Elektronica/Opamps/Lineaire Schakelingen/Instrumentatieversterker

Uit Wikibooks
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

De drie opamp instrumentatieversterker[bewerken]

In dit schema worden drie opamps gebruikt. De twee linker opamps zijn hier geschakeld als spanningsversterkers voor het verschil tussen beide ingangen en tegelijkertijd als spanningsvolger voor gemeenschappelijke spanningen daarvan. De rechter opamp gedraagt zich als verschilversterker die een gemeenschappelijke spanning uitfiltert.

Opampinstrumentation.svg

De uitgangen van de eerste trap (rond de linker opamps) zullen Vo1 resp. Vo2 genoemd worden. De ingang V1 en V2 vormt een symmetrisch signaal, de uitgang van de eerste trap Vo1 en Vo2 vormt nog steeds een symmetrisch signaal, de tweede trap maakt hier dan terug een asymmetrisch signaal van.

Voor een goed begrip van deze schakeling is het nuttig om in te zien dat de opamps ervoor trachten te zorgen dat de spanning op hun inverterende (-) ingang gelijk wordt aan die op de niet-inverterende (+) ingang. Hier volgt uit dat de verschilspanning tussen V1 en V2 ook over Rgain staat. De stroom door Rgain is daarom gelijk aan (V1 - V2)/Rgain. De uitgangsspanningen van beide opamps worden bepaald door de verhouding tussen hun terugkoppelweerstand R1 en Rgain.

De stroom door de weerstanden R1, Rgain en R1 is dezelfde, uit de wet van Ohm volgt dan (er wordt direct in rekening gebracht dat beide pinnen van de opamps in de eerste trap op dezelfde potentiaal staan):

Wat direct het verband tussen de ingang en de uitgang van de eerste trap geeft:

Dit is de ingang in de tweede trap welke een verschilversterker is. Hiervan was reeds gekend dat:

Wanneer de gevonden uitdrukking hierin gesubstitueerd wordt geeft dit:

De gesloten lusversterking is hier:

En de eigenschappen van deze schakeling zijn beter dan bij de verschilversterker, zo is de ingangsimpedantie voor beide spanningen constant.

Opgaven[bewerken]

Opgaven:

  • Vertrek van het schema van de instrumentatieversterker. V1 is een blokgolf met amplitude 1V en een frequentie van 50Hz, V2 is een blokgolf met amplitude 1V en een frequentie van 25Hz. Kies een weerstandscombinatie zodat het verschil met 2 versterkt wordt, teken V1, V2, V2-V1 en Vout op één grafiek.
  • Stel dat Rgain uitgevoerd wordt als een potentiometer, waarbij α (in het bereik [0,1]) de factor is die aangeeft hoe open de potentiometer staat. Rgain wordt in serie geplaatst met een vaste weerstand Rvast. Herwerk de transfertfunctie zodat deze functie een functie van α wordt (en dus ook Rvast bevat.
  • Vertrek van de gekozen weerstandswaarden uit opgave 1, vervang Rgain door Rvast zodat . De andere helft van de oorspronkelijke Rgain wordt nu als potentiometer uitgevoerd. Hoeveel zal ACL bedragen indien α=0 en α=1 (Dus de potentiometer volledig dicht en volledig open staat) ?
Informatie afkomstig van http://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.