Laboratorium Elektroniki cz II 3

204

operacyjnych. Istnieją też specjalizowane monolityczne lub hybrydowe wzmacniacze przyrządowe (ang. instrumentation amplifiers). W przeciwieństwie do wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz przyrządowy nie jest układem uniwersalnym, gdyż nie nadaje się do realizacji funkcji. Wzmacniacz przyrządowy stosowany jest najczęściej do współpracy z termoparami, mostkami tensometrycznymi, czujnikami biologicznymi lub bocznikami prądowymi.

10.2.1. Podstawowe układy wzmacniaczy przyrządowych 1. Wzmacniacz różnicowy pojedynczy

Na rys. 10.1 przedstawiono podstawowy układ wzmacniacza różnicowego W ogólnym przypadku napięcie wyjściowe tego układu można opisać zależnością 10.1:

U_r = 'U₂-'U 1i_s=7 (UiHi2)

U,

Rys. 10.1. Wzmacniacz różnicowy wykonany w oparciu o jeden wzmacniacz operacyjny: u_r - napięcie różnicowe, u_s - napięcie wspólne (sumacyjne)

u₀ =^(A + B-C)u_r+(A-B + C)u_s    (10.1)

gdzie: K_s - wzmocnienie napięciowe sumacyjne wzmacniacza operacyjnego (W.O),

K_r - wzmocnienie napięciowe różnicowe W.O.

A-    *_r

1 ₊ Łl _{+ K} ^R1 ^{1 +} (^R3^/R<)

R« ^rR₂1 + (R₁/R₂)

B =

K,

^ + K_r^

R₂ r₂

c =

K_s

1 + —+ K_r R₂ ^r R₂

Najważniejszym problemem rozpatrywanym w przypadku wzmacniacza przyrządowego jest jego zdolność do tłumienia sygnału wspólnego w obecności elementów sprzężenia zwrotnego (Ri, R2, R3, R₄). Ogólnie zdolność tę charakteryzuje się za pomocą współczynnika tłumienia sygnału wspólnego CMRR, jako stosunek wzmocnienia różnicowego do wzmocnienia sumacyjnego:

CMMR_W=^- - dla W.O.    (10.2a)

^Ks

K’

CMRR_U=—f- - dla całego układu obejmującego    (10.2b)

^Kś

W.O. i sprzężenie zwrotne gdzie: KJ - wzmocnienie różnicowe całego układu,

K'_s - wzmocnienie sumacyjne całego układu.

W sytuacji wyidealizowanej, gdy dysponujemy idealnym W.O. (tzn.: K_r = w, K_s = 0, CMRR_W = 00) i idealnymi rezystorami (o tolerancjach 8r = 0%), otrzymujemy układ pozbawiony wpływu sygnału wspólnego, opisany następującymi zależnościami:

(10.3)

powered by

Mi sio!

R2 /    V

U₀ =7T-(^U 2~^ui)

CMRR_U = 00

Dodatkowym warunkiem jest równość stosunków rezystancji rezystorów sprzężenia zwrotnego: (R2/R1) = (R3/R4), gdyż wówczas otrzymamy „czystą" różnicę napięć wejściowych.

Analiza zależności (10.1) opisującej układ rzeczywisty (tzn.: K_r < w, |K_S| * 0. CMRR_W < 00, tolerancje 8r * 0) umożliwia wyprowadzenie zależności na współczynnik CMRRu całego układu:

1

U

CMRR,

i_^Ri R4

1 ₊ 2^. + 5l^l

^R1 ^R1 ^R4

+

K,

K_r

(10.4)