Hiểu các mạch cầu nối

Các mạch điện là công cụ cơ bản trong kỹ thuật đo độ lỗ hổng không rõ, cầu Wheatstone cổ điển, gồm bốn cánh tay kháng cự được sắp xếp trong cấu hình kim cương, vẫn là phần đỉnh phổ biến nhất. khi cầu cân bằng, điện áp giữa hai điểm giữa là số không, có nghĩa là tỷ lệ của hai người chống đối ở một bên bằng tỷ lệ ở một bên khác. điều này cho phép sự kháng cự không xác định được phát ra từ các giá trị. tuy nhiên, trong nhiều ứng dụng thực tế, cầu được cố ý hoạt động trong trạng thái không cân bằng, nơi mà sự phân chia nhỏ tạo ra tỷ lệ thay đổi trong lượng nước, nhiệt độ hoặc nhiệt độ của nó được đo lường hoặc áp suất.

Các loại cầu khác bao gồm Maxwell, Hay, và Schering cầu để đo lường giới hạn và tính năng mở rộng, cũng như cầu Kelvin cho các phép đo lường ít nhất. Bất kể các địa hình cụ thể, tất cả các mạch cầu chia sẻ một thách thức chung: điện áp vi phân thường rất nhỏ, theo thứ tự của mvolt hay microvoltt, và thường được đặt trên một điện áp lớn. Chính xác, trích xuất tín hiệu này đòi hỏi một bộ vi phân phân.

Vai trò của những người đa dạng tích cực

Chương trình khuếch đại khác nhau, xây dựng xung quanh bộ khuếch đại hoạt động (máy phát điện) được thiết kế đặc biệt để khuếch đại sự khác biệt giữa hai tín hiệu nhập, trong khi từ chối bất kỳ điện áp phổ biến cho cả hai đầu vào. Tính chất này, được biết là bị từ chối thường xuyên, cần thiết trong việc đo đạc cầu vì bộ phận tạo năng lượng cầu (v. d., 5 V hoặc 10 V) xuất hiện như là một tín hiệu chung tại các đầu vào khuếch đại. Không có đủ, tín hiệu phổ biến sẽ làm cho bộ khuếch đại hay nhấn chìm tín hiệu vi phân nhỏ của sự chú thích.

Cơ bản về phương pháp

Một bộ khuếch đại vi phân thường sử dụng một bộ phóng xạ được cấu hình riêng lẻ như một bộ trừ với bốn bộ đối kháng chính xác. Kết quả lý tưởng được đưa ra bởi:

) ) ) [R [FLT:] [FLT:] / R [FLT:]] [LT:6]] [L:] [L:] [L:11] [L:] [L:] [L] [L:11] [L:] [FL:]]

Nơi R fLT [FLT: 1] và R [FLT [FLT:]] xác định lợi ích. Trong thực tế, các thiết bị op-pamtes thực sự có tỷ lệ thông dụng (CR: 1], tăng cường điện áp và các dòng thời gian định kiến cần được tính toán. Các tính chính xác hiện đại [FLT:] như cầu [FT:4] ADDDD45[FT:5] hoặc [FRRR], [TR] trong công cụ điều chỉnh [CR].S].S. [C.A.S.S.S.A.S.S.S.A.: Mở rộng [V.: 120B.S.S.A., và dịch chuyển tiếp sang D.R.

Tham số hiệu suất khóa

  • Tỉ lệ từ chối giao thức - đa thức (CMR): ) đo lường kỹ bao nhiêu bộ khuếch đại từ chối tín hiệu giống hệt nhau trên cả hai đầu vào. Một hệ thống CMR cao (>100 dB) là cần thiết để ngăn ngừa sự giải phóng cầu khỏi khả năng đo lường bị hỏng.
  • Một lỗi DC nhỏ thêm vào tín hiệu vi phân. Các ống dẫn chính xác có điện áp bị bù đắp dưới 10 UV.
  • Thêm băng thông (GBWP): ) Xác định tần số mà bộ khuếch đại duy trì ổn định. Đối với máy phóng to DC, GBWP có thể khiêm tốn; đối với các tín hiệu năng động (v. g., rung động), dây buộc phải cao hơn.
  • Không có tiếng động điện áp thấp ) là quan trọng để giải quyết các tín hiệu mức độ vi mô. Các giai đoạn xuất ra từ trên xuống dưới cũng có lợi cho việc tối đa hóa phạm vi động lực khi sử dụng hệ thống đơn nâng cấp.

Làm cho người máy hút bụi được vui hưởng một mạch điện

Chọn hình chữ nhật

Việc thực hiện đơn giản sử dụng một bộ khuếch đại vi phân loại. Tuy nhiên, phần lớn có đầu vào thấp và cần thiết bộ đảo chính xác khớp để đạt được CMR tốt. Để đạt được thành tích tốt hơn, cần có thiết bị khuếch đại công cụ (INA) được ưu tiên. TRONG dạng thiết bị AD8: kiến trúc ba chiều: hai amp đầu vào cung cấp độ dẫn nhập cao, và sự khác biệt này cung cấp sự từ chối có lợi ích cuối cùng và phổ biến. TRONG số thành phần hiện đại, như thiết bị [FL: 0] AD82 [T], 1] bao gồm các thiết bị laser ở mức tối thiểu.

Chọn thành phần

  • Thiết bị hoặc INA: [FLT: 1] Chọn một thiết bị có độ lệch thấp, CMR cao, và băng thông thích hợp. Đối với cảm biến cầu kháng cự, một thiết bị giảm thiểu hoạt động.
  • Các nhà duy trì: sử dụng chính xác kim loại đối kháng với sự khoan dung 1% và nhiệt độ thấp (GM/°C) cho mạng thiết lập đạt được. Misli xứng trực tiếp làm giảm hiệu lực CMR.
  • Cung cấp điện: Các nguồn cung cấp sạch, có kiểm duyệt là cần thiết. Đối với các thiết bị có mã ắc quy, hãy sử dụng bộ điều chỉnh thả xuống và bộ tụ điện phân cách (0. 1 và 10 10 ) gần các kẹp điện khuếch đại.
  • Bảo vệ input: các cuộc đối kháng (k k k k k k k k k k k k k k k ) và các diode tinh vi để giảm bớt lỗi dòng chảy và bảo vệ chống quá tải.

Bố trí PCB

Tiếng ồn và sự ổn định bị ảnh hưởng bởi bố trí.

  • Đặt bộ khuếch đại càng gần cây cầu càng tốt để giảm độ dài vết và giảm nhiễu điện từ.
  • Sử dụng một máy bay mặt đất vững chắc bên dưới bộ khuếch đại và cầu. chia ra các khu vực tương tự và số nếu sử dụng hệ thống ký hiệu hỗn hợp, và kết nối chúng tại một điểm duy nhất.
  • Giữ đường dẫn phản hồi ngắn và tránh phát ra tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao gần các đầu vào khuếch đại.
  • Thêm vòng bảo vệ xung quanh các nút nhập cường độ cao để giảm các dòng nước rỉ.

Thí dụ thiết kế thực tiễn: Cầu Wheatstone với một dây thép gai

Hãy xem xét một vòng cung chạy bằng 1/4 cây cầu đo lường xung lực. một dòng điện hoạt động duy nhất với sự kháng cự trên danh nghĩa 350 G được đặt trong một cánh tay, trong khi ba lực lượng chính xác của 350 G hoàn thành cầu. điện áp kích thích là 5 V. dưới dòng tối đa, sự kháng cự thay đổi 1%, tạo ra một điện áp khác nhau khoảng 12.5 mV. Để khuếch đại nó lên 2.5 m (toàn bộ cho 12 bit ADC), một lợi nhuận là cần thiết.

Cấu hình mạch điện

Dùng một OR như AD8221, đặt lợi thế với một đối kháng bên ngoài (R . Công thức đạt được là ) G = 49.4K + 1 . Độ cực của các dữ liệu phải tương ứng với chiều (mười / ảnh áp đặt).

Bước cân chỉnh

  1. Không có sự căng thẳng nào áp dụng (bridge cân bằng), điều chỉnh độ cắt (nếu có) thành 0 đầu ra. Nhiều TRONG hiện đại có một cái kẹp tham chiếu; nền tảng của tài liệu tham khảo hoặc áp dụng điện áp chính xác đặt giá trị xuất số không.
  2. Áp dụng một sự cân nhắc cơ học đã biết (v.g., một bộ phận chống đẩy tránh né trên đồng hồ) để mô phỏng một sự thay đổi phổ biến về sức kháng cự và xác minh lợi thế.
  3. Tính toán kết xuất bằng vôn số hay ADC. Tính toán số thu nhập thực tế và điều chỉnh R G [FLT: 1] nếu cần.
  4. Ghi lại kết quả đi qua nhiệt độ và thời gian để bù đắp bằng số nếu cần thiết.

Tăng cường khả năng lọc với hoạt động

Sau khi mở rộng, bộ lọc thêm có thể cải tiến chất lượng tín hiệu. Bộ lọc nhập thấp thứ hai với tần số cắt giảm chỉ trên tần số tín hiệu cao nhất giảm nhiễu băng tần rộng và ngăn chặn bí danh trong ADC. Bộ lọc có thể được thực hiện với một bộ lọc kiểu SlenKey bằng cùng một hệ thống thông gió (nếu các gói đôi/quad được sử dụng) hoặc với một bộ lọc đặc biệt dành riêng cho bộ lọc rất ít chức năng, một bộ lọc có khả năng tự động được gắn kết với bộ lọc RC thường là đủ.

Để áp dụng các ứng dụng cần thiết cô lập (v. d., thiết bị y tế hoặc môi trường công nghiệp với điện áp cao), cần phải đặt một bộ đo điện áp hay điện tử số biệt lập sau bộ khuếch đại vi phân. Việc này phá vỡ vòng lặp mặt đất và bảo vệ các thiết bị điện tử đo đạc.

Những cạm bẫy thường gặp và khó khăn

  • Poor CMR vì sự đối kháng sai: ) Dùng mạng đối kháng với tỷ lệ khớp, hoặc thực hiện một bộ khuếch đại công cụ với việc cắt laser nội bộ.
  • Sự chống đối: ) gây ra bởi tải quá nhiều về đầu ra hoặc phân tách không đủ. Thêm một số nhỏ kháng cự (10 – 50 50) tại kết xuất hoặc giảm thu nhập bằng cách thêm một bộ tụ phản hồi.
  • Dịch vụ thả trôi: Nếu kết quả thay đổi với nhiệt độ, bảo đảm rằng hệ thống thông op được chỉ định cho sự trôi dạt thấp và cầu được cân bằng nhiệt (v. g., con bọ đo nhiệt độ bồi thường).
  • Bật/tắt:) Khiên chắn dây dẫn vào không khí và kết nối lá chắn với mặt đất tương tự chỉ tại một điểm. Tránh định tuyến các dây dẫn nhập gần chuyển tiếp nguồn điện hay động cơ.

Những ứng dụng của những người phân biệt chủng tộc đang hoạt động trong các cầu nối

Ngoài các đo lường căng thẳng, các bộ khuếch đại vi phân tích hoạt động được dùng trong:

  • Máy phát siêu âm: Cảm biến cầu cầu nối máy móc cho ứng dụng tự động và y học.
  • Các cảm biến nhiệt bộ dò nhiệt độ Platinum trong một cây cầu nước ngọt.
  • Cảm biến từ trường:) Từ tính khổng lồ (GMR) cầu để phát hiện cảm nhận và vị trí hiện thời.
  • Các vảy cân: tải tế bào tạo ra các kết xuất cấp mMolott cần sự chính xác tích hợp và số hóa.
  • Cảm biến vị trí góc: Các cầu hiệu ứng Hall được dùng trong giao thức động động không bàn chải.

Kết luận

Các bộ khuếch đại khác nhau là cần thiết để chiết xuất sạch, các tín hiệu khuếch đại từ các mạch nối kết nối. Bằng cách chọn cẩn thận các bộ phận - đặc biệt là bộ phóng to, bộ phóng to, đối kháng và cung cấp điện - và theo các bố trí nghiêm ngặt và tính toán cân chỉnh, các kỹ sư có thể đạt được độ phân giải xuống vi mô. Các nguyên tắc được thảo luận ở đây áp dụng cho phạm vi các bộ cảm biến dựa trên cầu, làm cho bộ khuếch đại vi phân tích một góc độ chính xác. Khi sự chính xác cảm biến tăng, hiểu đúng đắn hơn, và thực hiện các thiết bị khuếch đại này thậm chí trở nên quan trọng hơn để hiệu suất đáng tin cậy hơn.