Bài giảng điện tử tương tự khuếch đại đo lường

Khuếch đại đo lường Nguyễn Quốc Cường – 3I Giới thiệu • Khuếch đại đo lường, hay khuếch đại thiết bị (instrumentation- amplifier, hay đơn giản in-amp) là bộ khuếch đại có đầu vào vi sai và đầu ra single-ended. • Hệ số nén đồng pha lớn (CMRR : Common mode rejection ratio). • Tr ở khá ng và o l ớ n . 2 • Tr ở khá ng và o l ớ n . • Dòng vào nhỏ. • Điện áp offset nhỏ. Giới thiệu (Analog Device) 3 Ứng dụng • Các mạch in-amp thường được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu mà ở đó: – tín hiệu hữu ích là tín hiệu điện áp (vi sai) nhỏ còn tín hiệu nhiễu không mong muốn là tín hiệu common-mode. – yêu cầu trở kháng vào lớn. • Ví dụ : 4 • Ví dụ : – Mạch đo sử dụng nguyên lý cầu điện trở (nhiệt độ, tensor ) – Mạch đo tín hiệu điện tim sử dụng các điện cực. – … In-amp sử dụng 2 op-amps A1 A2 R1 R2 R3 R4 V1 VA 5 V2 4 4 2 3 3 2 1 1 4 2 4 2 1 3 1 3 1 1 1 1 OUT A A OUT R R V V V R R R V V R R R R V V V R R R     = + −           = +           = + − +             Khuếch đại vi sai • Hệ số khuếch đại vi sai với R1 = R4 và R2=R3 ( ) 4 2 1 3 1 OUT R V V V R   = − +     6 Khuếch đại đồng pha • Nếu cả hai đầu vào cùng có một điện áp V1 = V2 = V CM thì điện áp đầu ra sẽ bằng: • Tỉ số nén đồng pha 2 4 1 3 1 out CM R R V V R R   = −     7 – GAIN : hệ số khuếch đại vi sai – Các sai số về điện trở sẽ gây ra sự giảm hệ số CMRR – Khi hệ số GAIN tăng thì CMRR cũng tăng. 20log 2 4 1 1 3 GAIN CMRR R R R R     =   −     Tính chất • Tuy nhiên khi GAIN tăng thì sẽ làm giảm giải làm việc của tín hiệu đồng pha đầu vào. • Hệ số CMRR giảm nhanh khi tần số tín hiệu tăng do sự lệch pha của tín hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào của khuếch đại A1. • Tr ở khá ng và o l ớ n v ớ i cả hai tí n hi ệ u đ ầ u và o. 8 • Tr ở khá ng và o l ớ n v ớ i cả hai tí n hi ệ u đ ầ u và o. In-amp sử dụng 3 op-amps A1 A3 R5 Rg R1 R2V1 VA 9 A2 A3 R6 Rg R3 R4 V2 VB Khuếch đại 4 2 2 3 4 1 1 5 5 1 2 6 6 2 1 1 1 1 OUT B A A G G B G G R R R V V V R R R R R R V V V R R R R V V V R R     = + −     +         = + −             = + −         10 6 6 5 5 4 2 2 2 1 1 2 3 4 1 1 1 1 1 G G OUT G G G G R R R R R R R V V V V V R R R R R R R R                     = + + − − + −                 +                 6 5 6 54 2 2 4 2 2 2 1 3 4 1 1 3 4 1 1 1 1 1 1 OUT G G G G R R R RR R R R R R V V V R R R R R R R R R R R R                     = + + + − + + +                     + +                     Khuếch đại vi sai • Nếu R1=R3, R2=R4, R5=R6 ( ) 5 2 2 1 1 2 1 out G R R V V V R R   = − +     11 Khuếch đại đồng pha • V1 = V2= V CM • Nếu R1=R3, R2=R4, R5=R6 thì hệ số khuếch đại đồng pha bằng 0. 1 2 4 2 1 3 4 1 OUT CM R R R R V V R R R R   + = −   +   12 • Bất cứ một sai lệch nào của điện trở sẽ làm tăng hệ số khuếch đại đồng pha • Hệ số nén đồng pha 1 2 4 2 1 3 4 1 20log GAIN CMRR R R R R R R R R     =   +   −   +   Tính chất • Tăng hệ số khuếch đại vi sai sẽ tăng CMRR. • Tuy nhiên tăng hệ số GAIN sẽ làm giảm vùng điện áp đồng pha đầu vào. • Khi tần số tăng thì tỉ số CMRR sẽ giảm do sự lệch pha của các op-amp A1 và A2. Tuy nhiên nếu A1 giống A2 thì gó c l ệ ch pha gi ữ a V 1 và V , V 2 và d V sẽ gi ố ng nhau 13 thì gó c l ệ ch pha gi ữ a V 1 và V A , V 2 và d V B sẽ gi ố ng nhau như vậy ảnh hưởng sẽ ít hơn. • Với in-amp sử dụng 3 op-amps CMRR giảm khi tần số cỡ 100Hz, trong khi in-amp sử dụng 2 op-amps CMRR giảm khi tần số bằng 10Hz . Khuếch đại đo lường Nguyễn Quốc Cường – 3I Giới thiệu • Khuếch đại đo lường, hay khuếch đại thiết bị (instrumentation- amplifier, hay đơn giản in-amp) là bộ khuếch đại có đầu vào. lớn. • Ví dụ : 4 • Ví dụ : – Mạch đo sử dụng nguyên lý cầu điện trở (nhiệt độ, tensor ) – Mạch đo tín hiệu điện tim sử dụng các điện cực. – … In-amp sử dụng 2 op-amps A1 A2 R1 R2 R3 R4 V1 VA 5 V2 4.        Khuếch đại vi sai • Hệ số khuếch đại vi sai với R1 = R4 và R2=R3 ( ) 4 2 1 3 1 OUT R V V V R   = − +     6 Khuếch đại đồng pha • Nếu cả hai đầu vào cùng có một điện áp V1 =