Дифференциальный и инструментальный усилитель
Цель: Изучить тему «Дифференциальный и инструментальный усилитель» и закрепить её практическими заданиями и самопроверкой.
2 акад. часа чтение и разбор теории, решение задач, работа со схемой или виртуальным стендом и проверка понимания.
Дифференциальное измерение
Во многих датчиках полезная информация содержится в разности двух напряжений, а относительно земли на обоих проводах может присутствовать одинаковая помеха. Дифференциальный усилитель усиливает разность входов и стремится подавить общую составляющую.
Если на обоих проводах одновременно наведено +1 V помехи, а полезная разность составляет 10 mV, хорошая дифференциальная схема должна «увидеть» именно 10 mV, а не общий вольт.
Common Mode Rejection Ratio
Способность подавлять синфазный сигнал характеризуется CMRR. Чем выше CMRR, тем лучше усилитель различает небольшую дифференциальную составляющую на фоне большого общего напряжения. Это особенно важно для длинных линий и слабых сигналов.
Instrumentation amplifier
Инструментальный усилитель предназначен именно для точных измерительных трактов. Он имеет высокое входное сопротивление, точный коэффициент усиления и высокий CMRR. В учебнике Dyer/Davis эта схема рассматривается как отдельный класс усилителя для измерительных систем.
Практическая работа
Нарисуйте ситуацию, где два провода датчика проходят рядом с силовым кабелем и получают одинаковую наводку. Объясните, почему дифференциальное измерение предпочтительнее измерения одного провода относительно земли.
Самопроверка
• Что усиливает дифференциальный усилитель?
• Что означает common-mode signal?
• Зачем нужен высокий CMRR?
• Почему входное сопротивление важно для датчика?
• Где особенно полезен instrumentation amplifier?
Что нужно запомнить
- Во многих датчиках полезная информация содержится в разности двух напряжений, а относительно земли на обоих проводах может присутствовать одинаковая помеха.
- Дифференциальный усилитель усиливает разность входов и стремится подавить общую составляющую.
- Если на обоих проводах одновременно наведено +1 V помехи, а полезная разность составляет 10 mV, хорошая дифференциальная схема должна «увидеть» именно 10 mV, а не общий вольт.
- Способность подавлять синфазный сигнал характеризуется CMRR.
- Чем выше CMRR, тем лучше усилитель различает небольшую дифференциальную составляющую на фоне большого общего напряжения.