(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án THIẾT kế 1 đề tài THIẾT kế MẠCH KHUẾCH đại cảm BIẾN RTD BẰNG INA 115 3

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

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 (425118005)

Đặng Thanh Sơn (425118001) Lớp: Điện tử -Viễn thông k42

BÌNH ĐỊNH, NĂM 2022

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INA 115

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

1 Hiệu suất

2 Nguồn chế thông dụng đầu vào

3 Bảo vệ đầu vào

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INA 115

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

b)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

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)

Các 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

Hình 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

nhất 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

Hình 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

Thu thập dữ liệu

Chương II QUY TRÌNH

CÁC HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU

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

CÁC GIAI ĐOẠN HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU (TIẾP THEO) Ở

TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác

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, 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

Tiếng 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

INPUT BIAS HIỆN TẠI RETURN PATH

Trở kháng đầu vào của INA115 cực kỳ cao—xấp xi 1010n Tuy nhiên, một đường dẫn phải được cung cấp cho dòng phân cực đầu vào của cả hai đầu vào Dòng thiên

vị đầu vào này là thường nhỏ hơn ± InA (nó có thể là cực tính do mạch hủy) Trở kháng đầu vào cao có nghĩa là điều này đầu vào thiên vị hiện tại thay đổi rất ít với đầu vào khác nhau Vôn

Mạch đầu vào phải cung cấp một đường dẫn cho dòng điện phân cực đầu vào này nếu INA115 hoạt động bình thường Hình 5 cho thấy các quy định cho một đường dẫn hiện tại thiên vi đầu vào Không có thành kiến đường dẫn trả về hiện tại, các đầu vào sẽ trôi nỗi đến một tiềm năng vượt quá phạm vi chế độ chung của INA115

và đầu vào bộ khuếch đại sẽ bão hòa Neu điện trở nguồn Mi sai là thấp, một

đường trở lại hiện tại thiên vị có thể được kết nối với một đầu vào (xem ví dụ về cặp nhiệt điện trong Hình 5) Với nguồn cao hơn trở kháng, sử dụng hai điện trở cung cấp một đầu vào cân bằng với lợi thế có thể có của điện áp bù đầu vào thấp hơn do sai lệch từ chối chế dộ chung hiện tại và tốt hơn

NGUỒN CHẾ ĐỘ THÔNG DỤNG ĐẦU VÀO

Phạm vi chế độ chung tuyến tính của các bộ khuếch đại op đầu vào của INA115 là khoảng ± 13,75V (hoặc 1, 25V từ nguồn điện) Tuy nhiên, khi điện áp đầu ra tăng, phạm vi đầu vào tuyên tính sẽ bị giới hạn bởi sự thay đổi điện áp đầu ra của các bộ khuếch đại đầu vào, A1 và A2 Phạm vi chế độ chung có liên quan đến điện áp đầu

ra của bộ khuếch đại hoàn chỉnh- xem đường công hiệu suất "Phạm vi chế độ chung đầu vào so với điện áp đầu ra"

Sự kết hợp của tín hiệu đầu vào chế độ chung và tín hiệu đầu vào khác biệt có thể khiến đầu ra của A1 hoặc A2 bão hòa Hình 6 cho thấy dao động điện áp đầu ra của A1

và A2 được biểu thị dưới dạng điện áp đầu vào chế độ chung và khác biệt Khả năng xoay đầu ra của bộ khuếch đại đầu vào, A1 và A2 giống như bộ khuếch đại đầu ra, A3 Đối với các ứng dụng trong phạm vi chế độ chung đầu vào phải đư ợc tối đa hóa, hãy hạn chế dao động điện áp đầu ra bằng cách kết nối INA115 ở mức tăng thấp hơn (xem

đư ờng cong hiệu suất “Phạm vi điện áp chế độ chung đầu vào so với

điện áp đầu ra") Nếu cần, hay thêm độ lợi sau INA115 để tăng xung điện áp Quá tái đầu vào thư ông tạo ra điện áp đầu ra xuất hiện bình thường Ví dụ: diện áp đầu vào + 20v trên một đầu vào và + 40V trên đầu vào khác rõ ràng sẽ vư ợt quá tuyển tínhphạm vi chế độ chung của cả hai bộ khuếch đại đầu vào Vì cả hai bộ khuếch đại đầu vào đều bão hòa đến giới hạn điện áp đầu ra gần như giống nhau, điện áp chênh lệch đo được bởi bộ khuếch đại đầu ra sẽ gần bằng không Đầu ra của

INA115 sẽ gần 0V ngay cả khi cả hai đầu vào đều quá tải

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 tion protec 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 dòng

điện đầu vào ở giá trị an toàn (khoảng 1,5mA) Đường cong hiệu suất điển hình

“Dòng điện phân cực đầu vào so với điện áp đầu vào chế độ chung” cho thấy hành

vi giới hạn dòng điện đầu vào này Các đầu vào được bảo vệ ngay cả khi điện áp nguồn bằng không