为什么我的仪表放大器的增益是非线性的?

电器工程 运算放大器 获得 仪表放大器
2022-02-02 09:27:58

我正在使用AD8226仪表放大器作为电路中的前置放大器,该电路使用微型燃料电池氧传感器来测量气流中的氧含量。前置放大器配置为单端电源模式,采用 5 V 电源。选择增益电阻器以提供约 80 的增益。

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仪表放大器的输出然后通过有源低通滤波器和微控制器的 ADC,但我认为这与问题无关。这里讨论的所有内容都是在前置放大器输出(图中的 O2_PRE 节点)浮动且仅连接到万用表的情况下完成的。

当用传感器测试这个电路时,我发现增益很好而且是线性的——直到增益下降的某个点(这个点大约是 20mV 输入/1.6V 输出)。

为了消除传感器的任何问题,我将传感器替换为由固定电阻器和多圈线性电位器组成的分压器:

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使用电阻网络时,我观察到了同样的问题(请参阅下面的 inamp 输出图)。

为了进一步消除周围电路的任何问题,我直接连接到 AD8226,使用我的台式电源作为 VCC。给出这里看到的电路:

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这显示了与该图中相同的行为:

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('mainboard'是指使用分压器驱动原始电路时的输出,'breadboard'增益略低,因为我使用了630R增益电阻)

AD8226 数据手册规定单端模式下的输出电压摆幅为 0.1 V 至 +VS−0.1 V。我正在测量一个高质量万用表的输出(即高阻抗),尽管当我添加一个 20 K 的负载电阻时我确实观察到了相同的结果。我用多个 AD8226 设备重复了结果。

鉴于我似乎很好地保持在输出限制内,有人可以解释为什么增益会下降到约 20 mV 的差分输入以上吗?

1个回答

很可能是共模电压违规。请参见数据表的图 15。不幸的是,它没有为您提供单个电源的限制,但向您展示了共模和输出电压限制齐头并进。

可能解决您的问题的操作:

  • 使用双电源。
  • 将输入提升至地面以上。
  • 使用较低的增益设置。

编辑:

正如 Dave Tweed 所指出的,数据表确实包含有关单电源的共模和输出电压范围的信息。请参见数据表第 10 页上的图 13(您的情况是蓝色三角形区域)。您的共模输入实际上是接地的,因此一旦您的输出超过约 0.7 V,就会超出限制,您的设备将不会按规定运行。即使您将 Vref 更改为 2.5 V,也会发生这种情况:输出限制将为 3.2 V,以使接地共模输入电压变为无效。

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