Enstrümantasyon amplifikatörümün kazancı neden doğrusal değil?

Bir gaz akışındaki oksijen içeriğini ölçmek için bir mikro yakıt hücresi oksijen sensörü kullanan bir devrede pre-amp olarak bir AD8226 enstrümantasyon amplifikatörü kullanıyorum. Ön amplifikatör, 5 V besleme ile tek uçlu besleme modunda yapılandırılır. Kazanç direnci ~ 80'lik bir kazanç sağlayacak şekilde seçilmiştir.

Amplifikatörün çıkışı daha sonra aktif bir düşük geçiş filtresinden ve bir mikrodenetleyicinin ADC'sine geçirilir, ancak bunun sorunla ilgili olduğuna inanmıyorum. Burada tartışılan her şey preamp çıkışı (şemadaki O2_PRE düğümü) yüzerek ve sadece bir multimetreye bağlı olarak yapıldı.

Bu devreyi sensörle test ederken, kazancın düştüğü belirli bir noktaya kadar kazancın güzel ve doğrusal olduğunu buldum (bu nokta yaklaşık 20mV giriş / 1.6V çıkıştaydı).

Sensörle ilgili herhangi bir sorunu ortadan kaldırmak için, sensörü sabit bir direnç ve çok turlu doğrusal bir tencereden oluşan bir voltaj bölücü ile değiştirdim:

Direnç ağı ile aynı problemi gözlemledim (inamp çıkışının bir çizimi için aşağıya bakınız).

Çevredeki devre ile ilgili sorunları daha da ortadan kaldırmak için bechtop kaynağımı VCC olarak kullanarak doğrudan AD8226'ya bağladım. Burada görülen devreyi vermek:

Bu, bu grafikte görülenle aynı davranışı gösterdi:

('anakart', voltaj devresi orijinal devreyi çalıştırmak için kullanıldığında çıkış anlamına gelir, 630R kazanç direnci kullandığım için 'breadboard' kazancı biraz daha düşüktür)

AD8226 veri sayfası, tek uçlu modda 0,1 V ila + VS − 0,1 V çıkış voltajı salınımını belirtir. Çıkışı yüksek kaliteli bir multimetrede (yani yüksek empedans) ölçüyorum, ancak 20 K'lık bir yük direnci eklediğimde aynı sonuçları gözlemledim, sonuçları birden çok AD8226 cihazla tekrarladım.

Birisi çıkış limitleri içinde iyi kaldığımı göz önüne alarak kazancın neden ~ 20 mV'luk diferansiyel girdinin üzerine düşeceğini açıklayabilir mi?

Büyük olasılıkla ortak mod voltaj ihlali. Veri sayfasının Şekil 15'e bakınız. Ne yazık ki size tek bir güç kaynağı için sınırlar vermez, ancak ortak mod ve çıkış voltajı sınırlarının el ele gittiğini gösterir.

Sorununuzu çözebilecek eylemler:

• Çift güç kaynağı kullanın.
• Girişleri yerden kaldırın.
• Daha düşük bir kazanç ayarı kullanın.

DÜZENLE:

Dave Tweed tarafından işaret edildiği gibi, veri sayfasında tekli besleme için ortak mod ve çıkış voltaj aralıkları hakkında bilgi vardır. Veri sayfasının 10. sayfasındaki Şekil 13'e bakın (davanız mavi üçgen alandır). Ortak mod girişiniz pratik olarak topraklanmıştır, bu nedenle çıkışınız yaklaşık 0,7 V'u aşar aşmaz, sınır aşılır ve cihazınız belirtildiği gibi davranmaz. Vref'i 2,5 V olarak değiştirseniz bile bu gerçekleşir: toprağın ortak mod giriş voltajının geçersiz olması için çıkış limiti 3,2 V olacaktır.