Почему мы работаем с симметричными сигналами в целом, кратко пример elektomyographischen измерений (ГРП) измерения электронной мини-курс реального дифференциального усилителя я в главе "Зачем использовать Инструментальные усилители. Остальные главы объяснить инструментального усилителя, сердце каждого ГРП или ЭКГ усилитель.
Для такого усилителя или другого теста цепи с симметричный вход, необходимо генератор сигналов с симметричный выход. Большинство имеющихся в продаже синуса или функции генераторов, однако, только небалансные выходы. Иногда Есть два таких мероприятия: один с источником сопротивление 600 Ом и 50 Ом, который особенно хорошо подходит для более высоких частот.
При строительстве небольшое устройство, которое преобразует несимметричный вход для сбалансированного выходной сигнал, вы помогли себе и не является особенно сложной цепи. Стоит реализации этой схемы с выбора-то получить более универсальным. Теперь мы переходим к блок-схема на рисунке 1:
Opamp ОР1 усиливает Vin входного сигнала с коэффициентом усиления 1, 10 или 100 Для переключения переключатель с подходящими Остальные средства. В этом состоянии, как контакты открыты, ОР1 работает как преобразователь импеданса с получаете 1 Выход ОР1 одной стороны, ведет прямо к S2 и S1, обращена к OP2. S1 и S2 каждого переключения плоскости. Оба механически синхронизированы. Это два полюса поворотные переключатели, каждая с шестью скоростями.
Поворотные переключатели, как правило, довольно дорого. Но Есть также те, за небольшие деньги, например в лице компании Lorlin по Farnell в томе 2 / 2005 (от: 12.2005). В тип вопроса будет CK-1030 с порядка 480-514 Farnell . Этот переключатель имеет два полюса и шесть скоростей. Это информация, которую я только обновления, возможно, что мы должны ожидать, что эта информация не через несколько лет.
Цель двухполюсный переключатель в шесть этапов, называемых аттенюатор поделиться выходного напряжения Ua и / Vout к земле в десятичной шагом пассивной стадии. Первый уровень 1 и это означает, что U разделен на 1, при условии, GAIN переключатель установлен в 1. Следующие этапы делитель 10, 100, 1000 и 10000. На основе сбалансированного измерения между Ua и / Включая делителя значения 0,5, 5, 50, 500 и 5000, потому что это удваивает выходное напряжение. Выключение этап включает в себя Ua и / включая краткосрочные к земле.
Почему симметричного делителя напряжения непосредственно на выходе? Источник сопротивления делителя напряжения особенно в высокий коэффициент делителя является очень низким. В разделения в 1000 раз Есть только 10 Ом, а при 10000 он составляет 1 Ом. Это означает, крайне низкий шум напряжения сопротивления. Есть только металлические резисторы к использованию! Если бы вы были для переключения между делителя выходное напряжение и очень низкий шум ОУ (малошумящий ОУ) в качестве преобразователя импеданса между ними, мы бы также на выходе вызванных напряжением шума ОУ. Кроме того, что с усилитель-аттенюатор обычно симметричный усилитель испытаний, которые имеют высокий-входы, и, следовательно, выходное напряжение усилителя-аттенюатора не ослабляется в практике.
Что такое регулируемые усиления (GAIN переключатель) 10 и 100 быть полезным? Есть много генераторов сигнала с максимальным выходным напряжением, например, только 1 В RMS, и это не может быть достаточно, если вы хотите проверить то, когда вам нужно высокого уровня сигналов. Или вы хотите присоединиться к такой низкий уровень источника звука (например, сильно перегружен линейный выход магнитофона) к ие. Следует отметить, что можно проверить усилитель-аттенюатор в том числе усилителей или других схем с несбалансированными входами. Это просто один из выходов или Ua / UA необходимости.
Лучше (принцип) схемы
Использовать операционных усилителей имеют пропускную способность единства усиления частоты 5,5 МГц. OP2 работает с коэффициентом усиления -1. Это означает, что упомянутые пропускная способность может быть полностью использована, если уровень не был слишком высоким и максимальной передаваемой частоты ограничена скорость нарастания выходного напряжения.
Если использовать усилитель-аттенюатор только в низком диапазоне, например, для аудио-и электро-медицинских целей (ЭМГ, ЭКГ и др.), разность фаз между Vout и / UA очень низкой. На этом этапе разница возникает из различных проводки OP2 и OP3. Если Ua добавляется / UA при разности фаз 0 градусов, результаты из-за инверсии (ОП2), напряжение 0 В, предполагая, что коэффициент усиления схемы ОР2-усилитель точно -1, и два сопротивления сети делителя этапы толерантности бесплатно. Есть у высокой частоты, разность фаз между Vout и / в том числе 90 градусов, в результате того же половины напряжения. Если разность фаз между Vout и / в том числе 180 градусов, удвоение напряжения, потому что вы добавить две идентичные сигналы. В чем разница между инверсия и сдвиг фазы обсуждается ниже продуктивным.
Усилитель-аттенюатор не OP3. Для точного измерения выше 50 кГц и должно быть, чтобы компенсировать большой угол фазы между Ua и / Включая дополнительные преобразователя импеданса (OP3) при условии. Другой возможностью является то, что используется для Opamp OP2 высшее единство усиления пропускной способности и скорости нарастания выходного напряжения, это Opamp стабильной в условиях усиления от 1 до работы (единство-амплитудно-стабильный). Он должен показать, нет тенденций к колебаться. Вы должны учесть, что максимальная выходная частота имеет свои пределы от двух сетей аттенюатор резистора. Максимальное выходное сопротивление на уровне или Ua / UA в части этапе 10 909 Ом.
Схема усилителя-аттенюатора
Входной цепи защиты
Мы имеем дело сейчас с Схема усилителя-аттенюатора в деталях. Для входных Vin, защита от перенапряжения следуют два транзистора T1 и T2, которые связаны как база-коллектор диодов. Когда напряжение на Vin больше + Ub, Ue, ток о R2, T1 потоков + Ub. Напряжения на инвертирующий вход ОР1 ограничивается Ub + плюс база-коллектор прямого напряжения T1, а это около 0,7 В постоянного тока. R2 является ограничение тока. Допустимая мощность потерь R2 определяет максимально допустимые постоянное перенапряжение на входе Vin. Электростатических разрядов, которые могут иметь несколько киловольт, но очень короткое время, не делает впечатление, и R2 хранится в качестве эффективно ОР1. Такое же объяснение применимо для отрицательной волны, с база-коллектор диод T2 приводит.
Важно также, R3! Без R3 бы рост тока утечки на поток полностью IC-внутренним, если порог напряжения диодов интегрированной защиты ниже, чем в диодном включении транзистора Т1 и Т2. Это предотвращает R3. Предполагая, что внутреннее напряжение порога ИС до 0,1 В постоянного тока меньше, чем T1 или T2, R3 падает именно это напряжение. Это создает настоящее сопротивление 1 К-ом один Opamp входной ток 0,1 мА. Резистор с только 100 Ом при токе 1 мА, конечно, также быть приемлемым. Максимальный ток в связи часто, указанных в "Абсолют Оценки Максимум" на данных листа операционных усилителей. При этих значениях входной каскад операционных усилителей защищена в любом случае, текущие умеренной.
быть использованы почему вместо обычных транзисторов диодов кремния, имеет свою причину, что они значительно ниже, ток утечки в стоп-зоны, что снижает его благоприятным для постоянного напряжения смещения, должны усилитель-аттенюатор быть подключен к источнику с относительно высоким выходным сопротивлением или источник по переменному току (включен конденсатор до UE). Тогда это часть ток утечки потоков между двумя, как защита диодном включении транзисторов R1 к земле. Эта часть утечки тока, генерируемого при R1 положительный или отрицательный постоянного напряжения, которое проявляется в виде дополнительных сильно зависит от температуры DC-напряжения смещения. С транзисторов быть окруженным, однако, имеет очень низкий ток утечки, который является почти столь же низко как рА диодов. Малый транзисторов намного дешевле и более доступны. Подробнее на эту тему, читают в электронном мини-курс защиты от перенапряжения для чувствительной входы усилителя . Вы можете также выбрать низким R1, так что ток утечки распространяется не так, однако, больше нагрузка на источник связан с Вин. Если мы используем всегда постоянному току низкой источника сигнала, а также R1 полное воздержание. Однако, есть то нет стабильной определенное состояние, когда ничего не связаны прямо с Ue.
Схема усилителя AMP
Это общие неинвертирующий цепи усилителя ОУ. Схема работает с коэффициентом усиления 1, когда переключатель GAIN открыто в центральное положение. отрицательной обратной связи сети R4/R6 активен, усиление 10, в R4/R5 это 100 Есть резисторы с допуском 1% в использовании. Это можно видеть всегда в "1" в символ сопротивления. Размер C4 зависит от конструкции цепи. Особенно, когда переключатель GAIN работает, она эффективна паразитной емкости между проводниками в R5, R6 и GND, чтобы компенсировать между этими компонентами и GND, а также между контактами в переключатель GAIN и GND. C4 без него будет означать, что усилитель, особенно на более высоких частотах, как фильтр высоких частот актов и повышает амплитуду. Чтобы способствовать этим расстройством, наоборот, превратить параллельно R4 резистора обратной связи небольшой конденсатор, как правило, в рр-или десять пФ диапазон. Человек этот должен быть определен экспериментальным путем к конечной структуре. Места и площадки для С4 должны быть предоставлены на печатной плате за это. В настоящее время структура подходящее значение от 22 пФ.
Настройка DC напряжение смещения: Trimmpotmeter P служит баланс DC напряжение смещения ОУ ОР1 до 0 В постоянного тока. Это важно для использования с большим коэффициентом усиления, здесь при 100 Таким образом, он обеспечивает связь между получить до 100 и измерения постоянного напряжения смещения на выходе Vout, переключатель должен быть установлен аттенюатор до 1. Если, к ОР1 (ОП2 и), а не богатые традиции и дешевых LF356 от Национального Semiconductores корпорации , немного лучше, и, конечно, дороже, LT1056 от Linear Technology имеет в основном один меньше постоянного смещения проблемы. Но есть и другое преимущество, которое мы главе "Когда выходное напряжение вдруг" переворачивает, чтобы познакомиться. Для настройки DC напряжение смещения Ue должны короткого замыкания к GND.
Делителя цепи аттенюатора
Как уже указывалось близко, эта часть состоит из двух полюсов шесть позиций поворотный переключатель, который позволяет разделить два друг с другом и обратного напряжения Ua / UA между 1 / 1 до 1 / 10, 000. Это пассивная, так что никаких дополнительных напряжения Слышен шум. OP2 требуется только для инвертирования напряжения.
Когда переключатель установлен в 1, выходы и Ua / UA выходной импеданс минимум R11 равны. Минимальные, потому что на более высоких частотах сигнала увеличивается выходное сопротивление усилителя. Выход / UA не является критической, потому что эти кГц с коэффициентом усиления -1 даже на 100, сопротивление (не R11) около 0,7 Ом (LT1056) имеет. В том числе выход является проблематичным, поскольку максимальный регулируемое усиление составляет 100 Здесь выходное сопротивление усилителя без увеличения R11 на частоте 100 кГц до 40 Ом, и это факт, что кГц при частоте полосы пропускания этот выигрыш составляет 50 в конце дороги уже. На 50 кГц, выходное сопротивление 30 Ом. Для точности применения в диапазоне частот выше, Вы должны кольцо для операционных усилителей, единство-амплитудно-стабильны взгляд, или построить по крайней мере одно OP3, как показано на рисунке 2.
Чем больше напряжение деление, тем ниже и выходной импеданс. Поскольку реальные масштабы такого сопротивления компонента в низкой преобладает, можно также назвать выходным сопротивлением. В разделе 10 раз, по настоящее время размеры R12 на R16, выходной импеданс 909 Ом, что более чем деления фактором в 560 Ом. На 100, но Есть только 99 Ом и принимает постепенно, как и в десятилетия, до значения чуть менее 1 Ом, с разделением фактор 10.000, с. Если эти 909 Ом на делитель 10 раз слишком большой, может получить второй цепи резисторов, R12 и R16 'параллельно. Для того, чтобы достичь половины - вместо 909 Ом 454,5 Ом только - все остальные сопротивления выходной. Выбор резисторов не удается даже половины минимального значения R16. Это будет трудно найти фильм один процент металла сопротивление менее 1 Ом.
Нужно принять во внимание размеры R12 на R16 и максимальной нагрузке операционных усилителей. Данные лист операционных усилителей является диаграмма, показывающая, как низко нагрузочного резистора на выходе, при котором выход и рабочее напряжение (параметров) может быть. Такая схема называется "Выход Swing сопротивления нагрузки против". Когда LT1056, что при рабочем напряжении ± 15 В постоянного тока и минимальное сопротивление нагрузки 2 Ом / с, максимальная выгружен выходного напряжения от 26 Vpp (± 13В) может быть получено только в вертикальном положении. У вас двойное R12-R16-резисторов, вы двойной нагрузки на Opamp 10 К-ом до 5 кОм. Можно было бы поэтому должны резерва бремя, в 2,5 раза.
Рабочее напряжение ± Ub определяется как ± 15 В постоянного тока, который не является обязательным. Нижний и верхний предел задается данные использовались операционных усилителей. Одно важно установить постоянного напряжения смещения зависит от Р ± Ub. Рекомендуется в любом случае использование рябь свободной, стабильной рабочее напряжение (питание). Ck называются конденсаторов связи, каждый в непосредственной близости от источника питания терминалы операционных усилителей и GND. Требуется для каждого ОУ два. Вы должны использовать многослойные керамические конденсаторы, потому что они имеют очень низкую паразитную индуктивность. Есть рекомендованные значения 100 нФ. Двух конденсаторов С1 и С2 один раз на борту и что при входе в Ub +, GND и УБ. Двух энергоблоков защиты диодов D1 и D2 защиты от неправильной полярности связей, так как устройство, как показано в названии картины, требуется внешний источник питания.
Рабочий ток настолько мал, что он платит, чтобы беспокоиться о том, не может иметь смысл для удаления источника питания используется в вольт-действующего генератора, который, возможно, некоторые дополнительные схемы стабилизации необходимо.
Когда напряжение на выходе вдруг скачков
Наиболее JFET ОУ, как lf351 или LF356, на выходе, чтобы создать "спонтанной" инверсия напряжения, когда входное напряжение превышает отрицательное общего режима ограничения. Диаграмма "OUT-LF356" из листа LT1056 данных иллюстрирует это. LT1056 не имеет этой проблемы, так как график "OUT LT1056-" иллюстрирует. Это может быть очень простой тест, в котором каналы синусоидального напряжения на инвертирующий вход напряжения последователем (прибыль = 1) включен операционных усилителей, которых пик-пик значение напряжения (здесь 30 Vpp) рабочее напряжение ± Ub (здесь, ± 15 В постоянного тока) соответствует или превосходит
Вы также можете использовать усилитель-аттенюатор для получения высшего выходное напряжение генератора, чем поставки использовать. Таким образом, это устройство будет точно подходит для этого теста. GAIN он должен быть установлен до 10 и с напряжением настройки на генераторе установить значение 3 пик. В Vout производства и / включая результаты аттенюатор = 1, напряжением 30 пик. Испытаны ОУ работает с ± 15 В постоянного тока. Вы должны усилителя-аттенюатора, но с чуть более высоким напряжением питания, например, с ± 18 В постоянного тока. ± 20 В постоянного тока Предельные (Абсолютный максимум рейтинг LT1056).
сдвиг фазы или инверсии, вот в чем вопрос ...
Во-первых, небольшой коррекции относительно Фото на обложке. В этой картине, выходное напряжение / UA является определение фазового угла в 180 градусов, что не соответствует действительности. Внимательный читатель, это до этого места, уже заметили, Есть определенные указания относительно инверсии и сдвиг фазы на 180 градусов. На первый взгляд, эта фаза угол с инверсией быть то же самое. Но когда вы делаете усилия, чтобы более точно отражать на это, мы быстро поняли, что это не так.
Промежуточный слой: Что все-талон?
Для тех читателей, кто не знает, что все пройдет, я объясню это кратко, потому что некоторые знания о нем необходимо в этой главе. Низкочастотный фильтр имеет частоту среза. Над этим уменьшает выходное напряжение. Фильтр высоких частот также имеет частоту среза. В отличие от фильтра низких частот, выходное напряжение снижается ниже критической частоты. Эти два типа фильтров называется то, что они есть. Фильтр нижних частот übeträgt глубже (ниже) и фильтр высоких частот для более высоких частот. Предел частоты для напряжения переменного тока могут быть переданы только пока, называется частотой среза. Как крутой уменьшает выходное напряжение за пределами этого лимита зависит от атомного номера фильтра и его качество. Атомный номер и качество не будет предметом дальнейшего обсуждения.
Все-фильтр, который также, что это такое. Это фильтр, который пропускает все частоты. Теперь, прежде чем кто-либо думает, что я читатель, вероятно, хочет взять на себя Микки, потому что обычный кусок проволоки, наконец, встречается это условие, так что вы должны ждать, пока полный текст заявления немного. Кусок провода не имеет предельное значение (если не ведет его с высоким условиях частота декларации на кончике), но все-проходят очень хорошо. Все три типа фильтров объединяет то, что они имеют так называемую группу задержки, и это проявляется в зависимости от частоты сигнала, как сдвиг фаз или иначе называется фазовым углом. Фазового угла в критической частоты для всех трех фильтров в зависимости от структуры фильтра. Все-фильтр с частотой ниже частоты среза независимых задержки группу, амплитуды, как уже говорилось, не ослабленной, как в фильтр нижних частот. Таким образом, подходящим все-фильтр для задержки аналоговых сигналов.
Если вы хотели бы узнать больше всех частот, я рекомендую полупроводниковых схем книги У. Титце и К. Шенк. Там мы читаем, что все-фильтры для выравнивания фазы и задержки сигнала могут быть использованы. Далее мы читаем, что представляет особый интерес для задержки сигнала. Они отличаются тем же причинам, отмечалось, такие как чтение выше. В 11-м Издание этой книги диаграмму с названием время отклика групповой задержки для первого до 10 Процедура (Abb.13.31). Эта диаграмма иллюстрирует хорошо пределы, в которых спектр частот аналогового сигнала может быть отложено линейной.
Вернуться к теме ...
Это не то же самое, независимо от того, полученные с использованием всех частот фазовый угол 180 градусов, или по схеме инвертора, сигнал просто отражает, хотя и выглядят одинаково на экране осциллографа и не могут быть выделены. Общим в обоих случаях нужно контактный переменного напряжения, т. е. они добавили, получается как сумма напряжение 0 В переменного тока. В чем состоит разница в любом случае?
Инверторе инвертирует идеализированный сигнал не зависит от частоты, который управляет всеми проход отличие частотно-зависимым и, таким образом сдвигает фазу реального. Заметим, разница сразу же на экране осциллографа, когда частота сигнала на входе в "черный ящик" меняется. Фильтры бы показать, что сдвиг фазы на 180 градусов не будет постоянной, в отличие от инвертора.
Теперь мы переходим к следующей мысленный эксперимент с 5:
Если один из синусоида на входе инвертора при разработке 5,1, виртуальный маркер на их пути, и вы их видите на мнимой осциллографов на Vout на положительной полуволны, она появляется в / предложения в тот же момент на отрицательный полупериод. Обращение просто отражение сигнала. Не так с все проход к югу от изображения в 5,2! На фазовый угол 180 градусов знак появляется на виртуальных, а также положительная полуволна, но сдвинуты на 180 градусов, именно из-за групповой задержки фильтра. И этот сдвиг фазы точно на 180 градусов происходит только на частоте по внешнему виду.
Это очень важно, что вы в этом мысленном эксперименте, отметил, что нанесены маркеры, что флаг действительно только мысли! Если вы думаете, может попытаться реально моделировать те, в которых один из волны синуса половины малых импульсов накладываются на входной стороне, и так с находятся на пути, то почему бы не так мало узкий импульс во времени практически только высокое Freqenzanteile и задержки нижнем синус сигнал поэтому не участвует из-за этой высокой частотной составляющей импульса, групповой задержки не просто действует. Для этого, я имею в виду опять к главе книги-фильтров в полупроводниковой схемы технологии У. Титце и К. Шенк.
Цель
Что Вы можете использовать усилитель-аттенюатор? Изначально я разработал эту устройство для тестирования ГРП усилитель схемы, ту же работу, ЭКГ усилитель всегда симметричны. Можно, конечно, использовать это устройство для тестирования аудиосистем, например, для симметричных или асимметричных микрофонный усилитель микрофонного усилителя с трансформаторами (трансформаторов малой) использовали симметрию формирования микрофон напряжения. Микрофон напряжения сбалансированы, а также симметрично измеренных ЭМГ и ЭКГ напряжения, нечувствительные Gleichtaktstörsignale так Störignale действовать одинаково по обеим линиям. Многие звукорежиссер был зол, потому что он получил длинный несбалансированной кабели микрофона нежелательных амплитудно-модулированного коротковолнового передатчика, так как эти длинные кабели микрофон не часто отличные антенн приема в эксплуатацию. И эта проблема возникает редко, если на входе высокочувствительного микрофонного усилителя, пассивный фильтр низких частот - предшествует, что подавляет частоты выше 50 кГц эффективно - Simple Network RC. Но есть и другая проблема сбалансированного кабелей в экранированных кабелей в менее явление: Если вы положили кабель механических ударов происходить в изоляции между сигнальной линии и щит эффекты смещение зарядов. Эти генерировать импульсы, которые вызывают спикер ясно трещин. Этот эффект симметричный экранированный кабель с значительно меньше из-за этого глюк действует как общий режим сигнала по обеим линиям.
Высшее выходными напряжениями: Вы можете использовать усилитель-аттенюатор также генерировать выходное напряжение выше, чем генератор поставок используется. Затем это приложение к уже описанным. Следует лишь отметить, что усилитель-аттенюатор также может делать анализы для асимметричных службы его.
Пример ГРП: Она соединяет Vout и / Включая symmmetrischen входы усилителя ЭМГ и соединяется с обоих соединений miteinenander GND. Аттенюатор представляет собой одно из значений 1000 или 10.000, будет проверен с очень малых сигналов. синусоидального входного напряжения от 0,1 V RMS на Ue, это приводит к входному напряжению дифференциального усилителя EMG 200 микровольт RMS, или микровольт RMS двадцатой При столь низких значений может быть очень приятно смотреть соотношение сигнал / шум на осциллограф, шум продиктовано схемы ГРП сам усилитель, потому что очень низкий импеданс источника от 10 Ом или 1 Ом, в отношении шума не имеет значительную долю .
Конечно, вы можете с этого усилителя-аттенюатора имитации реальных измерений ГРП. Вы можете включить в ряд с выходами и Ua / UA никогда высоким сопротивлением (поверхности кожи электроды для измерения: 50 кОм, иглы или проволока электроды для внутримышечного измерений: 250 К-ом). Это также позволяет очень хорошо частотно-зависимого поведения гвардии-дисков схемы, нейтральных Изер экранирующей холодопроизводительности. Взаимодействие с его подробно выходит за рамки этой электронной мини-курс.
