低功耗電池供電電磁流量計(jì)研究與設(shè)計(jì) 二十九
電磁流量計(jì)的輸入級(jí)是由兩個(gè)性能完全一樣的運(yùn)算放大器對(duì)稱分布，組成串聯(lián)差分前置放大器，這個(gè)結(jié)構(gòu)可提供固定的差分增益和單位共模增益，具有很高的輸入電阻，并且由于運(yùn)算放大器的共模增益、失調(diào)及漂移產(chǎn)生的誤差基本抵消了。輸出級(jí)是常規(guī)的差分放大器，將前級(jí)的雙端輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閱味溯敵觯种沽斯材Ｐ盘?hào)。MAX4194 的增益G 可通過調(diào)解Rg 的阻值設(shè)定。
理想情況下，儀用放大器只對(duì)IN+和IN-兩個(gè)輸入端的差分電壓有響應(yīng)，當(dāng)兩個(gè)輸
入端電壓相同時(shí)，輸出為REF V 。IN+和IN-的輸入電壓在可調(diào)電阻上產(chǎn)生相同的電壓和對(duì)
應(yīng)電流G I ，在儀用放大器的具體應(yīng)用中，必須綜合考察共模輸入電壓、電源電壓、增益、REF引腳電壓和傳感器阻抗等因素。放大器REF 引腳的功能是對(duì)輸出電壓進(jìn)行微調(diào)。而對(duì)于加在REF 引腳上的微調(diào)電壓，會(huì)帶來附加阻抗將使共模抑制比降低，所以必須確保有一個(gè)較低的電壓源阻抗。電阻的匹配必須非常精確才能獲得可接受的共模抑制比，任一個(gè)電阻值存在偏差都將使共模抑制比降低。
外接增益設(shè)置電阻是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它的精度及溫度穩(wěn)定性直接影響放大倍數(shù)，這將直接影響放大電路的總體性能，所以必須具有較好的溫度系數(shù)和溫度一致性。特別是增益較大時(shí)（G≥100），連線及插口的電阻也會(huì)對(duì)增益帶來附加誤差。也就是說，式中的G R 值應(yīng)為外接電阻與其它電路結(jié)構(gòu)電阻的總和。由于被測(cè)信號(hào)中存在較強(qiáng)噪聲干擾，為減少噪聲對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響以及使得精密儀用放大器處于線性工作區(qū)，放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為10，取G R 為5.5K。
在噪聲干擾方面，MAX4194 的內(nèi)部噪聲很小，當(dāng)G≥100 時(shí)，從0.1Hz 到10Hz 的低頻噪聲大約只有0.6 RMS V 。MAX4194 的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)都經(jīng)過激光校正，因此失調(diào)和溫漂都很小，對(duì)信號(hào)的影響也很小，必要時(shí)可對(duì)電路進(jìn)行外部補(bǔ)償。在有用流量信號(hào)中不可避免會(huì)存在共模干擾電壓，若輸入信號(hào)中的共模干擾過大，則會(huì)使輸入放大器處于飽和狀態(tài)，因此儀用放大器的輸入共模電壓范圍要重點(diǎn)考慮。在臨界飽和時(shí)，MAX4194的輸出電壓為2 0 V V V OUT CM 。MAX4194 的線性輸入范圍大約從負(fù)電源以上0.2V到正電源以下l.1V。
設(shè)計(jì)中儀用放大器性能的又一重要體現(xiàn)是能有效地抑制共模干擾電壓，即傳感器內(nèi)測(cè)量電極對(duì)參考地之間的同相干擾電壓。由于流量信號(hào)是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，屬于微弱信號(hào)，所以要求放大器的共模抑制比就會(huì)更高。流量信號(hào)經(jīng)過儀用放大器差動(dòng)放大，理論上可以完全消除掉共模電壓信號(hào)輸出，但是由于電路參數(shù)的非對(duì)稱性造成了輸出信號(hào)還是具有一定的共模干擾。因此，在儀用放大器的設(shè)計(jì)中，除了選擇對(duì)稱性非常好的集成儀用放大器，還需要注意電路中的電阻、電容的對(duì)稱精度和溫度系數(shù)。一般電阻使用精密電阻，其溫度系數(shù)均在20³10-6/℃以內(nèi)。
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