Laboratuvar Instrumentation için Op Amps ile Aktif İşaret Ölçüm Ölçümleri

Aktif sinyal metresi, laboratuvar enstrümanının arka kemiğini oluşturur, mühendislere, teknisyenlere ve araştırmacılara yüksek sadakatle elektrik miktarlarını ölçmek için izin verir ve yalnızca dijital sistemlere veya pasif bileşenlere güvenen metrelerden farklı olarak, aktif ölçüm sistemleriyle ilgili olarak, operasyonel yükselteçleri (op ampsiyonlar) kullanarak, toplamadan önce sinyalleri, devre üst düzey yaklaşımları ve pratik uygulamaları ve laboratuar ortamı için uygulama stratejileri sağlar.

Op Ampiriklerin Ölçümü için Rol Durumları

Operasyonel yükselteçler aktif sinyal metrenin kalbi olarak hizmet eder, çünkü devre dışı bırakmadan yakın bir şekilde bir kombinasyon oluştururlar, düşük çıktı dürtü, yüksek açık-loop kazanır ve mükemmel bir ortak nokta reddedilmesi.Bu özellikler, bu problemi yüksek orandan küçük gerilimleri çıkarmanıza izin verir. Örneğin, bir pH elektrot veya bir pastazoelektrik sensörü yüksek bir pasif sayacının önemli ölçüde yükleyeceğinden emin olur; af bu problemin çözümü.

Anahtar op amp parametreleri sinyal ölçüm performansı için kritik:

• [FONT=0]Input Bias Current[Dönetici:0] - Düşük seviyeli DC ölçümlerde, kaynak direnci aracılığıyla akan önyargılı bir gerilim hatası oluşturur.FET-input amp (e.g., TL072, OPA140) bu hatayı en aza indirir.
• [FONT:0)Input Offset Gerilim ve Drift) – Hava sıcaklığı limit DC doğrulukla dengede olan sapmalar. OP07 veya ADA4522 gibi esneklikler düşük başlangıç ve düşük kayma sunar.
• [FONT:0]Noise Influence[[[Dönetici: 1))[Dönetici: 0))))) En küçük ölçülebilir sinyal tespit eder. LT1028 düşük gerilim gürültüsünde öne çıkarır; ADA4898-1, orta dereceden yüklenen kaynaklar için bir denge sunar.
• [FONT=0)Gain Band geniş ürün (GBW)) - AC voltmeters veya yüksek hızlı sinyaller için, yeterli GBW, faz hataları olmadan doğru amplifikasyonu sağlar. NE5532 klasik bir ses-band genişliği seçimidir; daha geniş bant genişliği için, LMH6629 düşünün.

Aktif Signal Ölçümleri için Tasarım İlkeleri

Başarılı tasarım aşağıdaki ilkelere dikkat gerektirir, her biri detayda incelediğimiz.

Ampirik Seçenme Stratejisi

Seçim süreci ölçüm aralığı, doğruluk, bant genişliği ve kaynak yetersizlik için başlar.Genel amaçlı laboratuvar DC voltmeters, düşük seviyeli bir amplifiğe benziyor, OP177G veya 100 kHz'den gelen AC sinyalleri ölçtüğünde, bir GBW ile yüksek çözünürlükte bir JFET-putlu amplitüdücükler (en az 10 mm) için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunur.

Pratik bir seçim ayrıca tedarik gerilimlerini de dikkate almalıdır. Laboratuvar gücü malzemeleri genellikle birkaç yüz milisli yükler içinde ±15 V veya ±12 V. Birçok modern amplifik, 3 V ve 5 V arasında tek malzemeler üzerinde çalışır, bu da taşınabilir veya USB tabanlı metre için uygun olabilir.

Geribil Ağ Tasarımı

Geri bildirim ağı, metrenin kazanımı ve stabilitesini belirler.Dönetici olmayan bir yapılandırma için, kazanç 03:0)G = 1 + R)/Rin₎[Döneticileri kullanarak, 10/08/2010) derece gürültüyü kullanarak, 10/seçmişten kaçınarak, 10/seçmişten kaçınmalıdır.

Çok yüksek kazanç gerektiren uygulamalar (örneğin, mikro volt sinyalleri için 1000×), geri bildirim yolunda bir T-network, pratik olarak büyük direnççiler kullanmaktan kaçınabilir. T-network, seride iki dirençliyi zemine ve geri bildirim direncine etkili bir şekilde çoğaltmak için kullanır.

Hassasiyet için, metal film direnci düşük sıcaklık katla (örneğin, ±25 ppm/°C) kullanın, ölçümler arasında geçiş yapılırsa, okumalar boyunca stabiliteyi korumak için hassas direnç gösteren dirençler kullanın.

Güç Supply Decoupling ve Grounding

Op amps, her af amp tedarik pimine mümkün olduğunca yakın olan, gemideki güç girişi noktasından 10 μF elektrolitik veya tantalum kapasitörden yararlanarak, ayrı pozitif ve negatif katlayıcıları kullanarak şarj etmek için temiz bir zemin kullanın: yüksek akım geri dönüş yollarına kadar bir yıldız zemin üstoloji kullanın (örneğin, güç tedariki) düşük seviyeli sinyal geri dönüş noktalarına kadar.

Kalibrasyon Geçici Hükümler

Her aktif metre tasarımı, bir hata anlamına gelmelidir. En basit yöntem, AAC veya an EEPROM tabanlı bir düzeltme (e.g. kullanarak bir dış ADC) yazılımı tazminatını kullanarak bir uyarıyı kullanarak, sabit bir gerilim referansı (örneğin, ADR45) kullanarak bir kalibrasyonu ve ADR4530) ile belirlenen değeri ayarlamayı sağlar.

Farklı ölçüm türleri için devre Topolojileri

sinyal türüne bağlı olarak – yer alan gerilim, diferansiyel gerilim, mevcut veya direniş – farklı artırılmış amp konfigürasyonları amacına hizmet eder.

Yeraltı-Referenced Signals için amplifik olmayan

10. Üsttekiler yüksek girişte yüksek girişte (iddia olarak sonsuza kadar) ve düşük yükleme, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (Dönetici) veya sensör çıkışı gibi yüksek çözünürlükte (D) ile eşdeğerli bir şekilde ayarlanabilir.[D)[Dönetici[Dönetici: 9)[D)[Dönetici / 4|Dönetici / 4|D)[Dönetici = 9|Dönetici / 4|D)

Bipolar veya Genişletilmiş Ortam için amplifiğe giriş

İnverting yükselticisi negatif bir kazanç sağlar ve giriş sinyalinin iki kutuplu olduğu ve ADC, belirli gürültü türlerine daha az duyarlı olmasını gerektirir. 0-5 V).Bir referans sinyalini 0-10 V, 5 V'lik bir dengeleme seviyesiyle kullanabilir.

Yüz ölçüm için alternatif

Signal kaynağı metrenin zeminine atıfta bulunulduğunda, bir diferansiyel yükselteç doğrudan ortak mod gerilimi ortadan kaldırır. Klasik iki-op-amp enstrümanı yükseltici veya dört maçlı dirençli bir amplitüd kullanarak tek bir amplifikatör kullanabilir.Orta-mode reddedilme oranı (CMRR) doğrudan direnir; % 0.00'lik bir yanlış eşleştirme CMRR yaklaşık 80 dB'ye karşı.

Tek bir parçalı yükselteç için, çıktı [DÜDÜDÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.[DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.)[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.

Şimdiki-to-Voltage Converter

Mevcut ölçüm için, transimpedans yükselteç (TIA) şu anki değeri orantılı bir gerilime dönüştürür.(=))) Bu, doğrulanmamış bir görüntüyü, × R_{[Döneticileri için uygun bir şekilde değiştirmiş durumdakiler için, aşağıdakiler için, aşağıdakiler için bir görüntü oluşturabilir.}

Laboratuvar-Grade Ölçümleri için Gelişmiş Tahminler

Gürültü Azaltı Teknikleri

Gürültü herhangi bir sinyal sayacının çözünürlüğünü sınırlar. birincil gürültü kaynakları, af amp'in giriş gerilim gürültü ve mevcut gürültüdür, artı geri bildirim direnç dirençlerinin termal gürültüyü azaltmak için:

• Hala istenen kazanç elde eden en düşük olası direnç değerlerini kullanın, yükleme kısıtlamaları ile tutarlı.
• Orta kazanç uygulamaları için 10 nV/√Hz altındaki gerilim gürültü yoğunluğuyla bir af amp seçin.
• Optikleri yalnızca ölçüm için gerekli olan şeyleri sınırlamak için düşük geçit filtresi uygulayın. DC metre için, 0.1 s ile 1 s kesintiye uğramak için basit bir RC filtre.
• Yakın-DC ölçümleri için bir haphopper-stabilized amplitüdatör kullanmayı düşünün, aktif olarak dengeyi ve düşük frekanslı gürültü (1/f gürültü).
• Bir zeminli metal muhafaza ile tüm giriş yolunu koyun ve kaynağına aksak veya kobiyal kablolar kullanın.

Ayrıntılı bir af amp gürültünün tedavisi için, [[Üyetim:0)Analog cihazlarının af amp gürültü analizi kılavuzu[[Dönt: 1) atıfta bulun.

Giriş Koruma ve Overvoltage

Laboratuvarda, yüksek gerilimlerin kazak uygulamaları yaygındır. amplif girişi seri direnişçilerle (örneğin, girişte 1 kULL'ye 10 kULL) ve mevcut diyotları güvenli bir seviyeye (yaklaşık <10 mA) yükselterek, bu koruma planı küçük bir gürültü performansına kurban eder.

Band Wide and Slew Rate Thinkations

Ölçümleme sinyalleri hızla değişen sinyalleri takip etme yeteneğini belirler. AC voltmeters için, af amplifiğin maksimum sinyalinin en az on katı tepkiyi korumak için en yüksek sinyal frekansı olmalıdır. Örneğin, 100 kHz sinyalleri bir miktar GBW ≥ 10 MHz. Slew oranı, LMH67'nin üzerindeki büyük gerilim salımının üstesinden gelmek için yeteneğini etkiler; en az 5 V / μs için yeterli olacaktır.

Analog-to- Digital Converter ile entegrasyon

Modern laboratuvar metre sık analog panel metreyi dijital ekranlarla değiştirir. ADC doğrudan. Anahtar arabirimleri şunları içerir:

• Çıktı aralığı: ADC'nin giriş aralığına (örneğin, 0-5 V tek bir ADC veya ±10 V için bir bipolar ADC için) eşleştirmek için a amp çıktı.
• Sürüş kapasitesi: Bazı ADCs nispeten yüksek giriş kapasitesi vardır; amplitüb bu yükle stabil olmalıdır. küçük bir seri dirençli (150 ila 100 ULL) cihazını izole etmek için çıktı.
• Anti-aliasing filtre: amp ve ADC arasında amplif ve ADC arasında yarının altında bir köşe frekansıyla basit bir RC düşük geçit filtresi yerleştirin.
• Referans: Oranmetrik ölçümler için, ADC'nin referans gerilimi, doğruyu geliştirmek için af amp's dengeleme ağı ile paylaşılabilir.

ADCs sürüşü için ayrıntılı bir kılavuz mevcut.

Kalibrasyon ve Uygulamada Test

sinyal sayacı inşa ettikten sonra, sistematik bir kalibrasyon prosedürü doğruyu sağlar. Aşağıdaki adımlar 10 galibiyetle DC voltmeter tasarımına uygulanır:

1. Devreyi güç ve ısıyı stabilize etmek için en az 10 dakika ısınmasına izin verin.
2. Zemine giriş ve çıkış dengelemesini ölçmek. Kabul edilebilir sınırları aşırsa, dengelemeyi ayarlayın (eğer mevcutsa) sıfıra kadar çıktıyı sıfıra getirmek için.
3. Bir Fluke 5700A gibi bir kalibreden gelen 100.00 mV'yi girişe doğru bir şekilde ölçer. beklenen çıktı 1.000 V. Eğer tam olarak değilse, bir kazanç göstergesi ayarlama.
4. İkinci bir gerilim uygulayın (örneğin 500.00 mV) ve lineerliği doğrulayın. Çıktılar, kalibrasyon standardının toleransı 5.000 V ± olmalıdır.
5. Ölçüm sonuçlarını kayıt edin. Dijital kalibrasyon için, non-volatile hafızadaki düzeltme katlarını depolamak.

Kalibrasyon standartları ve prosedürleri hakkında daha fazla ayrıntı için, bkz.END:0)NIST kalibrasyon hizmetleri sayfası[Döntgen: 1).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükselteçlere aktif sinyal metre tasarlayın, temel analog elektronikleri pratik mühendislik yargılarıyla birleştirir.Af amplifikasyonu seçerek, gerekli kazanç ve bantlama ve koruma özellikleri ile ilgili doğru, tekrarlanabilir sonuçlar oluşturmak için doğru bir temel sağlayabilirsiniz.Af amplifiğin esnekliği, DC gerilimi, AC gerilimi, mevcut veya minimum değişikliklerle ilgili anlık ölçümler tasarlamanıza olanak sağlar.Bir-off projesi veya üretim çalışması için, burada belirtilen ilkeler, modern laboratuvar ortamları oluşturmak için sağlam bir temel sağlayabilirsiniz.