(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án THIẾT kế 1 đề tài THIẾT kế MẠCH KHUẾCH đại cảm BIẾN RTD BẰNG INA 115 3

ĐỒ ÁN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KĨ THUẬT & CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ 1
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CẢM BIẾN RTD BẰNG INA 115
Sinh viên thực hiện (MSSV): Đặng Quốc Trọng (425118005)
Đặng Thanh Sơn (425118001)
Lớp: Điện tử -Viễn thơng k42

BÌNH ĐỊNH, NĂM 2022

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INA 115


ĐỒ ÁN

Giới thiệu về INA 115
1.1. Khát quát chung
1.2. Tính năng
2. Thông tin kĩ thuật
2.1. Sơ đồ chân và thông tin ứng dụng
2.2. Ứng dụng của INA 115
Chương II. QUY TRÌNH
1. Hiệu suất
2. Nguồn chế thơng dụng đầu vào
3. Bảo vệ đầu vào
1.

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INA 115
a) Sự mô tả
INA115 là bộ khuếch đại thiết bị đo đạc đa năng, chi phí thấp mang lại độ chính xác
tuyệt vời. Thiết kế ba –op amp linh hoạt và kích thước nhỏ khiến nó trở nên lý
tưởng cho một loạt các ứng dụng. Tương tự với mơ hình INA114, INA115 cung cấp
các kết nối bổ sung đối với amps op đầu vào, A1 và A2, giúp cải thiện mức tăng độ
chính xác đạt được cao và hữu ích trong việc hình thành bộ khuếch đại tăng ích
chuyển mạch.
Một điện trở bên ngoài đơn đặt bất kỳ độ lợi nào từ 1 đến 10.000. Bảo vệ đầu vào
bên trong có thể chịu được tối đa ± 40V mà không bị hư hỏng.
INA115 được cắt bằng laser để có độ chênh lệch rất thấp điện áp (50µV), độ trơi
(0,25µV / ˚C) và loại bỏ chế độ chung cao (115dB tại G = 1000). Nó hoạt động với


ĐỒ ÁN
nguồn điện thấp đến ± 2,25V, cho phép sử dụng trong hoạt động bằng pin và hệ
thống cung cấp 5V duy nhất. Dòng điện tĩnh là tối đa 3mA.
INA115 có sẵn trong giá đỡ bề mặt SOL-16 gói, được chỉ định cho dải nhiệt độ –40 °
C đến + 85 ° C.

b)Tính năng
● Điện áp tắt thấp: tối đa 50µV
● Chênh lệch thấp: tối đa 0,25µV / ° C
● Ưu tiên đầu vào thấp: tối đa 2nA
● Từ chối chế độ phổ biến cao:115dB phút
● Bảo vệ quá áp đầu vào:± 40V
● Rộng rãi cung cấp: ± 2,25 ĐẾN ± 18V
● Trạng thái hiện tại thấp: tối đa 3mA
● Gói nút bề mặt SOL-16
c)Các ứng dụng

● Bộ khuyếch đại Switched-Gain
● Bộ khuyếch đại cầu
● Bộ khuyếch đại Thermocouple
● Bộ khuyếch đại cảm biến RTD
● Kiểm tra dữ liệu
d)Sơ đồ chân


ĐỒ ÁN

a) Thơng tin ứng dụng
Hình 1 cho thấy các kết nối cơ bản cần thiết để vận hành INA115. Các ứng
dụng có trở kháng ồn ào hoặc cao nguồn cung cấp điện có thể yêu cầu tụ
điện tách gần chân thiết bị như hình.
Đầu ra được tham chiếu đến đầu cuối tham chiếu đầu ra (Tham chiếu )
thường được nối đất. Đây phải là một trở kháng thấp kết nối để đảm bảo từ
chối chế độ chung tốt. Điện trở 5Ω mắc nối tiếp với chân Ref sẽ gây ra thiết
bị để giảm xuống khoảng 80dB CMR (G = 1).
INA115 có kết nối phản hồi cảm nhận đầu ra riêng biệt (chốt 12). Chân 12
phải được kết nối (thông thường với đầu ra đầu cuối, chân 11) để hoạt động
thích hợp. Cảm giác đầu ra kết nối có thể được sử dụng để cảm nhận điện
áp đầu ra trực tiếp tại tải cho độ chính xác tốt nhất.
b) Thiết lập gain
Độ lợi của INA115 được thiết lập bằng cách kết nối một bên ngoài điện
trở,RG :
(1)


ĐỒ ÁN
Các lợi ích và giá trị điện trở thường được sử dụng được hiển thị trong Hình

1.
Đối với G = 1, không cần điện trở, nhưng kết nối các chân 2-3 và kết nối các
chân 14-15. Đạt được đỉnh điểm trong G = 1 có thể được giảm xuống ngắn
mạch điện trở phản hồi 25kΩ bên trong (xem điển hình đường cong hiệu
suất Tăng so với Tần số). Để làm điều này, hãy kết nối chân 1-2-3 và kết nối
chân 8-14-15.
Số hạng 50kΩ trong phương trình 1 xuất phát từ tổng của hai các điện trở
phản hồi bên trong. Đây là phim kim loại trên chipđiện trở được cắt bằng tia
laze đến các giá trị tuyệt đối chính xác.Độ chính xác và hệ số nhiệt độ của các
điện trở này được bao gồm trong độ chính xác đạt được và thông số kỹ
thuật trôi dạt của INA115.
Độ ổn định và độ lệch nhiệt độ của cài đặt độ lợi bên ngoài điện trở, R G,
cũng ảnh hưởng đến độ lợi. R G đóng góp để đạt được lỗi và độ trơi có thể
được suy ra trực tiếp từ phương trình khuếch đại (1).
Giá trị điện trở thấp được yêu cầu để đạt được cao có thể làm cho hệ thống
dây điện sức đề kháng quan trọng. Các kết nối kiểu "lực và cảm giác" minh
họa trong hình 1 giúp giảm bớt ảnh hưởng của kết nối sức cản.

Hình 1. Basic Connections

c) Lựa chọn độ lợi


ĐỒ ÁN

Hình 2 cho thấy một mạch để lựa chọn kỹ thuật số của bốn mức tăng. Điện
trở "bật" của bộ ghép kênh không ảnh hưởng đáng kể đến độ lợi.Các giá trị
điện trở cần thiết cho một số độ lợi thường được sử dụng các bước được
hiển thị. Mạch này sử dụng phản hồi 25kΩ bên trong điện trở, vì vậy các giá
trị điện trở được hiển thị khơng thể được chia tỷ lệ thành mức trở kháng

khác nhau
Hình 2

Hình 3 cho thấy một cấu hình tăng ích có thể chuyển đổi thay thế.Mạch này không
sử dụng điện trở phản hồi 25kΩ bên trong,vì vậy các giá trị danh nghĩa được hiển thị
có thể được thay đổi tỷ lệ trở kháng khác các cấp độ. Mạch này lý tưởng để sử dụng
với một điện trở chính xác mạng để đạt được độ chính xác tuyệt vời và độ lợi thấp


ĐỒ ÁN
nhất trôi dạt.

1. Hiệu suất tiếng ồn:
INA115 cung cấp tiếng ồn rất thấp trong hầu hết các ứng dụng. Vìtrở kháng nguồn
vi sai nhỏ hơn 1kΩ, INA103 có thể cung cấp tiếng ồn thấp hơn. Đối với trở kháng
nguồn lớn hơn 50kΩ, Bộ khuếch đại thiết bị đầu vào FET INA111 có thể cung cấp
tiếng ồn thấp hơn.Tiếng ồn tần số thấp của INA115 xấp xỉ 0,4µVp-p đo từ 0,1 đến
10Hz. Đây là khoảng một phần mười tiếng ồn của bộ khuếch đại ổn định chopper
"tiếng ồn thấp".
2. Cắt tỉa bù đắp:
INA115 được cắt laser để có điện áp bù rất thấp và trôi dạt. Hầu hết các ứng dụng
khơng u cầu điều chỉnh bù đắp bên ngồi.Hình 4 cho thấy một mạch tùy chọn để
cắt đầu ra điện áp bù đắp. Điện áp được áp dụng cho đầu cuối Tham chiếu được
tính bằng tổng ở đầu ra. Trở kháng thấp phải được duy trì tại nút này để đảm bảo từ
chối chế độ chung tốt. Điều này đạt được bởi đệm điện áp cắt bằng một amp op
như được hiển thị.


ĐỒ ÁN
Hình 4. Tùy chọn cắt điện áp bù đầu ra.

3. Bảo vệ đầu vào.
Các đầu vào của INA115 được bảo vệ riêng cho điện áp lên đến ± 40V. Ví dụ, điều
kiện –40V trên một đầu vào và + 40V trên đầu vào khác sẽ không gây ra thiệt
hại.Mạch nội bộ trên mỗi đầu vào cung cấp trở kháng nối tiếp thấp trong điều kiện
tín hiệu bình thường. Để cung cấp khả năng bảo vệ tương đương, các điện trở đầu
vào nối tiếp sẽ gây ra tiếng ồn quá mức. Nếu đầu vào quá tải, mạch bảo vệ giới hạn
đầu vào dịng điện đến giá trị an tồn (xấp xỉ 1,5mA). Loại điển hình đường cong
hiệu suất “Xu hướng đầu vào hiện tại so với chế độ chung Điện áp đầu vào ”hiển thị
hành vi giới hạn dòng điện đầu vào này. Các đầu vào được bảo vệ ngay cả khi điện
áp nguồn bằng không.
6. Ứng dụng khác:
Bộ khuếch đại chuyển lợi
Bộ khuếch đại cầu
Bộ khuếch đại cặp nhiệt điện
Bộ khuếch đại cảm biến RTD


ĐỒ ÁN
Thu thập dữ liệu

Chương II. QUY TRÌNH
CÁC HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU
Ở TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác.


ĐỒ ÁN

CÁC GIAI ĐOẠN HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU (TIẾP THEO) Ở
TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác.

ĐỒ ÁN

CÁC GIAI ĐOẠN HIỆU SUẤT TIÊU BIỂU (TIẾP THEO) Ở
TA = + 25 ° C, VS = ± 15V, trừ khi có ghi chú khác.


ĐỒ ÁN

HIỆU SUẤT TIẾNG ỒN
INA115 cung cấp tiếng ồn rất thấp trong hầu hết các ứng dụng. Vìtrở kháng nguồn vi
sai nhỏ hơn 1kΩ, INA103có thể cung cấp tiếng ồn thấp hơn. Đối với trở kháng
nguồn lớn hơn50kΩ, Bộ khuếch đại thiết bị đầu vào FET INA111 có thểcung cấp
tiếng ồn thấp hơn.


ĐỒ ÁN
Tiếng ồn tần số thấp của INA115 xấp xỉ 0,4µVp-p đo từ 0,1 đến 10Hz. Đây là
khoảngmột phần mười tiếng ồn của bộ khuếch đại ổn định chopper "tiếng ồn thấp”

TRIMMING OFFSET
INA115 được cắt laser để có điện áp bù rất thấp vàtrôi dạt. Hầu hết các ứng dụng
không u cầu điều chỉnh bù đắp bên ngồi.
Hình 4 cho thấy một mạch tùy chọn để cắt đầu rađiện áp bù đắp. Điện áp được áp
dụng cho đầu cuối Tham chiếu được tính bằng tổngở đầu ra. Trở kháng thấp phải
được duy trì tại nút nàyđể đảm bảo từ chối chế độ chung tốt. Điều này đạt được
bởiđệm điện áp cắt bằng một amp op như được hiển thị.

INPUT BIAS HIỆN TẠI RETURN PATH

Trở kháng đầu vào của INA115 cực kỳ cao—xấp xi 1010n. Tuy nhiên, một đường dẫn
phải được cung cấp cho dòng phân cực đầu vào của cả hai đầu vào. Dòng thiên vị
đầu vào này là thường nhỏ hơn ± InA (nó có thể là cực tính do mạch hủy). Trở kháng
đầu vào cao có nghĩa là điều này đầu vào thiên vị hiện tại thay đổi rất ít với đầu vào
khác nhau Vơn.
Mạch đầu vào phải cung cấp một đường dẫn cho dòng điện phân cực đầu vào này
nếu INA115 hoạt động bình thường. Hình 5 cho thấy các quy định cho một đường
dẫn hiện tại thiên vi đầu vào. Khơng có thành kiến đường dẫn trả về hiện tại, các
đầu vào sẽ trôi nỗi đến một tiềm năng vượt quá phạm vi chế độ chung của INA115
và đầu vào bộ khuếch đại sẽ bão hòa. Neu điện trở nguồn Mi sai là thấp, một
đường trở lại hiện tại thiên vị có thể được kết nối với một đầu vào (xem ví dụ về cặp
nhiệt điện trong Hình 5). Với nguồn cao hơn trở kháng, sử dụng hai điện trở cung
cấp một đầu vào cân bằng với lợi thế có thể có của điện áp bù đầu vào thấp hơn do
sai lệch từ chối chế dộ chung hiện tại và tốt hơn.


ĐỒ ÁN

NGUỒN CHẾ ĐỘ THÔNG DỤNG ĐẦU VÀO
Phạm vi chế độ chung tuyến tính của các bộ khuếch đại op đầu vào của INA115 là
khoảng ± 13,75V (hoặc 1, 25V từ nguồn điện). Tuy nhiên, khi điện áp đầu ra tăng,
phạm vi đầu vào tuyên tính sẽ bị giới hạn bởi sự thay đổi điện áp đầu ra của các bộ
khuếch đại đầu vào, A1 và A2 . Phạm vi chế độ chung có liên quan đến điện áp đầu
ra của bộ khuếch đại hồn chỉnh- xem đường cơng hiệu suất "Phạm vi chế độ chung
đầu vào so với điện áp đầu ra".
Sự kết hợp của tín hiệu đầu vào chế độ chung và tín hiệu đầu vào khác biệt có thể
khiến đầu ra của A1 hoặc A2 bão hịa. Hình 6 cho thấy dao động điện áp đầu ra của A1
và A2 được biểu thị dưới dạng điện áp đầu vào chế độ chung và khác biệt. Khả năng
xoay đầu ra của bộ khuếch đại đầu vào, A1 và A2 giống như bộ khuếch đại đầu ra, A3.
Đối với các ứng dụng trong phạm vi chế độ chung đầu vào phải đư ợc tối đa hóa, hãy

hạn chế dao động điện áp đầu ra bằng cách kết nối INA115 ở mức tăng thấp hơn (xem
đư ờng cong hiệu suất “Phạm vi điện áp chế độ chung đầu vào so với


ĐỒ ÁN
điện áp đầu ra"). Nếu cần, hay thêm độ lợi sau INA115 để tăng xung điện áp. Quá tái
đầu vào thư ông tạo ra điện áp đầu ra xuất hiện bình thường. Ví dụ: diện áp đầu vào
+ 20v trên một đầu vào và + 40V trên đầu vào khác rõ ràng sẽ vư ợt quá tuyển
tínhphạm vi chế độ chung của cả hai bộ khuếch đại đầu vào. Vì cả hai bộ khuếch đại
đầu vào đều bão hịa đến giới hạn điện áp đầu ra gần như giống nhau, điện áp
chênh lệch đo được bởi bộ khuếch đại đầu ra sẽ gần bằng không. Đầu ra của INA115
sẽ gần 0V ngay cả khi cả hai đầu vào đều quá tải
BẢO VỆ ĐẦU VÀO
Các đầu vào của INA115 được bảo vệ riêng cho điện áp lên đến ± 40V. Ví dụ, điều
kiện –40V trên một đầu vào và + 40V trên đầu vào khác sẽ không gây ra thiệt hại.
Mạch nội bộ trên mỗi đầu vào cung cấp trở kháng nối tiếp thấp trong điều kiện tín
hiệu bình thường. Để cung cấp tion protec tương đương, các điện trở đầu vào nối
tiếp sẽ gây ra tiếng ồn quá mức. Nếu đầu vào quá tải, mạch bảo vệ giới hạn dịng
điện đầu vào ở giá trị an tồn (khoảng 1,5mA). Đường cong hiệu suất điển hình
“Dịng điện phân cực đầu vào so với điện áp đầu vào chế độ chung” cho thấy hành
vi giới hạn dòng điện đầu vào này. Các đầu vào được bảo vệ ngay cả khi điện áp
nguồn bằng không.


ĐỒ ÁN