ఆప్ ఉపయోగించి ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్

దాదాపు అన్ని రకాల సెన్సార్లు మరియు ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌లు కాంతి, ఉష్ణోగ్రత, బరువు మొదలైన వాస్తవ ప్రపంచ పారామితులను మన ఎలక్ట్రానిక్ వ్యవస్థలు అర్థం చేసుకోవడానికి వోల్టేజ్ విలువలుగా మారుస్తాయి. ఈ వోల్టేజ్ స్థాయిలోని వైవిధ్యం వాస్తవ ప్రపంచ పారామితులను విశ్లేషించడానికి / కొలవడానికి మాకు సహాయపడుతుంది, కానీ బయోమెడికల్ సెన్సార్ల వంటి కొన్ని అనువర్తనాల్లో ఈ వైవిధ్యం చాలా చిన్నది (తక్కువ-స్థాయి సంకేతాలు) మరియు నిమిషం వ్యత్యాసాన్ని కూడా ట్రాక్ చేయడం చాలా ముఖ్యం నమ్మదగిన డేటాను పొందండి. ఈ అనువర్తనాలలో ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ ఉపయోగించబడుతుంది.

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ అకా INO లేదా ఇన్-ఆంప్స్ పేరు సూచించినట్లు వోల్టేజ్ యొక్క వైవిధ్యాన్ని పెంచుతుంది మరియు ఇతర ఆప్-ఆంప్స్ మాదిరిగా అవకలన ఉత్పత్తిని అందిస్తుంది. సాధారణ యాంప్లిఫైయర్ మాదిరిగా కాకుండా, ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్లు మంచి లాభంతో అధిక ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ కలిగి ఉంటాయి, అయితే సాధారణ మోడ్ శబ్దం తిరస్కరణను పూర్తి అవకలన ఇన్పుట్లతో అందిస్తుంది. మీకు ఇప్పుడే లభించకపోతే ఫర్వాలేదు, ఈ వ్యాసంలో మేము ఈ ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ల గురించి నేర్చుకుంటాము మరియు ఈ ఐసిలు ఆప్-ఆంప్స్ కంటే చాలా ఖరీదైనవి కాబట్టి, నిర్మించడానికి LM385 లేదా LM324 వంటి సాధారణ Op-amp ను ఎలా ఉపయోగించాలో కూడా నేర్చుకుంటాము. ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ మరియు మా అనువర్తనాల కోసం దీన్ని ఉపయోగించండి. వోల్టేజ్ యాడెర్ మరియు వోల్టేజ్ సబ్‌ట్రాక్టర్ సర్క్యూట్‌ను నిర్మించడానికి కూడా ఆప్-ఆంప్స్‌ను ఉపయోగించవచ్చు.

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ ఐసి అంటే ఏమిటి?

సాధారణ ఆప్-ఆంప్స్ ఐసి కాకుండా, ఐఎన్ఎ 114 ఐసి వంటి ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ కోసం మనకు కొన్ని ప్రత్యేకమైన యాంప్లిఫైయర్లు ఉన్నాయి. ఇది కొన్ని నిర్దిష్ట అనువర్తనాల కోసం కలిపి కొన్ని సాధారణ ఆప్-ఆంప్స్ కంటే ఎక్కువ కాదు. దీని గురించి మరింత అర్థం చేసుకోవడానికి దాని అంతర్గత సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం కోసం INA114 యొక్క డేటాషీట్‌ను పరిశీలిద్దాం.

V _IN - మరియు V _IN + అనే రెండు సిగ్నల్ వోల్టేజ్‌లలో IC తీసుకుంటుందని మీరు చూడగలిగినట్లుగా, వాటిని సులభంగా అర్థం చేసుకోవడానికి V1 మరియు V2 గా పరిగణించండి. అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ (V _O) ను సూత్రాలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు

V _O = G (V2 - V1)

ఇక్కడ, G అనేది op-amp యొక్క లాభం మరియు బాహ్య నిరోధకం R _{G ని} ఉపయోగించి అమర్చవచ్చు మరియు క్రింది సూత్రాలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు

G = 1+ (50k Ω / RG)

గమనిక: 50k ఓం విలువ INA114 IC కి మాత్రమే వర్తిస్తుంది ఎందుకంటే ఇది 25k (25 + 25 = 50) యొక్క రెసిస్టర్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. మీరు వరుసగా ఇతర సర్క్యూట్ల విలువను లెక్కించవచ్చు.

కాబట్టి ప్రాథమికంగా ఇప్పుడు మీరు చూస్తే, ఇన్-ఆంప్ కేవలం రెండు వోల్టేజ్ మూలాల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని బాహ్య నిరోధకం ద్వారా సెట్ చేయగల లాభంతో అందిస్తుంది. ఈ శబ్దం తెలిసిందా? కాకపోతే డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ డిజైన్‌ను పరిశీలించి తిరిగి రండి.

అవును!, ఇది ఖచ్చితంగా డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ చేస్తుంది మరియు మీరు నిశితంగా పరిశీలిస్తే పై చిత్రంలోని ఆప్-ఆంప్ A3 డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ తప్ప మరొకటి కాదని మీరు కనుగొనవచ్చు. కాబట్టి లేమాన్ పరంగా, ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్-ఆంప్ అనేది మరొక రకమైన అవకలన యాంప్లిఫైయర్, అయితే అధిక ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ మరియు ఈజీ గెయిన్ కంట్రోల్ వంటి ఎక్కువ ప్రయోజనాలతో. ఈ ప్రయోజనాలు డిజైన్‌లోని ఇతర రెండు ఆప్-ఆంప్ (A2 మరియు A1) కారణంగా, మేము దాని గురించి తదుపరి శీర్షికలో నేర్చుకుంటాము.

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ అర్థం చేసుకోవడం

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్‌ను పూర్తిగా అర్థం చేసుకోవడానికి, క్రింద చూపిన విధంగా పై చిత్రాన్ని అర్ధవంతమైన బ్లాక్‌లుగా విడదీయండి.

మీరు చూడగలిగినట్లుగా ఇన్-ఆంప్ కేవలం రెండు బఫర్ ఆప్-ఆంప్ సర్క్యూట్ మరియు ఒక డిఫరెన్షియల్ ఆప్-ఆంప్ సర్క్యూట్ కలయిక. ఈ రెండు ఆప్-ఆంప్ డిజైన్ గురించి మేము ఒక్కొక్కటిగా నేర్చుకున్నాము, ఇప్పుడు అవి ఎలా మిళితం అయ్యాయో చూద్దాం.

డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ మరియు ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ మధ్య వ్యత్యాసం

మా మునుపటి వ్యాసంలో అవకలన యాంప్లిఫైయర్ను ఎలా రూపొందించాలో మరియు నేర్చుకోవాలో మేము ఇప్పటికే నేర్చుకున్నాము. అవకలన యాంప్లిఫైయర్ యొక్క కొన్ని ప్రతికూలత ఏమిటంటే, ఇన్పుట్ రెసిస్టర్ల కారణంగా ఇది చాలా తక్కువ ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ కలిగి ఉంది మరియు అధిక సాధారణ మోడ్ లాభం కారణంగా చాలా తక్కువ CMRR ను కలిగి ఉంది. బఫర్ సర్క్యూట్ కారణంగా ఇన్‌స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్‌లో ఇవి అధిగమించబడతాయి.

అవకలన యాంప్లిఫైయర్‌లో కూడా యాంప్లిఫైయర్ యొక్క లాభ విలువను మార్చడానికి మనం చాలా రెసిస్టర్‌లను మార్చాలి కాని అవకలన యాంప్లిఫైయర్‌లో ఒక రెసిస్టర్ విలువను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా లాభాలను నియంత్రించవచ్చు.

Op-amp (LM358) ఉపయోగించి ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్

ఇప్పుడు ఆప్-ఆంప్ ఉపయోగించి ప్రాక్టికల్ ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ను నిర్మించి, అది ఎలా పనిచేస్తుందో తనిఖీ చేద్దాం. Op-amp ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ నేను ఉపయోగిస్తున్నాను ఆ క్రింద ఇవ్వబడింది.

సర్క్యూట్కు మూడు ఆప్-ఆంప్స్ అవసరం; నేను రెండు LM358 IC లను ఉపయోగించాను. LM358 అనేది డ్యూయల్ ప్యాకేజీ op-amp, ఇది ఒక ప్యాకేజీలో రెండు ఆప్-ఆంప్స్ కలిగి ఉంది కాబట్టి మన సర్క్యూట్ కోసం వాటిలో రెండు అవసరం. అదేవిధంగా మీరు మూడు సింగిల్-ప్యాకేజీ LM741 op-amp లేదా ఒక క్వాడ్ ప్యాకేజీ LM324 op-amp ను కూడా ఉపయోగించవచ్చు.

పై సర్క్యూట్లో, op-amp U1: A మరియు U1: B వోల్టేజ్ బఫర్‌గా పనిచేస్తుంది, ఇది అధిక ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ సాధించడంలో సహాయపడుతుంది. Op-amp U2: A అవకలన op-amp గా పనిచేస్తుంది. అవకలన op-amp యొక్క అన్ని రెసిస్టర్లు 10k కనుక ఇది ఐక్యత లాభం అవకలన యాంప్లిఫైయర్‌గా పనిచేస్తుంది అంటే అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ U2: A యొక్క పిన్ 3 మరియు పిన్ 2 మధ్య వోల్టేజ్ యొక్క వ్యత్యాసం అవుతుంది.

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ క్రింది సూత్రాలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు.

Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))

ఎక్కడ, R = రెసిస్టర్ సర్క్యూట్‌కు విలువ ఇస్తుంది. ఇక్కడ R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 ఇది 10k

Rg = రెసిస్టర్ పొందండి. ఇక్కడ Rg = R1 ఇది 22 కే.

కాబట్టి R మరియు Rg యొక్క విలువ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క లాభాలను నిర్ణయిస్తుంది. లాభం యొక్క విలువను లెక్కించవచ్చు

లాభం = (1+ (2R / Rg))

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అనుకరణ

అనుకరణ చేసినప్పుడు పై సర్క్యూట్ క్రింది ఫలితాలను ఇస్తుంది.

మీరు చూడగలిగినట్లుగా ఇన్పుట్ వోల్టేజీలు V1 2.8V మరియు V2 3.3V. R యొక్క విలువ 10k మరియు Rg విలువ 22k. ఈ అన్ని విలువలను పై సూత్రాలలో ఉంచడం

Vout = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3.3-2.8) (1+ (2x10 / 22)) = (0.5) * (1.9) = 0.95V

అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ యొక్క విలువ 0.95V గా ఉంటుంది, ఇది పై అనుకరణతో సరిపోతుంది. కాబట్టి పై సర్క్యూట్ యొక్క లాభం 1.9 మరియు వోల్టేజ్ వ్యత్యాసం 0.5 వి. కాబట్టి ఈ సర్క్యూట్ ప్రాథమికంగా ఇన్పుట్ వోల్టేజీల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని కొలుస్తుంది మరియు దానిని లాభంతో గుణించి అవుట్పుట్ వోల్టేజ్గా ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ V1 మరియు V2 రెసిస్టర్ Rg అంతటా కనిపిస్తాయని మీరు గమనించవచ్చు, ఇది Op-amp U1: A మరియు U1: B యొక్క ప్రతికూల అభిప్రాయం కారణంగా ఉంది. Rg అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ V1 మరియు V2 ల మధ్య వోల్టేజ్ వ్యత్యాసానికి సమానమని ఇది నిర్ధారిస్తుంది, ఇది రెసిస్టర్లు R5 మరియు R6 ల ద్వారా సమానమైన ప్రవాహాన్ని ప్రవహిస్తుంది, పిన్ 3 పై వోల్టేజ్ మరియు ఆప్-ఆంప్ U2: A పై పిన్ 2 సమానంగా ఉంటుంది. మీరు రెసిస్టర్‌ల ముందు వోల్టేజ్‌ను కొలిస్తే, మీరు ఆప్-ఆంప్ U1: A మరియు U1: B నుండి వాస్తవ అవుట్పుట్ వోల్టేజ్‌ను చూడవచ్చు, దీని వ్యత్యాసం అనుకరణలో పైన చూపిన విధంగా అవుట్పుట్ వోల్టేజ్‌కు సమానంగా ఉంటుంది.

హార్డ్‌వేర్‌పై ఇన్‌స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్‌ను పరీక్షిస్తోంది

తగినంత సిద్ధాంతం వాస్తవానికి ఒకే సర్క్యూట్‌ను బ్రెడ్‌బోర్డ్‌లో నిర్మించడానికి మరియు వోల్టేజ్ స్థాయిలను కొలవడానికి అనుమతిస్తుంది. నా కనెక్షన్ సెటప్ క్రింద చూపబడింది.

మేము ఇంతకుముందు నిర్మించిన బ్రెడ్‌బోర్డ్ విద్యుత్ సరఫరాను ఉపయోగించాను. ఈ బోర్డు 5 వి మరియు 3.3 వి రెండింటినీ బట్వాడా చేయగలదు. సిగ్నల్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ V2 గా నా ఆప్-ఆంప్స్ మరియు 3.3 వి రెండింటినీ శక్తివంతం చేయడానికి నేను 5 వి రైలును ఉపయోగిస్తున్నాను. ఇతర ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ V2 నా RPS ఉపయోగించి 2.8V కు సెట్ చేయబడింది. నేను R కోసం 10k రెసిస్టర్‌ను మరియు R1 కోసం 22k రెసిస్టర్‌ను కూడా ఉపయోగించాను కాబట్టి సర్క్యూట్ యొక్క లాభం 1.9 అవుతుంది. వ్యత్యాస వోల్టేజ్ 0.5 వి మరియు లాభం 1.9 ఉత్పత్తి, దీనిలో 0.95 వి అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ గా ఇస్తుంది, ఇది మల్టీమీటర్ ఉపయోగించి చిత్రంలో కొలుస్తారు మరియు ప్రదర్శించబడుతుంది. ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ యొక్క పూర్తి పని వీడియో లో ప్రదర్శన క్రింద లింక్.

అదేవిధంగా మీరు పైన చర్చించిన సూత్రాలను ఉపయోగించి అవసరమైన లాభాలను సెట్ చేయడానికి R1 విలువను మార్చవచ్చు. సింగిల్ రెసిస్టర్‌ను ఉపయోగించి ఈ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క లాభం చాలా తేలికగా నియంత్రించబడుతుంది కాబట్టి ఇది తరచుగా ఆడియో సర్క్యూట్‌ల కోసం వాల్యూమ్ నియంత్రణలో ఉపయోగించబడుతుంది.

మీరు సర్క్యూట్ అర్థం చేసుకున్నారని మరియు ఉపయోగకరమైనదాన్ని నేర్చుకోవడం ఆనందించారని ఆశిస్తున్నాము. మీకు ఏవైనా ప్రశ్నలు ఉంటే వాటిని క్రింది వ్యాఖ్య విభాగంలో ఉంచండి లేదా వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన కోసం ఫోరమ్‌ను ఉపయోగించండి.