So funktioniert der Rechner für die Instrumentenverstärker-Verstärkung
Ein Instrumentenverstärker verstärkt die kleine Differenz zwischen zwei Eingängen, etwa den Ausgang einer Dehnungsmessbrücke oder Wägezelle, und unterdrückt die beiden gemeinsame Spannung. Die meisten Instrumentenverstärker mit einem Widerstand stellen ihre Verstärkung mit einem externen Widerstand RG nach einer Gleichung der Form G = 1 + K / RG ein. K ist durch interne Widerstände festgelegt und steht in der Verstärkungsgleichung des Datenblatts.
Der Rechner bestimmt den exakten RG für Ihre Sollverstärkung, die Normwerte der Reihe E24 oder E96 auf beiden Seiten, die jeweilige Verstärkung und die Ausgangsspannung an beiden Enden Ihres Eingangsbereichs. Er prüft den Ausgang gegen die Versorgung abzüglich des Ausgangshubs und empfiehlt den Wert, der dem Ziel am nächsten liegt und passt.
Die Verstärkungskonstante K
K unterscheidet sich zwischen Bauteilen und muss aus dem Datenblatt kommen. 49,4 kΩ findet sich in mehreren verbreiteten Instrumentenverstärkern (Gleichungen vom Typ AD620 und INA129), 50 kΩ in anderen (Typ INA128) und 100 kΩ in einigen stromsparenden Bauteilen. Ein K aus dem falschen Datenblatt ergibt einige Prozent Verstärkungsfehler, die wie ein Kalibrierfehler aussehen.
Normwerte und Verstärkungsfehler
Ein exakter RG ist selten ein Normwert. Für G = 100 und K = 49,4 kΩ ist der exakte Wert 498,99 Ω; 499 Ω (E96) ergibt G = 99,998. Ein kleinerer RG ergibt eine höhere Verstärkung; liegt der Ausgang nahe an der Versorgung, ist daher der größere Normwert der sichere.
Die Toleranz von RG geht als (G − 1)/G × Toleranz in die Verstärkung ein: Ein 0,1-%-Widerstand ergibt bei hoher Verstärkung fast 0,1 % Verstärkungsfehler. Das Datenblatt ergänzt die Toleranz von K, typisch einige Zehntelprozent, und die Temperaturdrift der Verstärkung. Eine Zweipunktkalibrierung beseitigt die Anfangsfehler; die Drift bleibt.
Ausgangsbereich und Referenzpin
Der Ausgang ist G × (V+ − V−) + VREF. Bei einfacher Versorgung erreicht der Ausgang nicht 0 V: Mit 0 V Referenz und ohne Eingangssignal liegt er unter der unteren Aussteuergrenze und zeigt falsch. Wird der Referenzpin mit einer niederohmigen Quelle, etwa einem gepufferten Teiler, angehoben, verschiebt sich der ganze Ausgangsbereich nach oben; 0,5 V oder die halbe Versorgung sind üblich. Der Rechner zeigt die größte Verstärkung, bei der beide Enden Ihres Eingangs innerhalb der Ausgangsgrenzen bleiben.
Geben Sie den Brückenausgang aus dem Rechner für Dehnungsmessbrücken oder dem Wägezellen-Rechner ein und prüfen Sie die resultierende Auflösung mit dem Rechner für ADC-Auflösung.
Häufige Fragen
Warum zählt der Gleichtakt-Eingangsbereich?
Jeder interne Verstärker hat eigene Spannungsgrenzen, daher hängt die zulässige Gleichtaktspannung von Verstärkung und Ausgangsspannung ab. Datenblätter zeigen das als rautenförmiges Diagramm. Eine aus derselben einfachen Versorgung gespeiste Brücke liegt bei halber Versorgung; prüfen Sie diesen Punkt am Diagramm. Dieser Rechner tut das nicht.
Kann ich zwei Widerstände in Reihe für einen exakten Wert nehmen?
Ja, aber Toleranz und Temperaturkoeffizient jedes Widerstands addieren sich. Zwei 0,1-%-Widerstände sind meist besser als ein 1-%-Wert, und ein einzelner E96-Wert ist oft nah genug.
Wo sollte RG sitzen?
So nah wie möglich an den RG-Pins, mit kurzen, symmetrischen Leiterbahnen. Die RG-Pins führen an die Eingänge der internen Verstärker, und Streukapazität oder Einstreuung dort wird mitverstärkt.