Điện điện tử - Khuếch đại đo lường

K huếch đại đo lư ờng N guyễn Q uốc C ư ờng – 3I G iới thiệu • K huếch đại đo lư ờng, hay khuếch đại thiết bị (instrum entation- am plifier, hay đơn giản in-am p) là bộ khuếch đại có đầu vào vi sai và đầu ra single-ended. • H ệ số nén đồng pha lớn (C M R R : C om m on m ode rejection ratio). • Trở kháng vào lớn. 2 • Trở kháng vào lớn. • D òng vào nhỏ. • Đ iện áp off set nhỏ. G iới thiệu (A nalog D evice) 3 Ứ ng dụng • C ác m ạch in-am p thư ờng đư ợc sử dụng để khuếch đại các tín hiệu m à ở đó: – tín hiệu hữ u ích là tín hiệu điện áp (vi sai) nhỏ còn tín hiệu nhiễu không m ong m uốn là tín hiệu com m on-m ode. – yêu cầu trở kháng vào lớn. • V í dụ: 4 • V í dụ: – M ạch đo sử dụng nguyên lý cầu điện trở (nhiệt độ, tensor..) – M ạch đo tín hiệu điện tim sử dụng các điện cự c. – In-am p sử dụng 2 op-am ps 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 O U T A AOU T R R V V V R R R V V R R R R V V V R R R     = + −           = +           = + − +             K huếch đại vi sai • H ệ số khuếch đại vi sai với R 1 = R 4 và R 2=R 3 ( ) 4 2 1 3 1 O U T R V V V R   = − +     6 K huếch đại đồng pha • N ếu cả hai đầu vào cùng có m ột điện áp V 1 = V 2 = V C M thì điện áp đầu ra sẽ bằng: • T ỉ số nén đ ồng pha 2 4 1 3 1 o ut C M R R V V R R   = −     7 – G A IN : hệ số khuếch đại vi sai – C ác sai số về điện trở sẽ gây ra sự giảm hệ số C M R R – K hi hệ số G A IN tăng thì C M R R cũng tăng. 20log 2 4 1 1 3 G AIN C M RR R R R R     =   −     T ính chất • Tuy nhiên khi G A IN tăng thì sẽ làm giảm giải làm việc của tín hiệu đồng pha đầu vào. • H ệ số C M R R 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 A 1. • Trở kháng vào lớn với cả hai tín hiệu đầu vào. 8 • Trở kháng vào lớn với cả hai tín hiệu đầu vào. In-am p sử dụng 3 op-am ps A 1 A3 R5 Rg R1 R2 V1 VA 9 A2 A3 R6 Rg R3 R4 V2 VB K huếch đại 4 2 2 3 4 1 1 5 5 1 2 6 6 2 1 1 11 O U T 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 O U T 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 5 4 2 2 4 2 2 2 1 3 4 1 1 3 4 1 1 1 1 1 1 O U T G G G G R R R R R R R R R R V V V R R R R R R R R R R R R                     = + + + − + + +                     + +                     K huếch đại vi sai • N ếu R 1=R 3, R 2=R 4, R 5=R 6 ( ) 5 2 2 1 1 2 1 o ut G R R V V V R R   = − +     11 K huếch đại đồng pha • V 1 = V 2= V C M • N ếu R 1=R 3, R 2=R 4, R 5=R 6 thì hệ số khuếch đ ại đồng pha bằng 0. 1 2 4 2 1 3 4 1 O U T C M R R R R V V R R R R   + = −   +   12 • Bất cứ m ột sai lệch nào của điện trở sẽ làm tăng hệ số khuếch đại đồng pha • H ệ số nén đồng pha 1 2 4 2 1 3 4 1 20log G AIN C M RR R R R R R R R R     =   +   −   +   T ính chất • Tăng hệ số khuếch đại vi sai sẽ tăng C M R R . • Tuy nhiên tăng hệ số G A IN sẽ làm giảm vùng điện áp đồng pha đ ầu vào. • K hi tần số tăng thì tỉ số C M R R sẽ giảm do sự lệch pha của các op-am p A 1 và A 2. Tuy nhiên nếu A 1 giống A 2 thì góc lệch pha giữ a V 1 và V , V 2 vàd V sẽ giống nhau 13 thì góc lệch pha giữ a V 1 và V A , V 2 vàd V B sẽ giống nhau như vậy ảnh hư ởng sẽ ít hơn. • V ới in-am p sử dụng 3 op-am ps C M R R giảm khi tần số cỡ 100H z, trong khi in-am p sử dụng 2 op-am ps C M R R giảm khi tần số bằng 10H z