เหตุใดแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องมือวัดของฉันจึงไม่เป็นแบบเชิงเส้น


11

ฉันใช้แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดAD8226เป็นพรีแอมป์ในวงจรที่ใช้เซ็นเซอร์ออกซิเจนเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็กเพื่อวัดปริมาณออกซิเจนในกระแสแก๊ส พรีแอมป์ได้รับการกำหนดค่าในโหมดสิ้นเปลืองเดี่ยวที่มีแหล่งจ่าย 5 V ตัวต้านทานเกนได้รับเลือกเพื่อให้ได้รับ ~ 80

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

จากนั้นอินพุทของแอมป์จะถูกส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำที่แอ็คทีฟและไปยัง ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ฉันไม่เชื่อว่านี่จะเกี่ยวข้องกับปัญหา ทุกสิ่งที่กล่าวถึงในที่นี้ทำด้วย preamp outut (โหนด O2_PRE ในแผนภาพ) ลอยและเชื่อมต่อกับมัลติมิเตอร์เท่านั้น

เมื่อทดสอบวงจรนี้ด้วยเซ็นเซอร์ฉันพบว่าอัตราขยายดีและเป็นเส้นตรงจนถึงจุดหนึ่งที่อัตราขยายลดลง (จุดนี้อยู่ที่ประมาณ 20mV อินพุต / เอาต์พุต 1.6V)

เพื่อกำจัดปัญหาใด ๆ กับเซ็นเซอร์ฉันเปลี่ยนเซ็นเซอร์ด้วยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ประกอบด้วยเรซิสเตอร์แบบคงที่และหม้อแบบเชิงเส้นแบบหลายเลี้ยว:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ด้วยเครือข่ายตัวต้านทานฉันสังเกตเห็นปัญหาเดียวกัน (ดูเพิ่มเติมสำหรับพล็อตของเอาต์พุต inamp)

เพื่อกำจัดปัญหาใด ๆ เพิ่มเติมกับวงจรล้อมรอบฉันต่อสายโดยตรงกับ AD8226 โดยใช้แหล่งจ่ายไฟของ bechtop เป็น VCC ให้วงจรดูที่นี่:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

สิ่งนี้แสดงพฤติกรรมเช่นเดียวกับที่เห็นในแผนนี้:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

('เมนบอร์ด' หมายถึงเอาท์พุทเมื่อมีการใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อขับวงจรเดิมกำไรที่ได้จาก 'breadboard' จะต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อฉันใช้ตัวต้านทานอัตราขยาย 630R)

แผ่นข้อมูล AD8226 ระบุการสวิงแรงดันเอาต์พุตที่ 0.1 V ถึง + VS − 0.1 V ในโหมดสิ้นสุดเดี่ยว ฉันวัดเอาท์พุทเป็นมัลติมิเตอร์คุณภาพสูง (เช่นความต้านทานสูง) แม้ว่าฉันจะสังเกตผลลัพธ์เดียวกันเมื่อฉันเพิ่มตัวต้านทานโหลดที่ 20 เคฉันได้ทำซ้ำผลลัพธ์ด้วยอุปกรณ์ AD8226 หลายตัว

บางคนสามารถอธิบายได้ไหมว่าทำไมกำไรจะลดลงเหนืออินพุตที่แตกต่างของ ~ 20 mV เนื่องจากดูเหมือนว่าฉันจะอยู่ในเกณฑ์ดีได้?


ระดับเอาท์พุท DC คืออะไร? นอกจากนี้เมื่อคุณบอกว่า 20mv ในนั่นคือ 20mv DC offset หรือ +/- 10mv square wave หรือ 20mv rms AC?
Brian Drummond

จุดที่อัตราขยายลดลงอยู่ที่ 20mV DC ที่ต่างกันระหว่างอินพุตของ inamp (สังเกตว่าอินพุตลบอยู่ที่พื้นในการทดสอบตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของฉัน) ซึ่งเท่ากับ 1.6V DC ในเอาต์พุต
Matt B

คำตอบ:


10

เป็นไปได้มากว่าการละเมิดแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไป ดูรูปที่ 15 ของแผ่นข้อมูล น่าเสียดายที่มันไม่ได้ให้ขีด จำกัด สำหรับแหล่งจ่ายไฟเพียงแหล่งเดียว แต่แสดงให้คุณเห็นว่าข้อ จำกัด โหมดทั่วไปและแรงดันเอาท์พุทไปจับมือกัน

การกระทำที่อาจแก้ปัญหาของคุณ:

  • ใช้แหล่งจ่ายไฟคู่
  • ยกอินพุตขึ้นเหนือพื้นดิน
  • ใช้การตั้งค่าเกนที่ต่ำกว่า

แก้ไข:

จากข้อมูลของ Dave Tweed นั้นมีข้อมูลเกี่ยวกับโหมดทั่วไปและช่วงแรงดันไฟขาออกสำหรับแหล่งจ่ายไฟเดี่ยว ดูรูปที่ 13 ในหน้า 10 ของแผ่นข้อมูล (กรณีของคุณคือพื้นที่สามเหลี่ยมสีน้ำเงิน) อินพุตโหมดทั่วไปของคุณมีพื้นจริงดังนั้นทันทีที่เอาต์พุตของคุณเกิน 0.7 V จะเกินขีด จำกัด และอุปกรณ์ของคุณจะไม่ทำงานตามที่ระบุ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นแม้ว่าคุณจะเปลี่ยน Vref เป็น 2.5 V: ขีด จำกัด ของเอาต์พุตจะเป็น 3.2 V สำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปของกราวด์ที่จะไม่ถูกต้อง

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


1
รูปที่ 13 แสดงข้อ จำกัด ของแหล่งจ่ายเดี่ยว G = 100, Vref = 0 เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาออกสูงขึ้นประมาณ 0.7V ช่วงเข้าโหมดทั่วไปจะไม่รวมกราวด์
Dave Tweed

1
ใช่ - แบ่ง 50K ของคุณที่ด้านสูงของเซ็นเซอร์เป็น 2 25K ​​หนึ่งตัวที่ด้านใดด้านหนึ่ง
Scott Seidman

หน้า 20 ของแผ่นข้อมูลอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมว่าคุณสามารถคลิปแอมป์ภายในโดยไม่เกินช่วงอินพุตหรือเอาต์พุต +1
ตัวยึดตำแหน่ง

ถูกต้อง 100% ฉันมองข้ามว่าเมื่อเลือกส่วน โชคดีที่ AD8227 มีประสิทธิภาพที่คล้ายกัน แต่ช่วงเอาต์พุตที่กว้างกว่ามากที่โหมดทั่วไป 0V ข้อเสนอแนะของสก็อตต์ก็ใช้งานได้ดี แต่ก็ยากที่จะทำให้สำเร็จในการออกแบบขั้นสุดท้าย (โดยไม่เพิ่มส่วนเพิ่มเติมเพื่อทำให้เซ็นเซอร์มีอคติซึ่งหมายถึงการหมุน PCB ซ้ำ)
แมตต์ B
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.