Bridge Devrelerini Anlamak
Köprü devreleri, bilinmeyen bir eğimin yüksek hassasiyetle ölçülmesi için elektrik mühendisliğinde temel araçlardır. Klasik Buğday köprüsü, elmas konfigürasyonunda düzenlenmiş dört dirençten oluşan, köprünün dengelendiği zaman, iki orta nokta arasındaki gerilim sıfırdır, yani, iki tarafın üzerindeki direnç oranı diğer taraftan da orantılıdır.Bu durum, bilinen değerlerden elde edilen bilinmeyen direncin elde edilmesine izin verir.
Diğer köprü türleri Maxwell, Hay ve miliring ve kapasitance ölçme köprülerini içerir, çünkü düşük seviyeli ölçümler için Kelvin çift köprüyü de içerir. Tüm köprü devreleri ortak bir meydan okuma paylaşır: diferansiyel çıktı gerilimi genellikle çok küçük, milivolt veya mikrovoltlar için ve genellikle büyük bir ortak nokta geriliminden dolayı süperi olarak ortaya çıkar.
Aktif Diferansiyel Amplifiers Rolü
Aktif ayırıcı yükselteçler, operasyonel yükselteçler (op-amps), yükselteç girişlerinde ortak olan iki giriş sinyali arasındaki farkı basitleştirmek için özellikle tasarlanmıştır.Bu özellik, ortak nokta reddedilmesi olarak bilinen, köprü ölçümlerinde temel alır, çünkü 5 V veya 10 V) yükseltici girişlere ortak bir sinyal olarak görünür.
Operasyonel Ampirik Temeller
Bir diferansiyel yükseltici genellikle dört hassas direnç ile bir redüksiyon olarak tek bir op-amp yapılandırır. ideal çıktı verilir:
[FONT:0)V[DÜDÜDÜDÜ:2)[Üye: 3)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye) × (V[DÜye)[DÜye/Üye ait)
R)f) ve R)[D][FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=I=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT
Anahtar Performans Parametreleri
- [FONT=0)Common-Mode Rejeksiyon Oranı (CMRR): [Dönetici: 1) Kombinasyonların her iki girişte aynı sinyalleri nasıl iyi reddettiğini ölçüler. Yüksek CMRR (>100 dB) ölçümün bozulmasına engel olmak için gereklidir.
- [FONT:0)Input Offset Gerilim: [Dönder: [Dönder: 1) Diferansiyel sinyale ekleyen küçük bir DC hatası.
- [FONT:0)Gain Band geniş Ürün (GBWP): ), yükselteçin istikrarlı kazanç sağladığı frekans aralığını belirler.For DC köprü ölçümleri için GBWP mütevazi olabilir; dinamik sinyaller için (örneğin, vibrasyon), daha yüksek bant genişliği gereklidir.
- [FONT:0) Yoğunlaşma: [Dönetici: [Döntgenme: 0,0) Düşük giriş gerilimi gürültü (nV/pilot) mikro volt seviyesindeki sinyalleri çözmek için kritiktir.
Bir Köprü Devresinde Ampiifier'i Uygulamayın
Topology Selection
En basit uygulama tek bir op-amp diferansiyel yükselteç kullanır. Ancak, bu topoloji düşük giriş engeli vardır ve iyi CMRR elde etmek için kesin bir direnici gerekir.Daha yüksek performans için, bir araç yükselticisi (INA) tercih edilir. INAs üç-op-amp mimarisi kullanır: iki giriş tamponları yüksek dürtü sağlar ve bir fark, en az 80 RMR'nin dışsal bileşenleri ile yüksek kazanımlar sağlar.
Kazanılan Derece
- [FONT=0)Op-amp veya INA: Düşük dengeleme, yüksek CMRR ve uygun bant genişliği ile bir cihaz seçin.
- [FONT:0)Resistörler:[Döneticiler:[Döneticiler) Hassas metal film direnişçilere tolerans ≤% 0.1 ve düşük sıcaklık katsayı (≤ 50 ppm/°C) kazanı için doğrudan bir araya gelir.
- [FONT=0)Power Supply:[DÜDÜT:1] Temiz, düzenlenmiş malzemeler gereklidir.Sücretsiz cihazlar için, düşük performanslı düzenleyiciler ve şarj cihazı (0.1 μF ve 10 μF) yükseltici güç pimlerine yakın.
- [FONT:0]Input Protection:[Dönetici:[Dönetici: 8 KULLT: 10 kULL) ve Schottky diyotlar, hata akımlarını sınırlayabilir ve aşırı yüklemeye karşı korurlar.
PCB Layout
Gürültü ve istikrar, bu yönergeleri takip ederek ağır etkiler:
- Köprüye mümkün olduğunca yakın olan yükselteçleri takip uzunluklarını en aza indirmek ve elektromanyetik müdahaleyi azaltmak için yerleştirin.
- Kombinasyon ve köprünün altında sağlam bir zemin uçağı kullanın. Ayrı analog ve dijital nedenlerle karışık imza sistemi kullanılıyorsa ve bunları tek bir noktada bağlar.
- Geri bildirim yollarını kısa tutun ve yükseltici girişlere yakın yüksek hızlı dijital sinyalleri engellemeden kaçının.
- Pasif giriş düğümleri etrafında bekçi halkalarını sızıntı akımlarını azaltmak için ekleyin.
Pratik Tasarım Örneği: Bir Strain Gauge ile Buğday Köprü
Bir çeyrek-bridge suskunma hattı düşünün. 350 ULLAH'ın nominal direnci ile tek aktif bir gerginlik ölçümü bir koluna yerleştirilirken, üç hassas köprüyü tamamlamak için 350 ULLAH'ın yüksek gerilimi 5 V. En yüksek gerilim altında, direnç değişiklikleri% 1,9'a kadar yükseltilir.
Devre Yapın
AD8221 gibi bir INA kullanarak, tek bir dış dirençle elde edin (R)G)) . ● · 49.4 kULL / R)
Kalibrasyon Adımları
- Hiçbir gerginlik uygulanmaz (Brezilya), sıfıra doğru dengelemeyi ayarlayın. Birçok modern INAs referans pimi içerir; referansı zemine yerleştirin veya kesin bir gerilim sıfırını uygular.
- Bilinen bir mekanik kalibrasyonu uygulayın (örneğin, ölçümde bir kompostt direnç veya) bilinen bir direniş değişikliğini simüle etmek ve kazancı doğrulamak için.
- Bir dijital voltmeter veya ADC ile çıktıyı ölçmek gerçek kazancı hesaplayın ve R)G) gerekirse ayarlamayı yapın.
- Çıktıyı gerekliyse dijital olarak telafi etmek için ısı ve zaman ayırın.
Aktif Filtreleme ile Performans
Basitleştirmeden sonra, ek filtreleme sinyal kalitesini daha da artırabilir. İkinci sipariş düşük frekanslı filtre sadece en yüksek sinyal frekansının üzerinde geniş bant gürültüsünü azaltır ve ADC'de aransing amplitüdörü önlemek için, aynı af-amp kullanarak filtre uygulanır (if dual/kud paketler kullanılırsa) veya özel bir filtre IC için çok düşük frekanslı ölçümler için, pasif bir RC tarafından takip edilen bir filtre genellikle yeterli olabilir.
izolasyon gerektiren uygulamalar için (örneğin, tıbbi cihazlar veya endüstriyel ortamlar yüksek gerilim ile), izole bir yükselteç veya dijital isolator, diferansiyel yükselteçten sonra yerleştirilmelidir.Bu da zemin döngülerini kırar ve ölçüm elektroniklerini korur.
Ortak Pitfalls ve Sorun Gidering
- [FONT=0)Poor CMRR, karşıtlık veya yanlış eşleştirme nedeniyle:[DÜT:1) Eşleştirilmiş oranlarla karşı karşıya direnç gösteren ağları kullanın veya iç lazer kesimleriyle bir araçlama yükselteçini uygulayın.
- [FONT:0)Oscillation:[Dönetici:[Dönetici:0) ] ] ] Çıkışda aşırı kapasiteli yük veya yetersiz dekoupling. Çıktıda küçük bir seri direnç ekleyin (10 – 50 GU) veya geri dönüş kapasitör ekleyerek kazanç bantını azaltır.
- [FONT:0)Resset sürüklenir:[Dönetici:[Dönetici:0)Döneci:[Dönesel olarak denge için) ısıtılırsa, ısı tazminatı için lekesiz bir şekilde dengelenir.
- [FONT:0)Seçme:[Dönetici:[Dönetici:0) <>[Dönetici:0))Irak, sadece bir noktada analog zemine doğru doğru doğru kaydırın ve kalkanı tek bir noktada bağlayın.
Köprülerdeki Aktif Diferansiyel Amplifiers Uygulamaları
Kazım ölçümlerinin ötesinde, aktif ayırıcı yükselteçler kullanılır:
- [FONT:0)Basın transdüserleri: Piezoresistive köprü sensörleri otomotiv ve tıbbi uygulamalar için.
- [FONT:0] ⁇ sensörleri:[DDDD) Platinum direniş sıcaklık dedektörleri (RTD) bir Buğday köprüsünde.
- [FONT:0)Magnetic alan sensörleri: [Dönetici: [Dönetici: 0,4] Dev Magnetoresistance (GMR) mevcut algılama ve pozisyon tespiti için köprüler.
- [FONT:0]Kırsal ölçekler: [Dönetici:[Dönetici:0) Yük hücreleri hassas amplifikasyon ve sayısallaştırma gerektiren milivolt seviyesindeki çıktılar üretir.
- [FONT=0]Angular pozisyonu sensörleri: [Dönetici: Hall- effects köprüler fırçasız DC motor komünasyonunda kullanılan.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Aktif ayırıcı yükselteçler temiz, köprü devrelerinden gelen sinyalleri dikkatlice seçerek, özellikle de doğrulayıcılar veya verilendirici yükselticileri, dirençleri ve güç tedariki – ve titiz düzeni takip etmek ve kalibrasyon uygulamalarını takip etmek için gereklidir, mühendisler burada tartışılan ilkeler geniş bir köprü tabanlı sensörlere uygulanır, aktif diferansiyel yükselteçler hassas bir araçlama sağlar.