6. Инструментальный усилитель

ИУ – это наиболее распространенный тип измерительных усилителей. Во многих измерительных схемах необходимо измерять разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, каждая из которых имеет ненулевой потенциал относительно общей точки измерительной схемы. Для этой цели используются измерительные усилители, которые представляют собой устройства с дифференциальным входом, построенные так, что они усиливают только разность напряжений, поданных на их входы, и не реагируют на синфазное напряжение.

ИУ – прецизионное устройство для усиления дифференциальных напряжений, которое оптимизировано для работы в тяжелых условиях (большие уровни шумов и перепады температур) и предназначено для выполнения высокоточных измерений. Данные устройства имеют сверхвысокие входные сопротивления, что позволяет им работать с датчиками, имеющими малое значение выходного напряжения или большое выходное сопротивление. Входные токи и напряжения смещения ИУ имеют малые и относительно стабильные значения. Для минимизации шумов и провалов напряжений, характерных для удаленных датчиков, ИУ имеют высокую способность подавления синфазных входных напряжений.

Стандартной схемой ИУ явл-ся схема на 3-х ОУ:

Напряжение на резисторе R₁ составляет U₁ – U₂. Отсюда следует, что

Эта разность преобразуется дифференциальным усилителем на ОУ3 в напряжение U_вых относительно земли. Обычно выбирается R₂ = R₃ = R₄ = R₅ = R₆ = R₇. В таком случае дифференциальный коэффициент усиления .Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за разбаланса резисторов):

Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за конечного значения К_ОСС ОУ3): Общий К_ОСС ИУ определяется соотношением .

9. Применение инструментальных оу в медицине.

Наиболее широко известное применение ИУ в медицине – это использование его в составе дифференциального усилителя, использованного для усиления сигналов при снятии ЭКГ и ЭЭГ.

ИУ включен в состав дифференциального усилителя для исключения проблем с усилением сигнала при работе с высокоомными источниками.

В состав ИУ входят 2 неинвертированных усилителя, подключенных к входамм базового дифференциального усилителя. Сопр-я Ri неинвертированных усилителей соединены друг с другом для исключенияя связи с точкой заземления схемы. Коэффициент усиления синфазногоо напряженяя определяется из рассм-ия 2-х вх-х повтор-й независ-о от простого диф-о ус-ля.

Выходное напряжение равно: v1-v2=i(R4+R3+R4), а входное напряжение равно: v3-v4=iR3.

Коэффициентт усиления дифференциального сигнала равен:

;

Перемножая коэффициенты усиления каскадов, получим общий коэффициент усиления ИУ:

ИУ имеет высокое входное сопротивление и высокий КОСС; его коэффициент усиления можно регулировать путем изменения сопротивления резистора R3. Схема подавляет помехи с частотой 60 Гц, которое является синфазной напр-и для обоих вх-в ИУ.