Kef 3 biblio smed

ΣΥΛΛΟΓΗ, ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ
ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΚΕΦ 3
ΠΑΡ. 3.6
ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

3.6 Ενισχυτές μετρήσεων
n Ο ενισχυτής μετρήσεων είναι ένας ενισχυτής (σε
Ο.Κ.) διαφορικής τάσης (με Τ.Ε) μεγάλης ακρίβειας
που χρησιμοποιείται για μετρήσεις στις περιπτώσεις,
που είναι δύσκολο να έχουμε ακρίβεια με τους
συνηθισμένους τελεστικούς ενισχυτές.
n Δηλαδή όταν έχουμε :
n Διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
n Ηλεκτρικό θόρυβο.
n Πτώση τάσης πάνω στους αγωγούς.
n Κακή προσαρμογή αντιστάσεων.
n Κακή τροφοδοσία.
n Κ.λ.π.

12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 2

n Χρησιμοποιούνται για την καλύτερη λήψη
(acquisition) ενός σήματος. Και πρέπει να έχουν
τα εξής χαρακτηριστικά :
n Υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Υπάρχουν
περιπτώσεις όπου η αντίσταση της πηγής είναι
μεγάλη και όχι σταθερή, τότε θα πρέπει τα ρεύματα
πόλωσης να είναι και αυτά μικρά και σχετικά
σταθερά, έτσι ώστε η αντίσταση της πηγής να μην
απαιτείται να είναι σταθερή.
n Να παρέχουν συμμετρικές διαφορικές εισόδους.
Έτσι ώστε το σήμα της πηγής να μπορεί να
αναφέρεται ως προς οποιοδήποτε σημείο (όχι
απαραίτητα την γείωση), ανεξάρτητα από το σημείο
αναφοράς του φορτίου εξόδου του ενισχυτή.


n Να παρουσιάζουν υψηλή απόρριψη κοινού
τρόπου (CMRR). Για να μπορούν να
μειώσουν τον θόρυβο ιδιαιτέρα στους
αισθητήρες που είναι απομακρυσμένοι.
n Υψηλή ευστάθεια σε κρίσιμες
παραμέτρους κάτω από διάφορες
θερμοκρασίες και τάσεις τροφοδοσίας.
n Τέλος όλα τα εξαρτήματα που είναι
κρίσιμα για να έχουμε καλές επιδόσεις να
βρίσκονται στο εσωτερικό του (με εξαίρεση
1,2 αντιστάσεις που ρυθμίζουν την ενίσχυση)

n Ο ενισχυτής μετρήσεων δεν χρησιμοποιείται για
εφαρμογές όπου μπορούμε να κάνουμε με έναν
απλό Τ.Ε. (όπως ολοκλήρωση, διαφόριση,
πρόσθεση, αφαίρεση η οποιαδήποτε άλλη
συνάρτηση μη ενίσχυσης τάσης).
n Για να χρησιμοποιήσουμε έναν ενισχυτή μετρήσεων,
δεν είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την εσωτερική
του κατασκευή.
n Το διάγραμμα λειτουργίας βασικού ενισχυτή
μετρήσεων παρέχει ικανοποιητική πληροφορία για
πολλές εφαρμογές.

n Οι δύο είσοδοι επιτρέπουν
άμεση σύνδεση με
επιπλέουσες (floating)
πηγές σήματος (δηλαδή
μη γειωμένες).
n Ανιχνεύει μόνο τη διαφορά
τάσης ανάμεσα στις δύο
εισόδους.
n Τα κοινά σήματα (κοινού
τρόπου), όπως θόρυβος
και πτώσεις τάσεις στα
καλώδια, αφαιρούνται και
αναιρούνται στις εισόδους
προτού ενισχυθούν.


n Ο κατασκευαστής παρέχει
στο χρήστη τη συνάρτηση
μεταφοράς ή την εξίσωση
ενίσχυσης από την οποία
θα υπολογίσει τις
αντιστάσεις για να έχει την
απαραίτητη ενίσχυση.
n Η έξοδος είναι απλή (single
ended) και σχεδιασμένη να
οδηγεί φορτία με αναφορά
στην γη, το οποίο είναι
κοινό με την τάση
τροφοδοσίας.


n Οι ενισχυτές
μετρήσεων
τροφοδοτούνται, όπως
και οι Τ.Ε. από
συμμετρική τάση.
n Οι περισσότεροι
παρέχουν μέσα για η
ρύθμιση της
αντισταθμιστικής τάσης
μετατόπισης εισόδου
(input offset voltage).
Αυτή η ρύθμιση γίνεται
με τη βοήθεια
εξωτερικού
ποτενσιομέτρου.

Ενισχυτής μέτρησης με ένα Τ.Ε.
Ενισχυτής αφαίρεσης



n Για ιδανικό Τ.Ε. η τάση εξόδου δίνεται από την σχέση :

R2 æ R2 ö R4
Vo = - * V 1 + ç1 + ÷* *V 2
R1 è R1 ø R3 + R 4

n Ο λόγος απόρριψης κοινού τρόπου είναι :

Ad 1 R1* R 4 + R 2 * R3 + 2 * R 2 * R 4
CMRR = = *
Acm 2 R1* R 4 - R 2 * R3

n Επιθυμούμε να ενισχύσουμε τη διαφορά των σημάτων και όχι
τα σήματα κοινού τρόπου, άρα θα πρέπει να θέσουμε Acm=0
άρα έχουμε :

R4 R2
= =k
R3 R1
n Θεωρητικά ο CMRR γίνεται άπειρος, πρακτικά δεν είναι γιατί
ποτέ δεν θα μπορέσουμε να έχουμε σωστή αναλογία
αντιστάσεων και ισότητας της παραπάνω σχέσης.


n Η υλοποίηση ενός τέτοιου ενισχυτή είναι
ιδιαίτερα οικονομική, χάρη στη χρήση ενός
μόνο Τ.Ε, αλλά η απόδοσή του είναι χαμήλη
αφού, είναι δύσκολο να επιτευχθεί η ακριβής
ισότητα της σχέσης (3.6.3).
n Βελτίωση της απόδοσης επιτυγχάνεται με τη
χρήση υψηλής απόδοσης διπολικών
ενισχυτών όπως ο AD OP-07.


Ενισχυτής μέτρησης με δύο Τ.Ε.
n Ένας τέτοιος ενισχυτής μπορεί να υλοποιηθεί
εύκολα και γρήγορα χρησιμοποιώντας φθηνά
διακριτά στοιχεία.
n Ο ενισχυτής με έναν Τ.Ε παρουσιάζει χαμηλή
αντίσταση εισόδου και δεν είναι εύκολο να
ρυθμιστεί η ενίσχυση του αφού οι λόγοι των
αντιστάσεων θα πρέπει να είναι ταιριασμένοι.
n Για να αντιμετωπίσει την χαμηλή αντίσταση
εισόδου, απομονώνει τις εισόδους του με την
χρήση ακολουθητών τάσης.

n Ο ενισχυτής με δύο Τ.Ε παρουσιάζει διαφορική
έξοδο, που αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα.
n Το πρόβλημα της ρύθμισης της ενίσχυσης
αντιμετωπίζεται με τη χρήση των τριών αντιστάσεων,
η αντίσταση αR ρυθμίζει την ενίσχυση στην τιμή που
επιθυμούμε.
n Η τάση εξόδου όταν V1>V2 δίνεται από την σχέση :

2
Vo = (V 1 - V 2) * (1 + )
12/16/2012
a
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 16

Ενισχυτής μέτρησης με τρεις Τ.Ε.
n Το πρόβλημα της διαφορικής εξόδου
αντιμετωπίζεται από τον ενισχυτή μέτρησης με τρεις
Τ.Ε. Είναι ένας από τους πιο χρήσιμους και ακριβείς
ενισχυτές, που υπάρχουν σήμερα.
n Στην ουσία είναι ένας ενισχυτής μέτρησης με δύο
Τ.Ε συνδεδεμένος με ενισχυτή μέτρησης με έναν
Τ.Ε.
n Συνδυάζοντας τις σχέσεις των δύο προηγούμενων
ενισχυτών έχουμε :

2
Vo = k * (V 1 - V 2) * (1 + )
12/16/2012
a
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 17

n Το πρόβλημα του σωστού ταιριάσματος των αντιστάσεων
της δεύτερης βαθμίδας λύνεται συνήθως με το να
ρυθμίζουμε εξωτερικά τη μία αντίσταση συνήθως την R4.
n Υπάρχουν πολλοί ενισχυτές αυτού του τύπου σε IC : INA
101, 102, 104, 110 Της εταιρίας Burr-Brown και ο AD 533
της Analog Devices.
n Μερικοί κατασκευαστές κατασκευάζουν ενισχυτές που
περιλαμβάνουν κύκλωμα αντιστάσεων το οποίο μερικές
φορές μπορεί να προγραμματιστή ψηφιακά δηλαδή
μπορούμε να αλλάξουμε την ενίσχυση με ψηφιακό τρόπο.
Ονομάζονται ενισχυτές μετρήσεων προγραμματισμένης
ενίσχυσης.

Μονολιθικός ενισχυτής μέτρησης
n Οι τεχνικές μονολιθικής ολοκλήρωσης επιτρέπουν
τη μείωση του κόστους παραγωγής διαφόρων
κυκλωμάτων.
n Ένας από τους πρώτους μονολιθικούς ενισχυτές
ήταν ο AD 520 της Analog Devices, έχει
αντικατασταθεί από τους βελτιωμένους AMP-01 της
Precision Monolithics, AD 524, 624 της Analog
Devices και LM 363 της National Semiconductors.
n Θα μελετήσουμε το φύλο τεχνικών προδιαγραφών
του ενισχυτή AD 624.


Ενισχυτής απομόνωσης
n Πολλές φορές οι διαφορετικές συνθήκες, ανάμεσα
σε διαφορετικά κυκλώματα μέτρησης της ίδιας
εφαρμογής, προκαλούν την ανάπτυξη μεγάλων
δυναμικών. Αυτό μπορεί να συμβεί, αν
χρησιμοποιούμε συσκευές υψηλής τάσης, αν ένα
αισθητήριο τροφοδοτηθεί με περισσότερο από 20 V,
ή αν υπάρξουν δυο σημεία γείωσης με διαφορά
δυναμικού μερικές δεκάδες volts.
n Τα μεγάλα δυναμικά αντιμετωπίζονται ικανοποιητικά
μόνο με ενισχυτές απομόνωσης (isolation
amplifiers).
n Ο ενισχυτής απομόνωσης είναι ενισχυτής που
προσφέρει ωμική απομόνωση ανάμεσα στην είσοδο
και στην έξοδο.

n Η απομόνωση αυτή πρέπει να έχει υψηλή αντίσταση και
μικρή χωρητικότητα. Τυπικές τιμές 10 ΤΩ και 10 pF.
n Στους ενισχυτές αυτούς υπάρχει ωμική ασυνέχεια μεταξύ της
γείωσης της εισόδου και της γείωσης της εξόδου.
n Επίσης η γείωση της εισόδου είναι ανεξάρτητη από τη
γείωση της τροφοδοσίας.
n Σε μερικές περιπτώσεις η γείωση της τροφοδοσίας είναι
ανεξάρτητη από την γείωση της εξόδου.


n Τα σήματα και η τάση τροφοδοσίας συνδέονται
μέσω μετασχηματιστή στο εσωτερικό του ενισχυτή
απομόνωσης. Τα σήματα μπορούν να συνδεθούν
με φωτοζεύκτες ή πυκνωτές.
n Η ικανότητα απόρριψης σημάτων που εμφανίζονται
μεταξύ των γειώσεων μετριέται με το CMRR και το
λόγο απόρριψης απομονώσιμου σήματος IMRR
που ορίζεται με παρόμοιο τρόπο όπως το CMRR.
n Οι ενισχυτές απομόνωσης ΔΕΝ είναι Τ.Ε ούτε
ενισχυτές μέτρησης. Είναι ενισχυτές που η βαθμίδα
εισόδου μπορεί να είναι ένας Τ.Ε. ή ένας ενισχυτής
μέτρησης.

n Διατίθενται σε μορφή Ο.Κ. και συνήθως δεν είναι
συσκευές ακριβείας.
n 3656 Burr Brown.
n ANALOG DEVICES ISOLATION AMPLIFIERS.
n TEXAS INSTUMENTS ISOLATION AMPLIFIERS.
n AVAGO TECHNOLOGIES ISOLATION
AMPLIFIERS.


Kef 3 biblio smed

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (10)

Similar to Kef 3 biblio smed

Similar to Kef 3 biblio smed (6)

More from Theodoros Leftheroudis

More from Theodoros Leftheroudis (20)

Kef 3 biblio smed