Perché il guadagno del mio amplificatore di strumentazione non è lineare?


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Sto usando un amplificatore di strumentazione AD8226 come preamplificatore in un circuito che utilizza un sensore di ossigeno a microcelle per misurare il contenuto di ossigeno in un flusso di gas. Il preamplificatore è configurato in modalità di alimentazione single ended, con alimentazione a 5 V. La resistenza di guadagno è stata scelta per dare un guadagno di ~ 80.

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L'uscita dell'in-amp viene quindi passata attraverso un filtro passa basso attivo e all'ADC di un microcontrollore, ma non credo che ciò sia rilevante per il problema. Tutto ciò che è stato discusso qui è stato fatto con l'uscita del preamplificatore (nodo O2_PRE nel diagramma) fluttuante e collegato solo a un multimetro.

Durante il test di questo circuito con il sensore ho scoperto che il guadagno era gradevole e lineare, fino a un certo punto in cui il guadagno è diminuito (questo punto era di circa 20 mV in ingresso / 1,6 V in uscita).

Per eliminare eventuali problemi con il sensore ho sostituito il sensore con un divisore di tensione composto da un reisistor fisso e un piatto lineare multigiro:

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Con la rete di resistori ho osservato lo stesso problema (vedi più in basso per un diagramma dell'uscita inamp).

Per eliminare ulteriormente eventuali problemi con i circuiti circostanti ho collegato direttamente all'AD8226, usando il mio alimentatore come VCC. Dare il circuito visto qui:

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Ciò ha mostrato lo stesso comportamento di questo grafico:

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('scheda madre' si riferisce all'uscita quando il divisore di tensione viene utilizzato per pilotare il circuito originale, il guadagno 'breadboard' è leggermente inferiore poiché ho usato un resistore di guadagno 630R)

La scheda tecnica AD8226 specifica un'oscillazione della tensione di uscita da 0,1 V a + VS − 0,1 V in modalità single-ended. Sto misurando l'uscita in un multimetro di alta qualità (cioè alta impedenza), anche se ho osservato gli stessi risultati quando ho aggiunto un resistore di carico di 20 K. Ho ripetuto i risultati con più dispositivi AD8226.

Qualcuno può spiegare perché il guadagno dovrebbe cadere al di sopra di un ingresso differenziale di ~ 20 mV dato che mi sembra di stare bene entro i limiti di uscita?


Qual è il livello di uscita CC? Anche quando dici 20mv in, è 20mv DC offset, o +/- 10mv onda quadra, o 20mv rms AC?
Brian Drummond,

Il punto in cui il guadagno diminuisce è a 20 mV CC differenziale tra gli ingressi dell'inamplificatore (notando che l'ingresso negativo è a terra nei miei test del partitore di tensione). Ciò equivale a 1,6 V CC sull'uscita.
Matt B

Risposte:


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Molto probabilmente una violazione della tensione di modo comune. Vedere la Figura 15 della scheda tecnica. Sfortunatamente non ti dà i limiti per un singolo alimentatore, ma ti mostra che i limiti della modalità comune e della tensione di uscita vanno di pari passo.

Azioni che potrebbero risolvere il tuo problema:

  • Utilizzare un doppio alimentatore.
  • Sollevare gli ingressi fuori terra.
  • Utilizzare un'impostazione di guadagno inferiore.

MODIFICARE:

Come sottolineato da Dave Tweed, il foglio dati contiene informazioni sulle gamme di tensione comune e di uscita per alimentazione singola. Vedere la Figura 13 a pagina 10 del foglio dati (il caso è l'area triangolare blu). L'ingresso in modalità comune è praticamente a terra, quindi non appena l'uscita supera circa 0,7 V, il limite viene superato e il dispositivo non si comporterà come specificato. Questo accadrà anche se cambi Vref a 2,5 V: il limite di uscita sarà di 3,2 V affinché una tensione di ingresso in modo comune di terra diventi non valida.

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La Figura 13 mostra i limiti per alimentazione singola, G = 100, Vref = 0. Quando la tensione di uscita supera circa 0,7 V, l'intervallo di modo comune di ingresso non include più la terra.
Dave Tweed

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Sì ... dividi i tuoi 50K sul lato alto del sensore in 2 25K, uno su entrambi i lati.
Scott Seidman,

la pagina 20 della scheda tecnica spiega in modo più dettagliato come è possibile agganciare gli amplificatori all'interno senza superare gli intervalli di input o output. +1
segnaposto

100% corretto. L'ho trascurato quando si seleziona la parte. Fortunatamente AD8227 ha prestazioni simili ma una gamma di uscita molto più ampia alla modalità comune 0V. Anche il suggerimento di Scott funziona alla grande, ma è più difficile da realizzare nel progetto finale (senza aggiungere parti extra per polarizzare il sensore, il che significherebbe ri-girare il PCB).
Matt B
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