Для чего используется инструментальный усилитель?

　　1. Каково назначение инструментального усилителя?

　　Инструментальные усилители иногда понимаются неправильно. Не все усилители, используемые в измерительных приборах, являются инструментальными усилителями, и не все инструментальные усилители используются только в измерительных приборах. Наиболее важная функция инструментального усилителя заключается в возможности обнаружения слабых сигналов в условиях шума. Поскольку напряжение шума обычно проявляется как синфазный сигнал, а полезный сигнал является дифференциальным, использование высокой синфазной помехоустойчивости (CMR) инструментального усилителя позволяет извлекать и усиливать полезный сигнал из шума. Кроме того, источники сигналов в практическом применении инструментальных усилителей обычно имеют выходное сопротивление в несколько килоом (кОм) или даже выше, поэтому требуется, чтобы усилитель имел очень высокое входное сопротивление (обычно достигающее уровня ГОм). Инструментальный усилитель не только удовлетворяет этому требованию, но и входные сопротивления двух входных концов равны. Рабочая частота инструментального усилителя обычно находится в диапазоне от постоянного тока (DC) до примерно 1 МГц. На более высоких частотах влияние входной емкости важнее, чем входного сопротивления. В этом случае для обработки высокоскоростных сигналов обычно используется дифференциальный усилитель, что, хотя и повышает скорость, но снижает входное сопротивление.

　　2. Как предотвратить перенапряжение на входе инструментального усилителя?

　　Конструкторам необходимо использовать внешние резисторы для предотвращения чрезмерного тока, протекающего через внутренние защитные диоды ESD, что приводит к перенапряжению. Номинал токоограничительного резистора зависит от уровня шума инструментального усилителя, напряжения питания и требуемой защиты от перенапряжения. Рекомендованные значения указаны в технической документации инструментального усилителя.

　　Поскольку использование внешних токоограничительных резисторов увеличивает шум, альтернативным методом является использование внешних диодов с большим током зажима для значительного уменьшения сопротивления. Необходимо отметить, что большинство обычных диодов имеют большой ток утечки, что может привести к большой ошибке смещения на выходе инструментального усилителя. Поскольку этот ток утечки экспоненциально увеличивается с температурой, конструкторы не должны использовать обычные диоды в приложениях с высокоомными источниками сигнала.

　　3. Как работает RFI-фильтр?

　　Длинные провода между датчиком и инструментальным усилителем подвержены воздействию радиочастотных помех (RFI). После выпрямления RF инструментальный усилитель проявляет ошибку смещения постоянного тока на выходе. Одно из решений по фильтрации RFI до того, как оно достигнет инструментального усилителя, показано на рисунке. Элементы R1a и C1a образуют фильтр нижних частот для входа в фазе, а элементы R1b и C1b образуют фильтр нижних частот для инвертирующего входа.

　　Важно, чтобы частоты среза этих двух фильтров нижних частот хорошо совпадали, иначе синфазный сигнал будет преобразован в дифференциальный. C2 как минимум в 10 раз больше C1, на высоких частотах из-за «короткого замыкания» двух входных концов это требование несколько ослабевает. Тем не менее, согласование C1a и C1b имеет решающее значение. Их следует выбирать из пленочных конденсаторов C0G с допуском ±5%. Дифференциальная полоса пропускания этого фильтра составляет {1/2πR(2C2+C1)}, а синфазная полоса пропускания составляет [1/2πR1C1)].

　　В настоящее время наша компания предлагает следующие готовые продукты: малопотребляющий высокоточный инструментальный усилитель HJ118, высокотемпературный высокоточный инструментальный усилитель HJ52301A/B/C и высокоточный инструментальный усилитель с rail-to-rail HJ333. Добро пожаловать!