Инструментальный усилитель

Что такое инструментальный усилитель?

Инструментальный усилитель позволяет инженеру регулировать коэффициент усиления схемы усилителя, не изменяя более одного номинала резистора. Сравните это с дифференциальным усилителем, который мы рассмотрели ранее, который требует настройки нескольких номиналов резисторов.

Так называемый инструментарий Усилитель построен на последней версии дифференциального усилителя, чтобы дать нам такую ​​возможность:

Понимание схемы инструментального усилителя

Эта устрашающая схема построена из каскада дифференциального усилителя с буферизацией с тремя новыми резисторами, соединяющими две буферные схемы вместе. Считайте, что все резисторы имеют одинаковую стоимость, за исключением R _gain . .

Отрицательная обратная связь левого верхнего операционного усилителя вызывает напряжение в точке 1 (верх R _gain ) равным V ₁ . Аналогично, напряжение в точке 2 (нижняя часть R _gain ) сохраняется до значения, равного V ₂ . Это устанавливает падение напряжения на R _gain . равно разнице напряжений между V ₁ и V ₂ . Это падение напряжения вызывает ток через R _gain , и поскольку контуры обратной связи двух входных операционных усилителей не потребляют ток, то такое же количество тока через R _gain должен проходить через два резистора «R» над и под ним.

Это вызывает падение напряжения между точками 3 и 4, равное:

Затем обычный дифференциальный усилитель на правой стороне схемы принимает это падение напряжения между точками 3 и 4 и усиливает его с коэффициентом усиления, равным 1 (опять же предполагая, что все резисторы R имеют одинаковую номинальную стоимость).

Преимущества инструментального усилителя

Хотя это выглядит громоздким способом создания дифференциального усилителя, он имеет явные преимущества, заключающиеся в чрезвычайно высоком входном импедансе на V ₁ и V ₂ входы (поскольку они подключаются прямо к неинвертирующим входам соответствующих операционных усилителей) и регулируемое усиление, которое можно установить с помощью одного резистора.

Немного манипулируя приведенной выше формулой, мы получаем общее выражение для общего коэффициента усиления по напряжению в инструментальном усилителе:

Хотя это может быть неочевидно, глядя на схему, мы можем изменить дифференциальное усиление инструментального усилителя, просто изменив номинал одного резистора:R _gain .

Да, мы все еще можем изменить общее усиление, изменив значения некоторых других резисторов, но это потребует балансировки значение резистора изменяется, чтобы схема оставалась симметричной. Обратите внимание, что наименьшее возможное усиление в приведенной выше схеме достигается при R _gain полностью открыт (бесконечное сопротивление), и это значение усиления равно 1.

ОБЗОР:

• инструментальный усилитель представляет собой дифференциальную схему операционного усилителя, обеспечивающую высокие входные сопротивления с простотой регулировки усиления за счет изменения одного резистора.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочий лист летних и вычитающих схем операционных усилителей