Перейти к содержанию

Почему AD620 не работает от одного питания 5 В?

Обновлено Редакция GAW

Инструментальный усилитель выдаёт Uвых = G · Uдиф + UREF (ADI AN-1401). Если вывод REF на земле, а разность на входах равна нулю, выход должен быть 0 В. Но у AD620 выход до шин питания не доходит. По табл. 2 даташита при питании от ±2,3 до ±5 В выход ходит от −VS + 1,1 до +VS − 1,2 В, а входы — от −VS + 1,9 до +VS − 1,2 В. Наименьшее разрешённое питание — ±2,3 В, то есть 4,6 В на одной шине.

УзелДопустимо при одном питании 5 В (наш пересчёт по табл. 2)
Входы (синфазное напряжение)1,9–3,8 В
Выход при нагрузке 10 кОм1,1–3,8 В
Вывод REFв пределах 2 В от шин: 2–3 В

Что происходит

Типичная схема: мост с питанием 5 В, синфазное напряжение 2,5 В — оно в окне 1,9–3,8 В, тут всё хорошо. REF на земле, разность на входе мала — выход «лежит» на 1,1 В и не реагирует на слабый сигнал, а отрицательную разность выдать не может совсем. Кажется, что усилитель не работает.

Окно в таблице — упрощение. По ADI AN-1401 допустимое синфазное напряжение зависит ещё и от выходного напряжения и усиления: внутренние узлы первого каскада отходят от синфазного уровня на величину, пропорциональную усилению и сигналу, и при большом выходе разрешённый диапазон входа сужается. На графике это ромб (diamond plot) — его и проверяет калькулятор ниже.

Как исправить

  1. REF на 2,5 В через буфер. Тогда ноль сигнала — это 2,5 В на выходе, и сигнал может отклоняться вверх и вниз примерно на 1,3 В. Так сделана схема ADI для одного питания 5 В (рис. 38): мост 3 кОм, AD620B с усилением 100 и REF от делителя через буфер AD705. Делитель без буфера к REF не подключают — его сопротивление нарушает работу вычитающего каскада.
  2. Усиление под окно выхода. Наш расчёт: с размахом ±1,3 В вокруг 2,5 В и сигналом моста ±10 мВ подходит G = 100: RG=49,4/(100−1)≈499R_G = 49{,}4 / (100 - 1) ≈ 499 Ом — как на рис. 38.
  3. Усилитель с выходом до шин. INA333 работает от 1,8–5,5 В, входы — до 0,1 В от шин, выход — до 0,05 В (TI, с. 1). С ним однополярный сигнал моста можно усиливать и с REF на земле, если не нужен знак.

Проверить, попадает ли схема в допустимые режимы, поможет калькулятор инструментального усилителя — он проверяет синфазный диапазон и размах выхода, о которых рассказывает термин «синфазный диапазон входа». Другая частая причина «залипшего» выхода — нет пути для входного тока: см. ответ «Зачем резистор на землю на входе инструментального усилителя?». Практический пример с весами — в ответе «Как подключить тензодатчик к Arduino без HX711?».

Похожие вопросы

Можно ли просто подать на REF 2,5 В с делителя из двух резисторов?

Нет: вывод REF — вход внутреннего вычитающего каскада, и сопротивление делителя в нём портит усиление и подавление синфазного сигнала. ADI в схеме для одного питания 5 В ставит после делителя буфер на ОУ AD705.

Какой минимальный сигнал на выходе AD620 при питании 5 В?

По табл. 2 даташита — около 1,1 В над землёй при нагрузке 10 кОм, а сверху выход не поднимается выше питания минус 1,2 В. С REF на 2,5 В выход ходит вокруг 2,5 В в обе стороны: примерно на 1,3 В вниз и на 1,3 В вверх.

Чем заменить AD620 для питания 3,3 или 5 В?

Усилителем, рассчитанным на низкое питание и выход до шин: у INA333 питание 1,8–5,5 В, входы доходят до 0,1 В от шин, выход — до 0,05 В. Для моста, питаемого тем же напряжением, этого хватает с запасом.

Источники

  1. Analog Devices. AD620 Low Cost Low Power Instrumentation Amplifier, Rev. H (2011) — табл. 2 — питание от ±2,3 до ±18 В; при ±2,3…±5 В входной диапазон от −VS + 1,9 до +VS − 1,2 В, выход при нагрузке 10 кОм от −VS + 1,1 до +VS − 1,2 В; G = 1 + 49,4 кОм / RG; разд. Reference Terminal — напряжение на REF задаёт ноль выхода, допустимый диапазон — в пределах 2 В от шин питания; рис. 38 — монитор давления на одном питании 5 В: мост 3 кОм, AD620B с G = 100, вывод REF от делителя через буфер AD705
  2. Texas Instruments. INA333 Micro-Power, Zero-Drift, Rail-to-Rail Out Instrumentation Amplifier, SBOS445C — с. 1 — питание 1,8–5,5 В, входы от (V−) + 0,1 до (V+) − 0,1 В, выход от (V−) + 0,05 до (V+) − 0,05 В; G = 1 + 100 кОм / RG
  3. Analog Devices. AN-1401 Instrumentation Amplifier Common-Mode Range: The Diamond Plot, Rev. 0 — с. 1 — VOUT = G · VDIFF + VREF; с. 3–4 — допустимые сочетания синфазного и выходного напряжения ограничены внутренними узлами и выходом

Нашли ошибку?

Смотрите также