Detección de corriente con amplificador diferencial

Esquema del circuito de detección de corriente

Hola, tengo que usar este circuito como parte de un proyecto escolar por lo que estoy limitado a este diseño y estos componentes. El regulador de voltaje funciona como se esperaba, sin embargo, el amplificador diferencial no. Aquí amplifica, por un factor de 10, la caída de tensión en la resistencia de derivación R8, que es de ~28 mV. Sin embargo, tengo dos problemas con este circuito.

  1. La salida del LM324N en la simulación es de 303 mV, pero ¿no debería ser de 280 mV ya que la ganancia se establece en 10 por las resistencias de 100k y 10k?
  2. Cuando reproduzco físicamente el circuito, el voltaje de salida del LM324N es de 562 mV con los mismos parámetros que la simulación, pero el voltaje en la derivación es de 27,2 mV.

¿Cómo puedo solucionar ambos problemas? Creo que puede tener algo que ver con CMRR y el voltaje de compensación de entrada que, según la hoja de datos, suele ser de 2 mV. Yo también soy nuevo en todo esto y no entiendo completamente CMRR

¿Qué resistencias de tolerancia estás usando? No sería el 10%, ¿verdad?
@WhatRoughBeast Tolerancia de resistencia es 5%

Respuestas (1)

Sí, su problema con el circuito físico es CMRR: relación de rechazo de modo común. El CMRR del opamp en sí es bastante bueno, pero ha utilizado resistencias de muy baja tolerancia (5 %) y eso le ha dado a su circuito un rechazo de modo común muy pobre.

Para ilustrar lo que está pasando, abra su simulación LTspice y cambie una de las resistencias de 10K a 10,5k (es decir, 5% de error). Verá un cambio de ~500 mV en la salida.

La razón de esto es que la ganancia de sus entradas positivas y negativas es diferente. Lo que quieres medir es G*(V2-V1). En realidad tienes (G2*V2-G1*V1). Cuando las ganancias no coinciden (porque sus resistencias no coinciden), tiene un término que no se cancela con precisión y que es proporcional al voltaje en los terminales de entrada, en lugar de solo la diferencia de voltaje. Esto se llama el modo común.

Es común utilizar resistencias de alta precisión (0,01 % o incluso mejores) cuando se construyen amplificadores diferenciales con alto rechazo de modo común. Con frecuencia, las personas usan circuitos integrados de amplificadores de instrumentación que tienen resistencias recortadas con láser en el chip.

¿Qué puedes hacer para arreglar esto con lo que tienes? La más sencilla es mover la resistencia de derivación de corriente al lado "bajo" de la carga (es decir, entre RL y tierra). Esto reducirá la señal de modo común y, por lo tanto, el impacto del CMRR deficiente.

Debe utilizar las resistencias más precisas que pueda encontrar. 1% son comunes y baratos, pero si no los tiene disponibles, puede tomar un puñado de resistencias de 5% y un ohmímetro y encontrar pares coincidentes. La selección de piezas como esta no es tan buena como las resistencias de precisión reales, ya que las piezas de baja especificación suelen tener peor deriva y coeficiente de temperatura, pero aún ayuda.

Gracias ! Implementé su segunda solución (cambiar la derivación al lado bajo) y ahora tengo una salida de 200 mV. Creo que intentaré obtener esas resistencias de precisión y veré qué sucede. Además, el programa que usé no es LTSpice, es Multisim 13.0, cambié una resistencia a 10.5k y la salida en la simulación subió a 768mV.
Además de un amplificador de instrumentación, también se podría usar un amplificador de detección de corriente. Ambos usan resistencias recortadas para mayor precisión. Un amplificador de entrada es más de propósito general y funciona bien, pero un amplificador de detección de corriente está diseñado para esta aplicación.
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