Почему коэффициент усиления моего инструментального усилителя нелинейный?


11

Я использую инструментальный усилитель AD8226 в качестве предварительного усилителя в цепи, в которой используется датчик кислорода на микротопливных элементах для измерения содержания кислорода в потоке газа. Предварительный усилитель сконфигурирован в однополярном режиме с питанием 5 В. Резистор усиления был выбран, чтобы дать усиление ~ 80.

введите описание изображения здесь

Выходной сигнал усилителя затем передается через активный фильтр нижних частот и в АЦП микроконтроллера, но я не думаю, что это имеет отношение к проблеме. Все, что здесь обсуждалось, было сделано с выходом предусилителя (узел O2_PRE на диаграмме) с плавающей и подключенным только к мультиметру.

При тестировании этой схемы с датчиком я обнаружил, что усиление было хорошим и линейным - вплоть до определенной точки, где усиление снижалось (эта точка находилась на входе около 20 мВ / выход 1,6 В).

Чтобы устранить любые проблемы с датчиком, я заменил датчик делителем напряжения, состоящим из фиксированного резистора и многооборотного линейного блока:

введите описание изображения здесь

С резисторной сетью я наблюдал ту же проблему (см. Ниже график зависимости выхода усилителя).

Для дальнейшего устранения любых проблем с окружающими цепями я подключился непосредственно к AD8226, используя мой источник питания bechtop в качестве VCC. Даем схему видно здесь:

введите описание изображения здесь

Это показало то же поведение, что и на этом графике:

введите описание изображения здесь

(«материнская плата» относится к выходу, когда делитель напряжения используется для управления исходной цепью, усиление «макета» немного ниже, поскольку я использовал резистор усиления 630R)

В спецификации AD8226 указывается размах выходного напряжения от 0,1 В до + VS-0,1 В в однополюсном режиме. Я измеряю выходной сигнал с помощью высококачественного мультиметра (т.е. с высоким импедансом), хотя я наблюдал те же результаты, когда я добавил нагрузочный резистор 20 К. Я повторил результаты с несколькими устройствами AD8226.

Может кто-нибудь объяснить, почему усиление будет падать выше дифференциального входа ~ 20 мВ, учитывая, что мне кажется, что я хорошо остаюсь в выходных пределах?


Каков уровень выхода постоянного тока? Также, когда вы говорите 20 мВ, это смещение 20 мВ постоянного тока, или +/- 10 мВ прямоугольная волна, или 20 мВ среднеквадратичного значения переменного тока?
Брайан Драммонд

Точка, в которой усиление падает, находится при разности 20 мВ постоянного тока между входами inamp (отмечая, что отрицательный вход находится на земле в моих тестах делителя напряжения). Это соответствует 1,6 В постоянного тока на выходе.
Мэтт Б

Ответы:


10

Скорее всего, нарушение синфазного напряжения. Смотрите рисунок 15 таблицы. К сожалению, он не дает ограничений для одного источника питания, но показывает, что ограничения синфазного и выходного напряжения идут рука об руку.

Действия, которые могут решить вашу проблему:

  • Используйте двойной источник питания.
  • Поднимите входы над землей.
  • Используйте более низкую настройку усиления.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Как отметил Дейв Твид, в техническом описании есть информация о синфазном и выходном диапазонах напряжения для одного источника питания. См. Рис. 13 на стр. 10 таблицы (ваш случай - синяя треугольная область). Ваш синфазный вход практически заземлен, поэтому, как только ваш выход превысит 0,7 В, предел будет превышен, и ваше устройство не будет работать, как указано. Это произойдет, даже если вы измените Vref на 2,5 В: выходной предел будет 3,2 В, чтобы синфазное входное напряжение земли стало недействительным.

введите описание изображения здесь


1
На рисунке 13 показаны пределы для одного источника питания, G = 100, Vref = 0. Когда выходное напряжение поднимается выше примерно 0,7 В, диапазон синфазного сигнала на входе больше не включает землю.
Дэйв Твид

1
Да, разделите свои 50 КБ на верхней стороне датчика на 2 25 КБ, по одному с каждой стороны.
Скотт Сейдман

На странице 20 таблицы более подробно объясняется, как можно закрепить усилители внутри, не выходя за пределы входного или выходного диапазонов. +1
заполнитель

100% правильно. Я упустил это из виду при выборе детали. К счастью, AD8227 имеет аналогичную производительность, но гораздо более широкий выходной диапазон при обычном режиме 0 В. Предложение Скотта также прекрасно работает, но его труднее достичь в окончательной конструкции (без добавления дополнительных деталей, чтобы сместить датчик вверх, что означало бы повторное вращение платы).
Мэтт Б
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.