Dlaczego wzmocnienie mojego wzmacniacza instrumentacyjnego jest nieliniowe?

Używam wzmacniacza instrumentacyjnego AD8226 jako przedwzmacniacza w obwodzie, który wykorzystuje czujnik tlenu z ogniwa paliwowego do pomiaru zawartości tlenu w strumieniu gazu. Przedwzmacniacz jest skonfigurowany do pracy w trybie single-ended z zasilaniem 5 V. Rezystor wzmocnienia został wybrany w celu uzyskania wzmocnienia ~ 80.

Sygnał wyjściowy wzmacniacza jest następnie przekazywany przez aktywny filtr dolnoprzepustowy i do przetwornika ADC mikrokontrolera, ale nie sądzę, aby miało to związek z problemem. Wszystko tutaj omówione zostało zrobione z wyjściem przedwzmacniacza (węzeł O2_PRE na schemacie) pływającym i podłączonym tylko do multimetru.

Podczas testowania tego obwodu z czujnikiem stwierdziłem, że wzmocnienie było ładne i liniowe - aż do pewnego momentu, w którym wzmocnienie spadło (ten punkt wynosił około 20 mV na wejściu / 1,6 V na wyjściu).

Aby wyeliminować wszelkie problemy z czujnikiem, wymieniłem czujnik na dzielnik napięcia składający się ze stałego rezystora i wielozwojowego pojemnika liniowego:

Z siecią rezystorów zaobserwowałem ten sam problem (patrz niżej wykres wyjścia inamp).

Aby dodatkowo wyeliminować wszelkie problemy z otaczającymi obwodami, podłączyłem bezpośrednio do AD8226, używając mojego zasilacza jako VCC. Oddanie obwodu widocznego tutaj:

To pokazało takie samo zachowanie jak na tym wykresie:

(„płyta główna” odnosi się do wyjścia, gdy dzielnik napięcia jest używany do napędzania pierwotnego obwodu, wzmocnienie „płyty chlebowej” jest nieco niższe, ponieważ użyłem rezystora wzmocnienia 630R)

Karta danych AD8226 określa wahania napięcia wyjściowego od 0,1 V do + VS − 0,1 V w trybie single-ended. Mierzę moc wyjściową do wysokiej jakości multimetru (tj. Wysokiej impedancji), chociaż zaobserwowałem te same wyniki, gdy dodałem rezystor obciążenia 20 K. Powtórzyłem wyniki z wieloma urządzeniami AD8226.

Czy ktoś może wyjaśnić, dlaczego zysk spadałby powyżej różnicowej wartości wejściowej ~ 20 mV, biorąc pod uwagę, że wydaje mi się, że dobrze mieszczę się w granicach wyjściowych?

Najprawdopodobniej naruszenie napięcia w trybie wspólnym. Zobacz rysunek 15 karty danych. Niestety nie określa limitów dla pojedynczego zasilacza, ale pokazuje, że limity napięcia wspólnego i napięcia wyjściowego idą w parze.

Działania, które mogą rozwiązać Twój problem:

• Użyj podwójnego zasilacza.
• Podnieś wejścia nad ziemię.
• Użyj niższego ustawienia wzmocnienia.

EDYTOWAĆ:

Jak zauważył Dave Tweed, arkusz danych zawiera informacje na temat wspólnego trybu i zakresów napięcia wyjściowego dla pojedynczego zasilania. Zobacz Rysunek 13 na stronie 10 arkusza danych (twoja obudowa to niebieski trójkątny obszar). Twoje wejście w trybie wspólnym jest praktycznie uziemione, więc gdy tylko moc wyjściowa przekroczy około 0,7 V, limit zostanie przekroczony, a twoje urządzenie nie będzie zachowywać się tak, jak określono. Stanie się tak, nawet jeśli zmienisz Vref na 2,5 V: limit wyjściowy wyniesie 3,2 V, aby napięcie wejściowe masy w trybie wspólnym stało się nieważne.