川投放怎么投?2026新手起量避坑指南

西安一家做本地餐饮的老张,去年底听人说抖音能拉客,先充了3000块投DOU+。一个月下来,视频播放量是上去了,团购券没卖出几张。后来他才搞清楚,DOU+是给内容加热用的,真正能把团购券卖出去的工具叫巨量千川。2026年,在抖音上做生意的商家基本绕不开这两个东西:DOU+管内容热度,千川管成交转化。...

抖音短视频带货怎么做?2026年挂车出单实操指南

抖音短视频带货怎么做?2026年挂车出单实操指南

直播带货要开播、要人设、要话术,很多西安商家试了两次就放弃了。其实还有一条更轻的路:短视频带货。拍一条视频挂上商品链接,用户刷到直接下单,不用开播,不用连麦,一个人一部手机就能跑。我见过高新一家卖手工辣条的档口,老板就拍后厨炒料,一条视频爆了,挂车链接三天卖了四千多单。我自己也帮几个西安客户跑过这...

抖音矩阵号怎么做?2026年企业多账号布局实操

抖音矩阵号怎么做?2026年企业多账号布局实操

有个西安做门窗的老板跟我抱怨,说一个号发了大半年,播放量卡在一两千上不去,问我是不是号被限流了。我让他去搜搜本地同行,人家三个号轮着发,客户搜「西安封阳台」,翻两屏全是那一家。这不是玄学,就是矩阵。说白了,矩阵不是一个号发十遍,也不是开十个号复制粘贴,而是按客户会搜什么、信什么,把账号分工排好。尤...

抖音蹭热点总翻车?2026年商家追热点的正确姿势

抖音蹭热点总翻车?2026年商家追热点的正确姿势

上周有个做建材的老板问我:热搜上那个话题全网都在拍,我是不是也该跟一条?我反问他,拍完这条视频,客户凭什么找你买瓷砖?他愣了半天没答上来。这就是大多数商家蹭热点的真实状态——看见热点就冲,拍完发现除了播放量,什么都没留下。热点不是不能蹭,是大多数人都蹭错了。我盘过自己服务的客户数据:蹭热点视频的平...

企业抖音蓝V认证2026流程:材料准备与审核避坑

企业抖音蓝V认证2026流程:材料准备与审核避坑

企业号蓝V认证,现在几乎成了西安本地商家做抖音的起手式。不管是餐饮、装修、教育还是批发档口,想挂电话、想开团购、想投DOU+,基本都绕不开这一步。这篇文章把2026年最新的蓝V认证流程、要准备的材料、审核容易挂的地方一次讲清楚。蓝V认证到底有什么用?值不值600块蓝V说白了就是抖音给企业主体做的实...

现在,非常期待与您的又一次邂逅

我们努力让每一部企业宣传片和抖音短视频成为商业大片