เครื่องขยายเสียงเครื่องมือ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

แผนผังเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัดทั่วไป

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด (บางครั้งสั้นลงเป็นin-ampหรือInAmp ) เป็นแอมพลิฟายเออ ร์ประเภทดิฟเฟอเรนเชียล ที่ติดตั้งแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์ อินพุต ซึ่งไม่จำเป็นต้องจับคู่อิมพีแดนซ์ อินพุต และทำให้แอมพลิฟายเออร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในอุปกรณ์วัดและทดสอบ . ลักษณะเพิ่มเติม ได้แก่DC offset ที่ต่ำมาก, การดริฟท์ต่ำ , สัญญาณรบกวน ต่ำ , open-loop gainที่สูงมาก , อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป ที่สูงมาก และ อิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงมาก. แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดใช้ในกรณีที่ต้องการความแม่นยำและความเสถียร สูง ของวงจรทั้งในระยะสั้นและระยะยาว

แม้ว่าเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดมักจะแสดงแผนผังเหมือนกับเครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ มาตรฐาน (op-amp) แต่เครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์มักประกอบด้วย 3 op-amps ภายใน สิ่งเหล่านี้ถูกจัดเรียงเพื่อให้มี op-amp หนึ่งตัวสำหรับบัฟเฟอร์แต่ละอินพุต (+, -) และอีกตัวหนึ่งเพื่อสร้างเอาต์พุตที่ต้องการด้วยการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่เพียงพอสำหรับฟังก์ชัน [1] [2]

วงจรขยายสัญญาณเครื่องมือวัดที่ใช้บ่อยที่สุดแสดงอยู่ในรูป อัตราขยายของวงจรคือ

แอมพลิฟายเออร์ขวาสุดพร้อมกับตัวต้านทานที่มีป้ายกำกับและเป็นเพียงวงจรดิฟเฟอเรนเชียล-แอมพลิฟายเออร์มาตรฐาน โดยมีเกน =และความต้านทานอินพุตส่วนต่าง = 2·. แอมพลิฟายเออร์สองตัวทางด้านซ้ายคือบัฟเฟอร์ กับลบออก (วงจรเปิด) พวกมันเป็นบัฟเฟอร์สามัคคีที่ได้รับอย่างง่าย วงจรจะทำงานในสถานะนั้นโดยมีค่าเกนเท่ากับและอิมพีแดนซ์อินพุตสูงเนื่องจากบัฟเฟอร์ อัตราขยายของบัฟเฟอร์สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการวางตัวต้านทานระหว่างอินพุตการกลับบัฟเฟอร์บัฟเฟอร์และกราวด์เพื่อปัดผลตอบรับเชิงลบบางส่วนออกไป อย่างไรก็ตามตัวต้านทานตัวเดียวระหว่างอินพุทอินพุทสองอินพุทเป็นวิธีที่สง่างามกว่ามาก: เพิ่มเกนโหมดดิฟเฟอเรนเชียลของบัฟเฟอร์คู่ในขณะที่ปล่อยให้เกนโหมดทั่วไปเท่ากับ 1 ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป (CMRR) ของวงจรและยัง ช่วยให้บัฟเฟอร์สามารถจัดการกับสัญญาณโหมดทั่วไปที่มีขนาดใหญ่กว่ามากโดยไม่ต้องตัดทอนกว่าที่เป็นอยู่หากแยกจากกันและมีอัตราขยายเท่ากัน ประโยชน์อีกประการของวิธีนี้คือช่วยเพิ่มอัตราขยายโดยใช้ตัวต้านทานตัวเดียวแทนที่จะเป็นคู่ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการจับคู่ตัวต้านทานและสะดวกมากที่ช่วยให้อัตราขยายของวงจรสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานตัวเดียว สามารถใช้ชุดตัวต้านทานแบบสวิตช์เลือกได้หรือแม้แต่โพเทนชิออมิเตอร์ทำให้การเปลี่ยนแปลงเกนของวงจรทำได้ง่าย โดยไม่ต้องสลับตัวต้านทานคู่ที่ตรงกัน

เกนโหมดทั่วไปในอุดมคติของแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเป็นศูนย์ ในวงจรที่แสดง เกนโหมดทั่วไปเกิดจากการไม่ตรงกันในอัตรา ส่วนตัว ต้านทานและโดยความไม่ตรงกันในโหมดทั่วไปของอินพุต op-amps สองอินพุต การหาตัวต้านทานที่เข้าคู่กันอย่างใกล้ชิดถือเป็นปัญหาสำคัญในการสร้างวงจรเหล่านี้ เช่นเดียวกับการปรับประสิทธิภาพของโหมดทั่วไปให้เหมาะสม [3]

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดสามารถสร้างด้วย op-amp สองตัวเพื่อประหยัดค่าใช้จ่าย แต่อัตราขยายต้องมากกว่าสอง (+6 dB) [4] [5]

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดสามารถสร้างขึ้นด้วย op-amps แต่ละตัวและตัวต้านทานที่มีความแม่นยำ แต่ยังมีจำหน่ายใน รูปแบบ วงจรรวมจากผู้ผลิตหลายราย (รวมถึงTexas Instruments , Analog Devices , เทคโนโลยีเชิงเส้นและMaxim Integrated Products ) แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด IC มักจะมีตัวต้านทาน ที่ตัดแต่งด้วยเลเซอร์ที่เข้าคู่กันอย่างใกล้ชิดดังนั้นจึงให้การปฏิเสธโหมดทั่วไปที่ยอดเยี่ยม ตัวอย่างได้แก่ INA128 , AD8221 , LT1167และMAX4194

แอมพลิฟายเออร์การวัดยังสามารถออกแบบโดยใช้ "สถาปัตยกรรมป้อนกลับกระแสทางอ้อม" ซึ่งขยายช่วงการทำงานของแอมพลิฟายเออร์เหล่านี้ไปยังรางจ่ายไฟเชิงลบ และในบางกรณีรางจ่ายไฟบวก สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบการจ่ายครั้งเดียว โดยที่รางพลังงานเชิงลบเป็นเพียงกราวด์ของวงจร (GND) ตัวอย่างของชิ้นส่วนที่ใช้สถาปัตยกรรมนี้คือMAX4208/MAX4209และAD8129 /AD8130

ประเภท

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดที่ไม่มีคำติชม

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดที่ปราศจากคำติชมเป็นแอมพลิฟายเออ ร์ดิฟเฟ อเรนเชียลอินพุตสูงที่ออกแบบโดยไม่มีเครือข่ายป้อนกลับภายนอก สิ่งนี้ช่วยลดจำนวนแอมพลิฟายเออร์ (หนึ่งแทนที่จะเป็นสาม) เสียงรบกวนลดลง (ไม่มีสัญญาณรบกวนจากความร้อนเกิดขึ้นจากตัวต้านทานป้อนกลับ) และเพิ่มแบนด์วิดท์ (ไม่จำเป็นต้องชดเชยความถี่) แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดที่มีความเสถียรของชอปเปอร์ (หรือลอยเป็นศูนย์) เช่นLTC2053ใช้ฟรอนต์เอนด์สวิตชิ่งอินพุทเพื่อขจัดข้อผิดพลาด DC offset และการดริฟท์

ดูเพิ่มเติมที่

อ้างอิง

  1. ^ R. F. Coughlin, F. F. Driscoll Operational Amplifiers และ Linear Integrated Circuits (2nd ed. 1982. ISBN  0-13-637785-8 ) p. 161.
  2. ^ Moore, Davis, Coplan Building Scientific Apparatus (2nd ed. 1989. ISBN 0-201-13189-7 ) p. 407. 
  3. สมิธเทอร์, พิวจ์ และวูลาร์ด. "การวิเคราะห์ CMRR ของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด 3-op-amp" อักษรอิเล็กทรอนิกส์ เล่มที่ 13 ฉบับที่ 20 29 กันยายน 2520 หน้า 594
  4. ^ "อย่าตกหลุมรักแอมป์เครื่องดนตรีประเภทใดแบบหนึ่ง" . อี ดีเอ็น. สืบค้นเมื่อ28 ตุลาคม 2014 .
  5. ^ "เครื่องขยายเสียงสำหรับกิจกรรมไฟฟ้าชีวภาพ: การออกแบบที่มีชิ้นส่วนน้อยที่สุด" . ไบโอเซมิ. คอม สืบค้นเมื่อ3 ตุลาคม 2011 .

ลิงค์ภายนอก