LM324 Diferencia / Instrumentación Amp 1mV Señales

Necesito amplificar la señal de 1 mV de un puente de Wheatstone (no hay DS disponible). peso máximo de 5 kg; la salida es 1mV/Kg @ 5V. Las resistencias son 880+880 y 749+749.

Actualmente solo tengo LM324 y LM358. Y puede adquirir rápidamente OP177 (otros tardarán una semana, que no tengo)

He probado un amplificador de diferencia estándar (ganancia 470, 100 y luego 1). Probé el amplificador de diferencia de amplificador operacional 02 y, finalmente, un amplificador de instrumentación, todo construido a partir de un solo chip LM324. Las configuraciones del amplificador operacional son de TI SLOA034 http://www.ti.com/lit/an/sloa034/sloa034.pdf . He usado resistencias de 10k 1% (para ganancia unitaria) y 470K, 1K cuando sea necesario.

La simulación en Proteus (abajo) (y los comentarios sobre LM324 en stackexchange) me llevan a la conclusión de que es el amplificador operacional el que no puede funcionar.

Mis preguntas son:

  1. ¿He entendido el problema correctamente (culpa del amplificador operacional)?

  2. ¿Qué parámetro limita el rendimiento de LM324 en tales aplicaciones?

  3. ¿Cuál es la teoría detrás del problema?

  4. ¿Cuál es la solución final?

  5. ¿Puedo usar OP177 para solucionar el problema?

Gracias.

EDITAR:

El problema se muestra a continuación en la imagen (en el circuito real se comporta casi de manera similar: los voltios o/p están en el rango de 0,3 a 0,5 V, la diferencia i/p es de 1 a 2 mV). En palabras es como sigue:

  1. La entrada S- es de 2.500V. El o/p del amplificador es razonablemente correcto +17mV.
  2. La entrada S+ está a 2.515V. El o/p del amplificador es razonablemente correcto -13mV.
  3. La entrada en el pin no inversor del amplificador final es 1.266V. [Correcto]
  4. La entrada en el pin inv del amplificador final es 1.488V. [Incorrecto, ya que tanto inv como non-inv deben tener el mismo potencial, la regla de oro del amplificador operacional. Lo que significa que el o/p no es correcto]
  5. La salida del amplificador final es de 0,4896 V. Incorrecto, según la ecuación de un amplificador de instrumentación, debería ser 03 veces la diferencia i/p, es decir, 3 x 15 mV = 45 mV.

Espero que todo esté claro ahora.

ingrese la descripción de la imagen aquí

no se puede realizar??? Doctor, doctor me siento mal pero no le digo ningún otro síntoma.
CUALQUIER opamp no funcionará en su circuito si el circuito que lo rodea no le permite funcionar en condiciones prácticas. Por ejemplo, una salida de un amplificador operacional debe estar en -1 V para que el circuito funcione, pero lo alimenta solo con +9 V y tierra. De esa manera, ningún opamp puede generar -1 V, por lo que su circuito no funciona. Le sugiero que primero intente averiguar cómo debería funcionar su circuito (mi sensación es que no entiende el circuito pero culpa a los opamps inocentes).
El LM324 es un amplificador operacional basura, de todos modos.
Mire los voltajes de compensación de entrada de los amplificadores operacionales. LM324 es >> nivel de señal. Puede agregar controles de anulación, pero realmente no es lo suficientemente bueno. | Se necesitan suministros de doble voltaje si Vout de cualquier OA oscila bajo tierra. | La hoja de datos OP177 aquí tiene un voltaje de compensación de entrada muy, muy bajo | OP!77 no es exactamente un amplificador de riel a riel en la entrada o la salida: la fuente de alimentación dual es esencial.
Cualquier niño grosero aquí cuya madre los vista de forma divertida debería volver a leer la política de "ser amable" de Stack Exchange. Si esto no se aplica a usted, por favor ignore.
+1 Buen comienzo. Intentando duro y sin duda aprenderá. LM324 es útil en muchas aplicaciones, pero esta es exigente. OP177 es muy bueno, pero, como dice Peter, los amplificadores de instrumentación especialmente diseñados hacen su vida mucho más fácil en aplicaciones exigentes.
@Russell McMahon. He estado leyendo y parece que el consenso general es que un amplificador de instrumentación no se puede construir de manera efectiva con amplificadores operacionales discretos. ¿Pueden recomendar un amplificador de instrumentación barato (sí, eso es una restricción muy estricta)?
De hecho, se puede construir uno, pero es más fácil y, a menudo, mejor comprarlo completo. | Para ver un ejemplo de un IA que usa partes emparejadas mínimas, vea los dos amplificadores Burr Brown INA122 (realmente ahora TI). Este es un OK IA por derecho propio: la versión clásica de 2 OA que tiene limitaciones en comparación con 3 OA, PERO necesita dos pares de resistencias combinadas y puede recortarlas si es necesario. No puedo hacer más ahora (menos de 3 horas antes de que deba despertarme y viajar, así que necesito dormir :-)) Más pronto si no obtienes lo suficiente de los demás. | ¿Qué tan bajo es el presupuesto para los componentes? | ¿Qué volumen? ¿Qué especificación general necesita?
El presupuesto para este componente es de 50 centavos. El volumen debe ser de 5k anuales. El circuito debería poder medir 5g con precisión (0,005 mV sin ganancia)

Respuestas (1)

Esta es una implementación discreta de un amplificador de instrumentación clásico de 3 amplificadores , donde las especificaciones clave son la relación de rechazo de modo común , el voltaje de compensación de entrada , la corriente de compensación de entrada y la coincidencia de resistencia efectiva. Otras especificaciones pueden ser importantes en una aplicación en particular, pero estos son los problemas dominantes para las aplicaciones de amplificadores de instrumentación estándar.

Se requiere que la relación de rechazo de modo común sea alta, particularmente en la compensación de CC del puente (generalmente Vcc/2, y esa es una de las razones por las que muchos parámetros del amplificador se miden principalmente en este voltaje de entrada) para que las pequeñas desviaciones entre las dos entradas sean correctamente amplificado. La corriente de compensación de entrada se traduce en un voltaje de compensación de entrada efectivo debido al desequilibrio de la impedancia de la fuente.

El voltaje de compensación de entrada debe ser muy bajo, ya que la ganancia del amplificador lo amplifica en un voltaje de compensación de salida. Con una ganancia de 470, el Vos típico LM324 producirá una compensación de salida de casi 1V (y en el peor de los casos, más de 4V).

La relación de rechazo del modo común del amplificador está dominada por la coincidencia de la resistencia y, por lo tanto, debe controlarse de cerca.

En este caso, el amplificador simplemente no es adecuado para esta aplicación. Debe utilizar un amplificador de instrumentación adecuado (o una configuración de 3 amplificadores con las especificaciones adecuadas).

La serie INA de TI (originalmente Burr-Brown) son excelentes opciones para este tipo de aplicación, al igual que las ofertas de Analog Devices, Linear Technology, Maxim y otras piezas de TI (la mayoría de la gama de National Semiconductor que adquirieron).

No he leído las especificaciones del otro amplificador que especificaste (OP177), pero espero que esta información te ayude a evaluar la idoneidad del dispositivo en esta aplicación.

HTH

+1 Buena respuesta. Vale la pena mencionar el aspecto del suministro único. | OP177 es razonablemente maravilloso en muchas áreas. Compensación de entrada de 25 uV máx., tipo de 10 uV a 25C. hoja de datos aquí No riel a riel dentro o fuera.
@Peter Smith y Russell. Gracias. Entonces, con un OP177, ¿puedo amplificar una señal de 1 mV a 1 V usando un amplificador de diferencia? La ganancia parece irrazonablemente grande, comente qué debo tener en cuenta. Segunda opción: estoy pensando en conectar en cascada 02 amplificadores operacionales (OP177 una diferencia de ganancia de amplificador 10, LM324 estándar no inversor. Ganancia de amplificador 100 (para ahorrar costos).
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