계측 증폭기 이득 계산기의 원리
계측 증폭기는 스트레인 게이지 브리지나 로드셀 출력처럼 두 입력 사이의 작은 차이를 증폭하고, 두 입력에 공통인 전압은 제거합니다. 저항 하나로 이득을 정하는 계측 증폭기 대부분은 G = 1 + K / RG 꼴의 식에 따라 외부 저항 RG로 이득을 정합니다. K는 내부 저항으로 정해지며 데이터시트의 이득 식에 적혀 있습니다.
이 계산기는 목표 이득에 대한 정확한 RG, 그 양쪽의 E24 또는 E96 표준값, 각각의 이득, 입력 범위 양 끝에서의 출력 전압을 구합니다. 출력을 전원에서 출력 스윙 여유를 뺀 범위와 비교하고, 그 안에 드는 값 중 목표에 가장 가까운 값을 권합니다.
이득 상수 K
K는 부품마다 다르며 데이터시트에서 가져와야 합니다. 49.4 kΩ는 흔한 계측 증폭기 여럿(AD620형, INA129형 식)에, 50 kΩ는 다른 것(INA128형)에, 100 kΩ는 일부 저전력 부품에 나옵니다. 다른 데이터시트의 K를 쓰면 몇 %의 이득 오차가 생겨 교정 불량처럼 보입니다.
표준값과 이득 오차
정확한 RG가 표준값인 경우는 드뭅니다. G = 100, K = 49.4 kΩ에서 정확한 값은 498.99 Ω이며, 499 Ω(E96)이면 G = 99.998입니다. RG가 작을수록 이득이 커지므로, 출력이 레일에 가까우면 큰 쪽 표준값이 안전합니다.
RG 허용차는 (G − 1)/G × 허용차로 이득에 들어가므로, 0.1 % 저항은 높은 이득에서 거의 0.1 %의 이득 오차를 더합니다. 데이터시트는 보통 0.몇 %인 K의 허용차와 온도에 따른 이득 드리프트를 더합니다. 2점 교정으로 초기 오차는 없앨 수 있지만 드리프트는 남습니다.
출력 범위와 기준 단자
출력은 G × (V+ − V−) + VREF입니다. 단전원에서는 출력이 0 V에 닿지 못합니다. 기준을 0 V로 두고 입력이 없으면 출력은 아래쪽 스윙 한계보다 낮아져 틀리게 읽힙니다. 버퍼를 단 분압 회로처럼 임피던스가 낮은 전원으로 기준 단자를 올리면 출력 범위 전체가 위로 옮겨집니다. 0.5 V나 전원의 중간값이 흔합니다. 계산기는 입력 양 끝이 출력 한계 안에 드는 최대 이득을 보여 줍니다.
브리지 출력은 스트레인 게이지 브리지 계산기나 로드셀 출력 계산기에서 가져와 입력하고, 얻은 분해능은 ADC 분해능 계산기로 확인하세요.
자주 묻는 질문
입력 동상 범위가 왜 중요한가요?
내부 증폭기마다 전압 한계가 있어서, 허용되는 동상 전압은 이득과 출력 전압에 따라 달라집니다. 데이터시트는 이를 마름모꼴 도표로 보여 줍니다. 같은 단전원으로 여기한 브리지는 전원의 중간에 있으니 그 점을 도표에서 확인하세요. 이 계산기는 확인하지 않습니다.
저항 두 개를 직렬로 써서 정확한 값을 만들 수 있나요?
가능하지만 저항마다 허용차와 온도 계수가 더해집니다. 0.1 % 저항 두 개가 1 % 저항 하나보다 대개 낫고, E96 값 하나로도 충분히 가까운 경우가 많습니다.
RG는 어디에 두어야 하나요?
RG 단자에 최대한 가깝게, 짧고 대칭인 배선으로 둡니다. RG 단자는 내부 증폭기 입력으로 이어지므로, 그곳의 부유 용량이나 잡음 유입도 함께 증폭됩니다.