Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie

ghost666 17 Lis 2014 14:07 2640 0
  • Czy kiedykolwiek zastanawialiście się, dlaczego tradycyjne wzmacniacze pomiarowe zbudowane z trzech wzmacniaczy operacyjnych charakteryzują się offsetem zmieniającym się wraz ze wzmocnieniem? Poniższy obrazek to fragment karty katalogowej układu INA333, który pokazuje opisywaną zależność napięcia offsetu od wzmocnienia, z jakim pracuje układ. W poniższym artykule przyjrzymy się temu zagadnieniu i wyprowadzimy wzór, który pozwala na opisanie zależności offsetu od wzmocnienia układu.

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Tradycyjny wzmacniacz pomiarowy oparty o trzy op-ampy składa się z dwóch stopni. Pierwszy stopień składa się z dwóch wzmacniaczy nieodwracających, które pełnią rolę buforów (lub wzmacniaczy) sygnału różnicowego. Stopień wyjściowy z kolei składa się z wzmacniacza różnicowego, który konwertuje wejściowy sygnał różnicowy na asymetryczny sygnał wyjściowy. Ponadto umożliwia on także dodanie napięcia odniesienia do napięcia wyjściowego. Poniższy schemat pokazuje topologię tradycyjnego wzmacniacza pomiarowego:

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Zakładając, iż GDA i GIS to wzmocnienia związane z, odpowiednio, stopniem różnicowym i stopniem wejściowym, równanie (1) opisuje uogólnioną funkcję przejścia układu pokazanego powyżej (zakładając, iż R2=R4 i R1=R3).

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Każdy z wzmacniaczy operacyjnych w układzie charakteryzuje się pewnym napięciem offsetu. Napięcia offsetu wzmacniaczy A1 i A2 są wzmacniane zależnie of stosunku pomiędzy RF a RG. Modelując napięcia offsetu jako źródła napięciowe podłączone szeregowo do wejścia każdego z wzmacniaczy, napięcie na ich wyjściu opisać można wzorami zaprezentowanymi na poniższej ilustracji:

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie






    Zgodnie z intuicją, patrząc na równanie na VOA2 w powyższym przypadku, widać, iż napięcia offsetu są wzmocnione tyle razy, ile wzmacniacz A2 ma równe wzmocnienie nieodwracające. Z drugiej strony w przypadku wzmacniacza A1, źródło napięciowe jest w szeregu z wejściem nieodwracającym, co oznacza, iż offset po prostu dodaje się do wartości wzmocnionej przez A2. Przeprowadzając taką samą analizę dla A1, otrzymujemy wzór na VOA1. Równanie (2) pokazuje funkcję opisującą napięcie VIN-DA, czyli różnicę pomiędzy napięciami wyjściowymi z pierwszego stopnia. Warto zauważyć, iż napięcia offsetu ze stopnia wejściowego są wzmocnione GIS razy jak zdefiniowano w (1).

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Poniższy schemat pokazuje uproszczoną budowę wzmacniacza różnicowego, wraz z oznaczonymi napięciami offsetu w postaci źródeł napięciowych. Wzmocnienie tego stopnia ustawione jest na 1 V/V, co jest zgodne ze stanem faktycznym w większości wzmacniaczy pomiarowych, dostępnych na rynku. Widać, iż napięcie VOS pojawia się na wyjściu tego stopnia. Jest ono wzmocnione dwukrotnie, gdyż 2 V/V to wzmocnienie nieodwracające wzmacniacza A3.

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Jako że wzmocnienie stopnia różnicowego jest ustalone na stałe, wartość offsetu A3, nie może zmieniać się wraz z zmianami wzmocnienia układu. Zatem możemy opisać offset RTO )czyli wyjściowy) układu, tak jak pokazano to w (3), gdzie GIS to wzmocnienie stopnia wyjściowego, VOS_IS to offset stopnia wejściowego, a VOS_DA to napięcie offsetu wzmacniacza różnicowego.

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Nawet pomimo tego iż równanie (3) wydaje się takie same jak offset zaprezentowany na pierwszej ilustracji, to nie jest tak w pełni. Gdy przyjrzymy się pierwszej ilustracji zobaczymy, iż jest to offset na wejściu, co oznacza, iż trzeba podzielić (3) przez wzmocnienie, aby uzyskać tą wartość, tak jak pokazano w równaniu (4).

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Poniższy wykres pokazuje offset układu INA333 na wejściu (osobno stopnia wejściowego i całości). Warto zauważyć, iż przy wzmocnieniu równym 1 V/V offset wzmacniacza pomiarowego opisać można prosto jako VOS_IS+VOS_DA (25 µV + 75 µV = 100 µV). Wraz ze wzrostem wzmocnienia napięcie offsetu zbliża się do wartości VOS_IS (25 µV). Jednakże patrząc z punktu widzenia wyjścia, napięcie offsetu zwiększa się wraz z wzmocnieniem i tak jak pokazuje to wartość VOS_RTO.

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Podsumowując, można jedynie zaznaczyć po raz kolejny, iż napięcie offsetu podawane w katalogach wzmacniaczy pomiarowych dotyczy napięcia offsetu liczonego względem wejścia, co oznacza, iż aby wyznaczyć napięcie offsetu na wyjściu układu, trzeba pomnożyć je przez wzmocnienie, z jakim on pracuje.

    Wzmacniacze pomiarowe - offset a wzmocnienie


    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archive/2014/10/10/inas-offset-voltage-vs-gain.aspx


    Fajne!