پیاده سازی تقویت کننده های مختلف فعال برای اندازه گیری سیگنال های پل مدار

درک مدارهای پل

مدارهای پل ابزار بنیادی در مهندسی برق برای اندازه گیری بی اندازه گیری بی دقتی ناشناخته با دقت بالا هستند، پل کلاسیک وانستون، متشکل از چهار بازوی مقاومت که در پیکربندی الماس قرار دارند، رایج ترین توپولوژی است، زمانی که پل متناسب است، ولتاژ بین دو نقطه جابجایی صفر است، به این معنی که نسبت دو مقاومت در یک طرف برابر نسبت در شرایط دیگر است، با این اجازه می دهد که مقدار متغیر به طور عمدی در حالت کاهش یابد، در فشار غیر قابل تشخیص داده می شود، و یا مقدار متغیر در حالت، در فشار در حالت، که در فشار غیر قابل تشخیص است، که در حالت، مقدار فرکانس های مختلف، در حالت، به طور دقیق، مقدار، مقدار، که در فشار غیر قابل تشخیص داده می شود، در حالت، مقدار در فشار غیر قابل تشخیص داده می شود، که در حالت، مقدار فرکانس، به طور آگاهانه در حالت، نسبت دو نقطه ای که در حالت، نسبت دو نقطه ای که در حالت، مقدار متغیر در حالت، مقدار متغیر است، مقدار متغیر در حالت، مقدار، به طور آگاهانه در حالت، به طور دقیق، نسبت عملکرد، نسبت آن، نسبت دو نقطه ای که در حالت، مقدار متغیر است، نسبت عملکرد، نسبت دو نقطه ای که در حالت، نسبت دو نقطه ای که در حالت

انواع دیگر پل شامل ماکسول، Hay و Schering پل برای اندازه گیری استنتاج و خازن، و همچنین پل دو کلوین برای اندازه گیری های کم مقاومت، صرف نظر از توپولوژی خاص، همه مدارهای پل به اشتراک می گذارند یک چالش مشترک: ولتاژ خروجی تفاوت اغلب بسیار کوچک است، به منظور میلی ولت یا میکروvolt، و به طور معمول فوق العاده در مورد استفاده دقیق از این ولتاژ بالا.

نقش تقویت کننده های مختلف فعال

تقویت کننده های مختلف فعال، ساخته شده در اطراف تقویت کننده های عملیاتی (op-amps)، به طور خاص طراحی شده اند تا تفاوت بین دو سیگنال ورودی را تقویت کنند در حالی که رد هر ولتاژ رایج برای هر دو ورودی است، که به عنوان ردگیری مشترک شناخته می شود، در اندازه گیری پل ضروری است زیرا ولتاژ انتقال پل (به عنوان مثال، 5 یا 10) به عنوان یک سیگنال رایج در ورودی های تقویت کننده، بدون سیگنال معمولی، بدون رد کردن سیگنال یا رد کردن سیگنال های کوچک غرق می شود.

اصول تقویت کننده عملیاتی

تقویت کننده تفاوت معمولا از یک فرمت واحد به عنوان یک تفریق با چهار مقاومت دقیق استفاده می کند. خروجی ایده آل توسط:

[[ویرایش] [[[ویرایش] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]]] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]] [و [به]] [FLT: [F] [و [F] [F] [F] [F ] [F ] [F ] [ [2 ] [ [ [ ] ] [ [ [ [ ] ] [ [ [ [ [ ] ] ] ] [ [ [ [ [ ] ] ] ] ] [ [ [ [ ] ] ] [ [ [ [ [ ] ] ] ] [ [ [ [ [ ] ] ] ] ] [ [ [ [ [ ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ ] ] [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ ] ] ] ] ] ] ] ] ]

در حالی که R _{[FLT1 ] و R _{] [ [ [FLT3] [ [ [FLT3]] [FLT] [F] [x] [F2 ] [x] [x]] [x] [2 ] [2 ] [2 ]] ، ولتاژ ورودی و سوگیری های فعلی که باید برای دقیق مدرن حساب کنند ، مانند [F4] یا [F2 ]}}

پارامترهای عملکرد کلیدی

نسبت رد کردن مود (CMRR): اندازه گیری می کند که چگونه تقویت کننده سیگنال های یکسان را در هر دو ورودی رد می کند.
ولتاژ خروجی: یک خطای کوچک DC که به سیگنال های مختلف اضافه می کند، ولتاژهای دقیق زیر 10 μV دارند.
Gain Bandwidth محصول (GBWP): محدوده فرکانس را تعیین می کند که تقویت کننده سود پایدار را حفظ می کند.برای اندازه گیری های پل DC، GBWP می تواند معتدل باشد؛ برای سیگنال های پویا (به عنوان مثال، لرزش)، پهنای باند بالاتر مورد نیاز است.
بدون هیچ گونه تراکم: نویز ولتاژ ورودی پایین (nV / √Hz) برای حل سیگنال های سطح میکروvolt حیاتی است.

پیاده سازی تقویت کننده در یک مدار پل

انتخاب Topology Selection

ساده ترین پیاده سازی از یک تقویت کننده تفاوت تک فرمت استفاده می کند، با این حال، این توپولوژی دارای کمبود ورودی پایین است و نیاز به مقاومت دقیق برای دستیابی به CMRR بالا دارد، برای عملکرد بالاتر، تقویت کننده ابزار (INA) ترجیح می دهد. INAs استفاده از یک معماری سه-LT: دو آمپر ورودی ارائه می دهد بی طرفی بالا، و یک آمپر تفاوت فراهم می کند نهایی و پشتیبانی یکپارچه است.

انتخاب قطعات

یک دستگاه با افست پایین، CMRR بالا و پهنای باند مناسب برای سنسورهای پل مقاومتی، یک فرمت موقت هلیکوپتر را انتخاب کنید.
بازندگان: استفاده از مقاومت دقیق فلز فیلم با تحمل ≤ 0.1٪ و ضریب دمای پایین (≤ 50 ppm / ° C) برای به دست آوردن شبکه تنظیم.
]Power Supply: تدارکات تمیز، تنظیم شده ضروری است.برای ابزار باتری، استفاده از تنظیم کنندگان کم فشار و خازن های برش (0.1 μF و 10 μF) نزدیک به پین تقویت کننده.
حفاظت از نفوذ: مقاومت کنندگان سری (1 kΩ - 10 kΩ) و دیودهای Schottky به زمین محدودیت جریان خطا و محافظت در برابر بیش از حد.

PCB Sets

نویز و ثبات به شدت تحت تاثیر طرح قرار می گیرند.این دستورالعمل ها را دنبال کنید:

تقویت کننده را تا جایی که ممکن است به پل نزدیک کنید تا طول های ردیابی و کاهش تداخل الکترومغناطیسی را به حداقل برساند.
از یک هواپیمای زمینی جامد در زیر تقویت کننده و پل استفاده کنید، زمینه های آنالوگ و دیجیتال را جدا کنید اگر یک سیستم نشانه گذاری ترکیبی استفاده شود و آنها را در یک نقطه واحد متصل کنید.
مسیر بازخورد کوتاه را نگه دارید و از مسیریابی سیگنال های دیجیتال با سرعت بالا در نزدیکی ورودی های تقویت کننده اجتناب کنید.
حلقه های محافظ را در اطراف گره های ورودی با سرعت بالا برای کاهش جریان نشت اضافه کنید.

مثال طراحی عملی: پل واترستون با یک استراin Spi

یک مدار سنج فشار ربع را در نظر بگیرید.یک سنج تک فعال با مقاومت اسمی ۳۵۰ Ω در یک بازوی قرار می گیرد، در حالی که سه مقاومت دقیق ۳۵۰ Ω پل را تکمیل می کند. ولتاژ تحریک ۵ V. تحت حداکثر فشار است، تغییرات مقاومت به طور ۱٪، تولید یک ولتاژ تفاوت تقریبا 12.5 mV برای تقویت این به ۲.۵ (در مقیاس کامل برای به دست آوردن ۱۲DC) مورد نیاز است.

تنظیمات مدار

در این میان، از جمله ی «مَنَّهُ» استفاده کنید و به «مَهُوا» (مَهُوَهُمْهُمْهُمْهُمِهُوا مِنَهُمْهُمِهُمْهُمِهُمِهُوا مِهُمِهُمِهُواِهُمِهُوا مِهُوا مِهُوا مِهُوا مِهُوا مِهُواِنِنِهُوا مِنْهُواِهُمْهُمِهُواِهُوا مِنِنِنْهُمِهُمْهُواِنْهُمِهُواِهُوا مِنْهُمْهُمْهُواِنْهُمِنِنِنِنَهُمِنْهُمِنِنِنِنِنْهُوا مِنِنَهُواِنَهُ

گام های کالیبراسیون

بدون هیچ گونه فشار اعمال شده (پلی متعادل)، تنظیم برش (در صورت موجود) به صفر خروجی، بسیاری از INA های مدرن شامل یک پین مرجع؛ پایه مرجع یا درخواست یک ولتاژ دقیق خروجی صفر است.
یک کالیبراسیون مکانیکی شناخته شده (به عنوان مثال، مقاومت اجتناب ناپذیر در سراسر سنج) را برای شبیه سازی یک تغییر مقاومت شناخته شده و تأیید سود.
خروجی را با یک متر دیجیتال یا ADC اندازه گیری کنید و سود واقعی را محاسبه کنید و R را تنظیم کنید _G در صورت لزوم.
رکورد خروجی در دما و زمان حرکت می کند تا در صورت لزوم به صورت دیجیتالی جبران شود.

افزایش عملکرد با فیلتر فعال

پس از تقویت، فیلترینگ اضافی می تواند کیفیت سیگنال را بهبود بخشد. فیلتر دوم با فرکانس قطع شده فقط بالاتر از بالاترین فرکانس سیگنال باعث کاهش سر و صدا پهنای باند گسترده و جلوگیری از aliasing در ADC. فیلتر می تواند با یک توپولوژی Sallen-Key با استفاده از همان فرمت (اگر بسته های دوگانه / پیشرفته استفاده می شود) یا با یک فیلتر بسیار ضعیف، اغلب با اندازه گیری های بسیار ضعیف، به دنبال یک فیلتر بسیار ضعیف، به کار رفته است.

برای برنامه های کاربردی که نیاز به انزوا دارند (به عنوان مثال، دستگاه های پزشکی یا محیط های صنعتی با ولتاژ بالا)، تقویت کننده یا اسکلاتور دیجیتال باید پس از تقویت کننده تفاوت قرار گیرد.این حلقه های زمینی را می شکند و از الکترونیک اندازه گیری محافظت می کند.

قرص های معمول و عیب یابی

] [Poor CMRR به دلیل مقاومت در برابر یا عدم تطابق: از شبکه های مقاومت کننده با نسبت های همسان استفاده کنید، یا تقویت کننده ابزار با لیزر داخلی را پیاده سازی کنید.
سود: با بار بیش از حد اسیدی بر خروجی یا عدم تعادل، یک سری کوچک مقاومت در برابر خروجی (10 - 50 Ω) را اضافه کنید یا پهنای باند به دست آوردن با اضافه کردن یک خازن بازخورد کاهش دهید.
[در این صورت] اگر تغییرات در دما رخ دهد، اطمینان حاصل کنید که این پل برای کاهش سرعت مشخص شده و به طور حرارتی متعادل است (به عنوان مثال، اندازه گیری های ساختگی برای جبران دما).
Noise وانت: سیم های ورودی پیچ خورده و وصل سپر به زمین آنالوگ در یک نقطه تنها از مسیریابی سیم های ورودی نزدیک به تعویض برق یا موتور.

برنامه های تقویت کننده های مختلف فعال در پل ها

فراتر از اندازه گیری های سویه، تقویت کننده های مختلف فعال در موارد زیر استفاده می شوند:

مبدل های فشار دهنده: سنسورهای پلزوماتیک برای کاربردهای خودرو و پزشکی.
سنسورهای الکتریکی: آشکارسازهای مقاومت پلاتین (RTDs) در یک پل وانستون.
سنسورهای میدان مانیتیک: پل های مغناطیسی غول پیکر (GMR) برای سنجش فعلی و تشخیص موقعیت.
مقیاس های مازون: سلول های بار تولید کننده خروجی های سطح میلی ولت است که نیاز به تقویت دقیق و دیجیتال سازی دارند.
سنسورهای موقعیت مکانی منظم: پل های اثر هال که در حرکت حرکتی DC بدون برس استفاده می شود.

نتیجه گیری

تقویت کننده های مختلف فعال برای استخراج سیگنال های تمیز و تقویت شده از مدارهای پل ضروری هستند، با دقت انتخاب اجزای - به ویژه تقویت کننده های تاکتیکی یا ابزار، مقاومت کنندگان و منبع برق - و پس از اقدامات دقیق و چیدمان دقیق، مهندسان می توانند قطعنامه های اندازه گیری را به میکروvolts دست آورند. اصول مورد بحث در اینجا به طیف گسترده ای از سنسورهای مبتنی بر پل، ساخت یک تقویت کننده دقیق و دقیق، حتی درک دقیق تر از دقت، به درستی افزایش می یابد.