ĐỒ ÁN TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KĨ THUẬT CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ 1 ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CẢM BIẾN RTD BẰNG INA 115 Sinh viên thực hiện (MSSV) Đặng Quốc Trọng (425118007) Đặng Thanh Sơn (425118001) Lớp Điện tử Viễn thông k42 BÌNH ĐỊNH, NĂM 2022 Chương I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INA 115 ĐỒ ÁN 1 Giới thiệu về INA 115 1 1 Khát quát chung 1 2 Tính năng 2 Thông tin kĩ thuật 2 1 Sơ đồ chân và thông tin ứng dụng 2 2 Ứng dụng của INA 115 Chương II QUY TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI a).
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KĨ THUẬT & CÔNG NGHỆ
BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ 1
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CẢM BIẾN RTD BẰNG INA 115
Sinh viên thực hiện (MSSV): Đặng Quốc Trọng (425118007)
Đặng Thanh Sơn (425118001)
Lớp: Điện tử -Viễn thông k42
BÌNH ĐỊNH, NĂM 2022
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INA 115
Trang 21 Giới thiệu về INA 115
1.1 Khát quát chung
1.2 Tính năng
2 Thông tin kĩ thuật
2.1 Sơ đồ chân và thông tin ứng dụng
2.2 Ứng dụng của INA 115
Chương II QUY TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI
a) Sự mô tả
INA115 là bộ khuếch đại thiết bị đo đạc đa năng, chi phí thấp mang lại độ chính xác tuyệt vời Thiết kế ba –op amp linh hoạt và kích thước nhỏ khiến nó trở nên lý tưởng cho một loạt các ứng dụng Tương tự với mô hình INA114, INA115 cung cấp các kết nối bổ sung đối với amps op đầu vào, A1 và A2, giúp cải thiện mức tăng độ chính xác đạt được cao và hữu ích trong việc hình thành bộ khuếch đại tăng ích chuyển mạch
Một điện trở bên ngoài đơn đặt bất kỳ độ lợi nào từ 1 đến 10.000 Bảo vệ đầu vào bên trong có thể chịu được tối đa ± 40V mà không bị hư hỏng
INA115 được cắt bằng laser để có độ chênh lệch rất thấp điện áp (50µV), độ trôi (0,25µV / ˚C) và loại bỏ chế độ chung cao (115dB tại G = 1000) Nó hoạt động với nguồn điện thấp đến ± 2,25V, cho phép sử dụng trong hoạt động bằng pin và hệ thống cung cấp 5V duy nhất Dòng điện tĩnh là tối đa 3mA
INA115 có sẵn trong giá đỡ bề mặt SOL-16 gói, được chỉ định cho dải nhiệt độ –40 °
C đến + 85 ° C
Trang 3b)Tính năng
● Điện áp tắt thấp: tối đa 50µV
● Chênh lệch thấp: tối đa 0,25µV / ° C ● Ưu tiên đầu vào thấp: tối đa 2nA
● Từ chối chế độ phổ biến cao:115dB phút ● Bảo vệ quá áp đầu vào:± 40V
● Rộng rãi cung cấp: ± 2,25 ĐẾN ± 18V ● Trạng thái hiện tại thấp: tối đa 3mA ● Gói nút bề mặt SOL-16
c)Các ứng dụng
● Bộ khuyếch đại Switched-Gain
● Bộ khuyếch đại cầu
● Bộ khuyếch đại Thermocouple
● Bộ khuyếch đại cảm biến RTD
● Kiểm tra dữ liệu
d)Sơ đồ chân
Trang 4
a) Thông tin ứng dụng
Hình 1 cho thấy các kết nối cơ bản cần thiết để vận hành INA115 Các ứng dụng có trở kháng ồn ào hoặc cao nguồn cung cấp điện có thể yêu cầu tụ điện tách gần chân thiết bị như hình
Đầu ra được tham chiếu đến đầu cuối tham chiếu đầu ra (Tham chiếu ) thường được nối đất Đây phải là một trở kháng thấp kết nối để đảm bảo từ chối chế độ chung tốt Điện trở 5Ω mắc nối tiếp với chân Ref sẽ gây ra thiết
bị để giảm xuống khoảng 80dB CMR (G = 1)
INA115 có kết nối phản hồi cảm nhận đầu ra riêng biệt (chốt 12) Chân 12 phải được kết nối (thông thường với đầu ra đầu cuối, chân 11) để hoạt động thích hợp Cảm giác đầu ra kết nối có thể được sử dụng để cảm nhận điện
áp đầu ra trực tiếp tại tải cho độ chính xác tốt nhất
b) Thiết lập gain
Độ lợi của INA115 được thiết lập bằng cách kết nối một bên ngoài điện trở,RG :
(1)
Trang 5Các lợi ích và giá trị điện trở thường được sử dụng được hiển thị trong Hình 1
Đối với G = 1, không cần điện trở, nhưng kết nối các chân 2-3 và kết nối các chân 14-15 Đạt được đỉnh điểm trong G = 1 có thể được giảm xuống ngắn mạch điện trở phản hồi 25kΩ bên trong (xem điển hình đường cong hiệu suất Tăng so với Tần số) Để làm điều này, hãy kết nối chân 1-2-3 và kết nối chân 8-14-15
Số hạng 50kΩ trong phương trình 1 xuất phát từ tổng của hai các điện trở phản hồi bên trong Đây là phim kim loại trên chipđiện trở được cắt bằng tia laze đến các giá trị tuyệt đối chính xác.Độ chính xác và hệ số nhiệt độ của các điện trở này được bao gồm trong độ chính xác đạt được và thông số kỹ thuật trôi dạt của INA115
Độ ổn định và độ lệch nhiệt độ của cài đặt độ lợi bên ngoài điện trở, RG, cũng ảnh hưởng đến độ lợi RG đóng góp để đạt được lỗi và độ trôi có thể được suy ra trực tiếp từ phương trình khuếch đại (1)
Giá trị điện trở thấp được yêu cầu để đạt được cao có thể làm cho hệ thống dây điện sức đề kháng quan trọng Các kết nối kiểu "lực và cảm giác" minh họa trong hình 1 giúp giảm bớt ảnh hưởng của kết nối sức cản
Hình 1 Basic Connections
c) Lựa chọn độ lợi
Trang 6Hình 2 cho thấy một mạch để lựa chọn kỹ thuật số của bốn mức tăng Điện trở "bật" của bộ ghép kênh không ảnh hưởng đáng kể đến độ lợi.Các giá trị điện trở cần thiết cho một số độ lợi thường được sử dụng các bước được hiển thị Mạch này sử dụng phản hồi 25kΩ bên trong điện trở, vì vậy các giá trị điện trở được hiển thị không thể được chia tỷ lệ thành mức trở kháng khác nhau
Hình 2
Hình 3 cho thấy một cấu hình tăng ích có thể chuyển đổi thay thế.Mạch này không
sử dụng điện trở phản hồi 25kΩ bên trong,vì vậy các giá trị danh nghĩa được hiển thị
có thể được thay đổi tỷ lệ trở kháng khác các cấp độ Mạch này lý tưởng để sử dụng với một điện trở chính xác mạng để đạt được độ chính xác tuyệt vời và độ lợi thấp
Trang 7nhất trôi dạt.
1 Hiệu suất tiếng ồn:
INA115 cung cấp tiếng ồn rất thấp trong hầu hết các ứng dụng Vìtrở kháng nguồn vi sai nhỏ hơn 1kΩ, INA103 có thể cung cấp tiếng ồn thấp hơn Đối với trở kháng nguồn lớn hơn 50kΩ, Bộ khuếch đại thiết bị đầu vào FET INA111 có thể cung cấp tiếng ồn thấp hơn.Tiếng ồn tần số thấp của INA115 xấp xỉ 0,4µVp-p đo từ 0,1 đến 10Hz Đây là khoảng một phần mười tiếng ồn của bộ khuếch đại ổn định chopper
"tiếng ồn thấp"
2 Cắt tỉa bù đắp:
INA115 được cắt laser để có điện áp bù rất thấp và trôi dạt Hầu hết các ứng dụng không yêu cầu điều chỉnh bù đắp bên ngoài.Hình 4 cho thấy một mạch tùy chọn để cắt đầu ra điện áp bù đắp Điện áp được áp dụng cho đầu cuối Tham chiếu được tính bằng tổng ở đầu ra Trở kháng thấp phải được duy trì tại nút này để đảm bảo từ chối chế độ chung tốt Điều này đạt được bởi đệm điện áp cắt bằng một amp op như được hiển thị
Trang 8Hình 4 Tùy chọn cắt điện áp bù đầu ra.
3 Bảo vệ đầu vào
Các đầu vào của INA115 được bảo vệ riêng cho điện áp lên đến ± 40V Ví dụ, điều kiện –40V trên một đầu vào và + 40V trên đầu vào khác sẽ không gây ra thiệt
hại.Mạch nội bộ trên mỗi đầu vào cung cấp trở kháng nối tiếp thấp trong điều kiện tín hiệu bình thường Để cung cấp khả năng bảo vệ tương đương, các điện trở đầu vào nối tiếp sẽ gây ra tiếng ồn quá mức Nếu đầu vào quá tải, mạch bảo vệ giới hạn đầu vào dòng điện đến giá trị an toàn (xấp xỉ 1,5mA) Loại điển hình đường cong hiệu suất “Xu hướng đầu vào hiện tại so với chế độ chung Điện áp đầu vào ”hiển thị hành vi giới hạn dòng điện đầu vào này Các đầu vào được bảo vệ ngay cả khi điện
áp nguồn bằng không
6 Ứng dụng khác:
Bộ khuếch đại chuyển lợi
Bộ khuếch đại cầu
Bộ khuếch đại cặp nhiệt điện
Bộ khuếch đại cảm biến RTD
Trang 9Thu thập dữ liệu
CÁC HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU Ở TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác
Trang 10CÁC GIAI ĐOẠN HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU (TIẾP THEO)
Ở TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác
CÁC GIAI ĐOẠN HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU (TIẾP THEO)
Ở TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác
Trang 11HIỆU SUẤT TIẾNG ỒN
INA115 cung cấp tiếng ồn rất thấp trong hầu hết các ứng dụng Vìtrở kháng nguồn vi sai nhỏ hơn 1kΩ, INA103có thể cung cấp tiếng ồn thấp hơn Đối với trở kháng nguồn lớn hơn50kΩ, Bộ khuếch đại thiết bị đầu vào FET INA111 có thểcung cấp tiếng ồn thấp hơn
Trang 12Tiếng ồn tần số thấp của INA115 xấp xỉ 0,4µVp-p đo từ 0,1 đến 10Hz Đây là
khoảngmột phần mười tiếng ồn của bộ khuếch đại ổn định chopper "tiếng ồn thấp”
TRIMMING OFFSET
INA115 được cắt laser để có điện áp bù rất thấp vàtrôi dạt Hầu hết các ứng dụng không yêu cầu điều chỉnh bù đắp bên ngoài
Hình 4 cho thấy một mạch tùy chọn để cắt đầu rađiện áp bù đắp Điện áp được áp dụng cho đầu cuối Tham chiếu được tính bằng tổngở đầu ra Trở kháng thấp phải được duy trì tại nút nàyđể đảm bảo từ chối chế độ chung tốt Điều này đạt được bởiđệm điện áp cắt bằng một amp op như được hiển thị