Mõõtevõimendi

Mõõtevõimendi (inglise keeles instrumentation amplifier) on täpselt määratava ülekandeteguriga (pingevõimendusteguriga) ja parendatud parameetritega operatsioonvõimendi. Niisugusteks parameetriteks on

• suur pingevõimendustegur, mis on reguleeritav laias vahemikus üheainsa takisti abil;
• väga suur sisendtakistus ja seega ülinõrk sisendvool;
• väike sisendnihkepinge;
• nihkepinge nullilähedane temperatuuritriiv;
• tõhus ühissignaali nõrgendus (suur CMRR);
• madal omamüra tase.

Selliste omadustega võimendeid kasutatakse mõõtetehnikas (näiteks mõõtevahendite taatlemisel), mitmesuguste andurite signaali töötlemisel ja mujal, kui on nõutav suur võimenduse seadmise täpsus ja selle ajaline stabiilsus.

Tüüpilise mõõtevõimendi skeem

Mõõtevõimendi skeem

Joonisel on kujutatud klassikalise mõõtevõimendi kaheastmeline skeem, mis koosneb sisendastmest ja väljundastmest.

Sisendaste on sisendtakistuse suurendamiseks koostatud kahest mitteinverteerivast võimendist, mis moodustavad diferentsvõimendi ja on omavahel sidestatud takisti R_gain kaudu. Väljundaste on inverteeriv diferentsvõimendi, millel on suur CMRR ja väike väljundtakistus. Takistuse R_gain muutmisega reguleeritakse mõõtevõimendi pingevõimendust. Selle takistuse väärtus on koodjuhitav, et kasutaja saaks fikseerida rakenduse jaoks vajaliku võimendusteguri väärtuse.

Pingevõimendustegur

Mõõtevõimendi väljundpinge U_out on avaldatav seosega

${\displaystyle U_{\text{out}}=K_{\text{U}}(U_{{\text{in}}1}-U_{{\text{in}}2}),}$

kus U_in1 ja U_in2 on sisenditele rakendatud pinged (skeemil vastavalt V₁ ja V₂) ja K_U on pingevõimendustegur.

Väljundastme pingevõimendus on määratud takistite R₃ ja R₂ suhtega ja kogu võimendi pingevõimendustegur on arvutatav valemiga:

${\displaystyle K_{\text{U}}=\left(1+{2R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right){R_{3} \over R_{2}}.}$

Mõõtevõimendite omadusi

Praktiliselt realiseeritavad võimendusteguri väärtused ulatuvad tuhandetesse seadetäpsusega u 0,1%. Töösagedusala võib ulatuda kuni 1 gigahertsini, kuid seda vaid võimenduse arvel, sest operatsioonvõimendil põhinevatel võimenditel sõltub töösagedusala laius võimendusest.

Ühissignaali nõrgendustegur (CMRR) võib madalatel sagedustel ulatuda väärtuseni 1 000 000 (120 dB), kuid tavaliselt jääb see 100 000 (100 dB) kanti ja kõrgetel sagedustel väheneb oluliselt, nii et megahertside alas loetakse tihti küllalt heaks ka tulemust 100 (40 dB).

Mõõtevõimendi nullinihe ja müratase on määratud kasutatavate diferentsvõimendite omadustega.

Ajaloost

Algselt realiseeriti mõõtevõimendeid diskreetkomponentidel (elektronlampidel ja transistoridel). Alates 1970. aastatest põhinevad mõõtevõimendid peamiselt operatsioonvõimenditel.

Lihtsamas variandis saab mõõtevõimendit realiseerida ühe või kahe operatsioonvõimendiga, kuid tavaliselt on nad teostatud kolme diferentsvõimendi baasil ja valmistatakse integraallülitusena.

Vaata ka

• Diferentsvõimendi