- 계측 증폭기 IC 란 무엇입니까?
- 계측 증폭기 이해
- 차동 증폭기와 계측 증폭기의 차이점
- 연산 증폭기를 사용하는 계측 증폭기 (LM358)
- 계측 증폭기 시뮬레이션
- 하드웨어에서 계측 증폭기 회로 테스트
거의 모든 유형의 센서와 변환기는 빛, 온도, 무게 등과 같은 실제 매개 변수를 우리의 전자 시스템이 이해할 수 있도록 전압 값으로 변환합니다. 이 전압 레벨의 변화는 실제 매개 변수를 분석 / 측정하는 데 도움이되지만 생체 의학 센서와 같은 일부 응용 분야에서는이 변화가 매우 적고 (낮은 레벨 신호) 미세한 변화를 추적하는 것이 매우 중요합니다. 신뢰할 수있는 데이터를 얻으십시오. 이러한 애플리케이션에서는 계측 증폭기 가 사용됩니다.
계측 증폭기 일명 INO 또는 인-앰프는 이름에서 알 수 있듯이 전압의 변화를 증폭하고 다른 연산 증폭기와 마찬가지로 차동 출력을 제공합니다. 그러나 일반 증폭기와 달리 계측 증폭기는 완전한 차동 입력으로 공통 모드 잡음 제거를 제공하면서 좋은 이득과 함께 높은 입력 임피던스를 갖습니다. 지금 얻지 못해도 괜찮습니다.이 기사에서는 이러한 계측 증폭기에 대해 배우고 이러한 IC가 연산 증폭기보다 상대적으로 비싸기 때문에 LM385 또는 LM324 와 같은 일반 연산 증폭기 를 사용하여 계측 증폭기 를 사용하고 응용 프로그램에 사용하십시오. 연산 증폭기는 전압 가산기 및 전압 감산기 회로를 구축하는데도 사용할 수 있습니다.
계측 증폭기 IC 란 무엇입니까?
일반 연산 증폭기 IC 외에도 INA114 IC와 같은 계측 증폭기 용 특수 유형의 증폭기가 있습니다. 특정 특정 애플리케이션을 위해 함께 결합 된 일반 연산 증폭기에 불과합니다. 이에 대해 더 이해하기 위해 내부 회로도에 대한 INA114의 데이터 시트를 살펴 보겠습니다.
보시다시피 IC는 두 가지 신호 전압 V IN- 및 V IN +를 사용하므로 이해하기 쉽도록 지금부터 V1 및 V2로 간주하겠습니다. 출력 전압 (V O는) 식을 이용하여 계산 될 수있다
V O = G (V2 - V1)
여기서 G는 연산 증폭기의 이득이며 외부 저항 R G 를 사용하여 설정하고 아래 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
G = 1+ (50k Ω / RG)
참고: 값 50k ohm은 25k (25 + 25 = 50)의 저항을 사용하기 때문에 INA114 IC에만 적용됩니다. 다른 회로의 값을 각각 계산할 수 있습니다.
따라서 기본적으로 이제 살펴보면 In-amp 는 외부 저항으로 설정할 수있는 이득으로 두 전압 소스 간의 차이를 제공합니다. 익숙한 것 같습니까? 그렇지 않다면 차동 증폭기 설계를 살펴보고 돌아 오십시오.
예! 이것이 바로 차동 증폭기가하는 일이며 자세히 살펴보면 위 이미지의 연산 증폭기 A3가 차동 증폭기 회로에 불과하다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 평범한 용어로 계측 증폭기는 또 다른 종류의 차동 증폭기이지만 높은 입력 임피던스 및 쉬운 이득 제어 등과 같은 더 많은 이점이 있습니다. 이러한 이점은 설계에있는 다른 두 개의 연산 증폭기 (A2 및 A1) 때문입니다. 다음 제목에서 이에 대해 자세히 알아볼 것입니다.
계측 증폭기 이해
계측 증폭기를 완전히 이해하기 위해 위의 이미지를 아래와 같이 의미있는 블록으로 나눕니다.
보시다시피 In-Amp는 두 개의 버퍼 연산 증폭기 회로와 하나의 차동 연산 증폭기 회로의 조합 입니다. 이 두 연산 증폭기 설계에 대해 개별적으로 배웠으므로 이제 결합하여 차동 연산 증폭기를 형성하는 방법을 살펴 보겠습니다.
차동 증폭기와 계측 증폭기의 차이점
이전 기사에서 차동 증폭기를 설계하고 사용하는 방법을 이미 배웠습니다. 차동 증폭기의 몇 가지 중요한 단점은 입력 저항으로 인해 입력 임피던스가 매우 낮고 공통 모드 이득이 높기 때문에 CMRR이 매우 낮다는 것입니다. 이는 버퍼 회로로 인해 계측 증폭기에서 극복됩니다.
또한 차동 증폭기에서는 증폭기의 이득 값을 변경하기 위해 많은 저항을 변경해야하지만 차동 증폭기에서는 단순히 하나의 저항 값을 조정하여 이득을 제어 할 수 있습니다.
연산 증폭기를 사용하는 계측 증폭기 (LM358)
이제 연산 증폭기를 사용하여 실용적인 계측 증폭기를 만들고 작동 방식을 확인하겠습니다. 연산 증폭기 계측 증폭기 회로 내가 사용하고 있음은 아래와 같습니다.
이 회로에는 3 개의 연산 증폭기가 모두 필요합니다. 내가 사용하고 두 LM358 IC의. LM358은 하나의 패키지에 두 개의 연산 증폭기가있는 이중 패키지 연산 증폭기이므로 회로에 두 개가 필요합니다. 마찬가지로 단일 패키지 LM741 연산 증폭기 3 개 또는 쿼드 패키지 LM324 연산 증폭기 1 개를 사용할 수도 있습니다.
위의 회로에서 연산 증폭기 U1: A 및 U1: B는 높은 입력 임피던스를 달성하는 데 도움이되는 전압 버퍼 역할을합니다. 연산 증폭기 U2: A는 차동 연산 증폭기 역할을합니다. 차동 연산 증폭기의 모든 저항은 10k이므로 단일 이득 차동 증폭기 역할을하므로 출력 전압이 U2: A의 핀 3과 핀 2 사이의 전압 차이가됩니다.
계측 증폭기 회로 의 출력 전압은 아래 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))
여기서 R = 저항 값 회로. 여기서 R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7, 즉 10k
Rg = 이득 저항기. 여기서 Rg = R1 22k입니다.
따라서 R과 Rg의 값은 증폭기의 이득을 결정합니다. 이득 값은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
이득 = (1+ (2R / Rg))
계측 증폭기 시뮬레이션
시뮬레이션시 위의 회로는 다음과 같은 결과를 제공합니다.
보시다시피 입력 전압 V1은 2.8V이고 V2는 3.3V입니다. R의 값은 10k이고 Rg의 값은 22k입니다. 이 모든 값을 위의 공식에 넣으십시오.
Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3.3-2.8) (1+ (2x10 / 22)) = (0.5) * (1.9) = 0.95V
위의 시뮬레이션과 일치하는 0.95V의 출력 전압 값을 얻습니다. 따라서 위 회로의 이득은 1.9이고 전압 차이는 0.5V입니다. 따라서이 회로는 기본적으로 입력 전압 사이의 차이를 측정하고 여기에 이득을 곱하여 출력 전압으로 생성합니다.
또한 입력 전압 V1 및 V2가 저항 Rg에 나타나는 것을 알 수 있습니다. 이는 Op-amp U1: A 및 U1: B의 음의 피드백 때문입니다. 이렇게하면 Rg 양단의 전압 강하가 V1과 V2 사이의 전압 차이와 같아 지므로 저항 R5 및 R6을 통해 동일한 양의 전류가 흐르게하여 핀 3과 핀 2의 전압을 연산 증폭기 U2: A에서 동일하게 만듭니다. 저항보다 먼저 전압을 측정하면 연산 증폭기 U1: A 및 U1: B의 실제 출력 전압을 볼 수 있으며, 그 차이는 시뮬레이션에서 위와 같이 출력 전압과 동일합니다.
하드웨어에서 계측 증폭기 회로 테스트
Enough Theory는 실제로 브레드 보드에 동일한 회로를 구축하고 전압 레벨을 측정 할 수 있습니다. 내 연결 설정은 다음과 같습니다.
이전에 구축 한 브레드 보드 전원 공급 장치를 사용했습니다. 이 보드는 5V 및 3.3V를 모두 제공 할 수 있습니다. 5V 레일을 사용하여 연산 증폭기와 3.3V를 신호 입력 전압 V2로 전원을 공급하고 있습니다. 다른 입력 전압 V2는 내 RPS를 사용하여 2.8V로 설정됩니다. R에 10k 저항을 사용하고 R1에 22k 저항을 사용했기 때문에 회로의 이득은 1.9가 될 것입니다. 차이 전압은 0.5V이고 게인은 1.9 곱으로 멀티 미터를 사용하여 이미지에 측정 및 표시되는 출력 전압으로 0.95V를 제공합니다. 계측 증폭기 회로 의 전체 작동은 아래 링크 된 비디오에 나와 있습니다.
마찬가지로 위에서 설명한 공식을 사용하여 필요에 따라 이득을 설정하기 위해 R1 값을 변경할 수 있습니다. 이 증폭기의 이득은 단일 저항을 사용하여 매우 쉽게 제어 할 수 있기 때문에 오디오 회로의 볼륨 제어에 자주 사용됩니다.
회로를 이해하고 유용한 것을 배우는 것을 즐겼기를 바랍니다. 질문이 있으시면 아래 댓글 섹션에 남겨 주시거나 더 빠른 답변을 위해 포럼을 사용하십시오.