Der Instrumentenverstärker

Was ist ein Instrumentenverstärker?

Ein Instrumentenverstärker ermöglicht es einem Ingenieur, die Verstärkung einer Verstärkerschaltung anzupassen, ohne mehr als einen Widerstandswert ändern zu müssen. Vergleichen Sie dies mit dem zuvor behandelten Differenzverstärker, der die Einstellung mehrerer Widerstandswerte erfordert.

Die sogenannte Instrumentierung Verstärker baut auf der letzten Version des Differenzverstärkers auf, um uns diese Fähigkeit zu geben:

Die Verstärkerschaltung von Instrumenten verstehen

Diese einschüchternde Schaltung besteht aus einer gepufferten Differenzverstärkerstufe mit drei neuen Widerständen, die die beiden Pufferschaltungen miteinander verbinden. Betrachten Sie alle Widerstände als gleichwertig mit Ausnahme von R_Verstärkung .

Die negative Rückkopplung des oberen linken Operationsverstärkers verursacht die Spannung an Punkt 1 (obere R_Verstärkung ) gleich V₁ . sein . Ebenso die Spannung an Punkt 2 (unten von R_Verstärkung ) wird auf einem Wert gleich V₂ . gehalten . Dadurch entsteht ein Spannungsabfall über R_Verstärkung gleich der Spannungsdifferenz zwischen V₁ und V₂ . Dieser Spannungsabfall verursacht einen Strom durch R_Verstärkung , und da die Rückkopplungsschleifen der beiden Eingangs-Operationsverstärker keinen Strom ziehen, wird dieselbe Strommenge durch R_gain müssen durch die beiden „R“-Widerstände darüber und darunter gehen.

Dies erzeugt einen Spannungsabfall zwischen den Punkten 3 und 4 gleich:

Der normale Differenzverstärker auf der rechten Seite der Schaltung nimmt dann diesen Spannungsabfall zwischen den Punkten 3 und 4 und verstärkt ihn um eine Verstärkung von 1 (unter der Annahme, dass alle „R“-Widerstände gleich groß sind).

Vorteile des Instrumentenverstärkers

Obwohl dies wie ein umständlicher Weg aussieht, um einen Differenzverstärker zu bauen, hat er den entscheidenden Vorteil, dass er extrem hohe Eingangsimpedanzen an V₁ . besitzt und V₂ Eingänge (da sie direkt mit den nicht invertierenden Eingängen ihrer jeweiligen Operationsverstärker verbunden sind) und einstellbarer Verstärkung, die durch einen einzelnen Widerstand eingestellt werden kann.

Wenn wir die obige Formel ein wenig manipulieren, erhalten wir einen allgemeinen Ausdruck für die Gesamtspannungsverstärkung im Instrumentenverstärker:

Obwohl es anhand des Schaltplans nicht offensichtlich ist, können wir die Differenzverstärkung des Instrumentenverstärkers einfach durch Ändern des Wertes eines Widerstands ändern:R_Verstärkung .

Ja, wir könnten die Gesamtverstärkung noch ändern, indem wir die Werte einiger der anderen Widerstände ändern, aber dies würde ausgeglichen erfordern Widerstandswert ändert sich, damit die Schaltung symmetrisch bleibt. Bitte beachten Sie, dass mit der obigen Schaltung die niedrigste mögliche Verstärkung mit R_gain . erreicht wird vollständig geöffnet (unendlicher Widerstand) und dieser Verstärkungswert ist 1.

RÜCKBLICK:

• Ein Instrumentenverstärker ist eine differentielle Operationsverstärkerschaltung, die hohe Eingangsimpedanzen mit einfacher Verstärkungsanpassung durch die Variation eines einzelnen Widerstands bietet.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt "Sommer- und Subtrahierer-OpAmp-Schaltungen