Використання інструментального підсилювача у схемі складання аналогових сигналів з великим
Для збільшення вхідного опору у схемі складання аналогових сигналів використовуються інструментальні підсилювачі.
Оскільки вартість інструментальних підсилювачів постійно знижується, то для підвищення продуктивності їх можна використовувати в схемах, що традиційно виконуються на операційних підсилювачах. Схема складання аналогового сигналу операційних підсилювачах, показана на рис.1, має кілька недоліків. По-перше, вхідний імпеданс має низьке або середнє значення, що визначається номіналом резистора в ланцюзі кожного сигналу. Ця схема викликає велику помилку усунення, коли імпеданс джерела вхідного сигналу є великим або необхідно створити буфер для джерела сигналу з низьким імпедансом. Крім того, розглянута схема має невеликий коефіцієнт придушення синфазного сигналу загального вигляду, оскільки має асиметричні входи.
Канал із великим коефіцієнтом посилення накладає обмеження на продуктивність усієї системи. Великий коефіцієнт посилення одного з каналів призводить до вузької смуги пропускання, великих нелінійних спотворень та збільшує шум системи у всіх каналах. Щоб зменшити ці ефекти, навіть створення низькопродуктивної схеми складання аналогових сигналів потрібен високопродуктивний операційний підсилювач з широкою смугою пропускання.
Коефіцієнт посилення шумового сигналу для схеми складання аналогового сигналу на операційних підсилювачах становить 1+10,000/(1010,000). Вхідний сигнал у каналі з високим посиленням і входом 10 переважає над посиленням шуму, але для всіх входів характерно підвищена напруга зміщення, помилки коефіцієнтапосилення, підвищений рівень шуму та великі нелінійні спотворення сигналу. Підвищити значення вхідного імпедансу та збільшити коефіцієнт придушення синфазного сигналу загального вигляду можна за допомогою інструментального підсилювача.
Вихідна напруга інструментального підсилювача пропорційна різниці напруг, прикладених до позитивного та негативного входів. p align="justify"> Коефіцієнт посилення сигналу можна задавати, приєднуючи резистор, RGAIN, до висновків RG (рис.2). Вихідна напруга створюється між опорним та вихідним висновком. Такий принцип роботи дозволяє використовувати опорний висновок для поєднання кількох сигналів разом, одержуючи конфігурацію схеми додавання сигналів. Для кожного інструментального підсилювача можна незалежно встановлювати довільний коефіцієнт посилення.
Така система має кілька переваг перед поодиноким операційним підсилювачем. Наприклад, кожен вхід має екстремально високий вхідний імпеданс та незалежне придушення синфазного сигналу загального вигляду, оскільки кожен інструментальний підсилювач у схемі є незалежним. Схему характеризує більший коефіцієнт посилення кожному з каналів, вищий коефіцієнт придушення синфазного сигналу і менша підсумкова помилка. Крім того, легко можна отримати схему складання або віднімання аналогового сигналу, використовуючи інвертуючий або неінвертуючий входи інструментального підсилювача і, при бажанні, використання в диференціальних входів для сигналів, що складаються.
Крім того, нелінійні спотворення, шумовий коефіцієнт підсилення та смуга пропускання для кожного каналу є незалежними, що призводить до малої напруги зміщення, помилки коефіцієнта підсилення, рівня шуму та нелінійних спотворень. Графік на рис.3 для THD+N (загальні гармонічні спотворення плюс шум) показуєдля схеми складання аналогових сигналів на основі інструментального підсилювача в п'ять разів менший рівень нелінійних спотворень, ніж для схеми складання на операційному підсилювачі, навіть незважаючи на те, що інструментальний підсилювач має смугу пропускання 1 МГц і струм 1 мА, в той час як операційний підсилювач має смугу пропускання 8 МГц і споживаний струм 4.5 мА.