Как INA333 усиливает небольшие сигналы датчиков

Интегральная схема усилителя инструментальной схемы INA333 предназначена для точного измерения очень небольших дифференциальных сигналов. В этой статье объясняются основные характеристики INA333, функции выводов, эквивалентные детали, принцип работы, правильное использование, практические применения и сравнение с другими усилителями инструментальной схемы.

Каталог

INA333 Усилитель инструментальной схемы ИС

INA333 это маломощный прецизионный усилитель инструментальной схемы ИС, используемый для усиления очень небольших дифференциальных сигналов от датчиков. Он подходит для приложений, требующих точного измерения сигналов, таких как тензодатчики, медицинские устройства, портативные инструменты и системы сбора данных. Он поддерживает регулировку усиления с помощью одного внешнего резистора и хорошо работает в низковольтных цепях на батарейном питании. INA333 доступен в компактных корпусах VSSOP на 8 выводов и WSON.

Эквиваленты для INA333 ИС

• INA317

• AD8237

• AD623

• AD8226

• INA188

Основные характеристики и технические спецификации INA333

Параметр	INA333 Спецификация
Тип устройства	Прецизионный усилитель инструментальной схемы
Диапазон питающего напряжения	1.8 В до 5.5 В
Максимальное питающее напряжение	7 В
Диапазон усиления	1 до 1000
Формула усиления	G = 1 + (100 кΩ / RG)
Смещение входного напряжения	25 μV (Макс), G ≥ 100
Дрейф смещения напряжения	0.1 μV/°C, G ≥ 100
Плотность входного шума	50 nV/√Гц, G ≥ 100
Коэффициент подавления общего режима (CMRR)	100 дБ (Мин), G ≥ 10
Ток смещения на входе	200 pA (Макс)
Ток покоя	50 μA (Типично)
Диапазон входного напряжения	(V−) + 0.1 В до (V+) − 0.1 В
Диапазон выходного напряжения	(V−) + 0.05 В до (V+) − 0.05 В
Фильтрация RFI	Интегрированные RFI фильтрованные входы
Диапазон рабочих температур	−40°C до +125°C
Диапазон температур хранения	−65°C до +150°C
Температура перехода	+150°C (Макс)
Рейтинг ESD для модели человека (HBM)	±4000 В
Рейтинг ESD для модели заряженного устройства (CDM)	±1000 В
Рейтинг ESD для модели машины (MM)	±200 В
Варианты упаковки	8-выводный VSSOP, 8-выводный WSON
Условия теплового сопротивления соединения к окружающей среде (VSSOP)	169.5 °C/W
Условия теплового сопротивления соединения к окружающей среде (WSON)	60 °C/W
Низкое потребление энергии	Да
Высокоточные характеристики	Высокая точность, низкое дрейфование, низкий шум

Конфигурация и функции выводов INA333

Номер вывода	Название вывода	Вход/выход	Функция
1	RG	—	Вывод для настройки усиления. Подключите резистор усиления между выводами 1 и 8, чтобы установить коэффициент усиления усиливающего устройства выше 1.
2	VIN−	Вход	Инвертирующий (отрицательный) дифференциальный входной сигнал.
3	VIN+	Вход	Неинвертирующий (положительный) дифференциальный входной сигнал.
4	V−	Питание	Подключение отрицательного источника питания.
5	REF	Вход	Входное напряжение опоры, устанавливающее уровень выходного напряжения. Обычно подключается к земле в системах с одноимпульсным источником питания.
6	VOUT	Выход	Усиленный выходной сигнал.
7	V+	Питание	Подключение положительного источника питания.
8	RG	—	Вывод для настройки усиления. Подключите резистор усиления между выводами 1 и 8 для настройки желаемого коэффициента усиления.

Как работает ИС INA333

INA333 использует архитектуру инструментального усилителя с тремя операционными усилителями, чтобы точно усиливать небольшие дифференциальные сигналы, отказываясь от нежелательного шума. Как показано на диаграмме, входные сигналы поступают через VIN+ и VIN−, где встроенные RFI-фильтровые входы помогают уменьшить радиочастотные помехи перед усилением.

Первый этап состоит из усилителей A1 и A2, которые усиливают дифференциальное напряжение между двумя входными сигналами. Коэффициент усиления определяется внешним резистором RG, подключенным между выводами 1 и 8. Меньшее значение RG дает более высокий коэффициент усиления согласно уравнению G = 1 + (100 кΩ / RG).

Усиленные сигналы затем отправляются на усилитель A3, который действует как дифференциальный усилитель. Этот этап вычитает два усиленных сигнала, отказываясь от общего режима шума, и создает точное выходное напряжение на VOUT. Вывод REF позволяет сместить уровень выходного напряжения при необходимости, в то время как V+ и V− обеспечивают питание для устройства.

Как использовать ИС INA333

INA333 может использоваться как прецизионный усилитель для маленьких сигналов датчиков. В этой схеме вывод 7 подключен к источнику питания +5 В, в то время как вывод 4 подключен к земле. Конденсатор обхода 0,1 мкФ помещается рядом с выводом питания, чтобы уменьшить шум питания и помочь поддерживать стабильность схемы.

Входной сигнал подключен к VIN+ и VIN−, а коэффициент усиления устанавливается резистором R1 между выводами 1 и 8. С резистором усиления 500 Ω коэффициент усиления составляет около 201 согласно формуле G = 1 + (100 кΩ / RG). Вывод REF подключен к земле, поэтому выход ссылается на 0 В. Усиленный сигнал снимается с вывода 6 и может быть направлен в АЦП, микроконтроллер или измерительную схему.

Реальные применения INA333

Электронные весы

INA333 часто используется в электронных весах для усиления очень малых напряжений сигналов от тензодатчиков. Его низкое смещение напряжения и высокая точность способствуют получению стабильных и точных значений веса, даже при измерении небольших изменений нагрузки.

Медицинское мониторинговое оборудование

Медицинские устройства часто измеряют слабые биологические сигналы, которые нуждаются в точном усилении. INA333 помогает улучшить качество сигнала, усиливая низкоуровневые сигналы, одновременно уменьшая нежелательный электрический шум.

Промышленные, системы сбора данных и измерительных систем

INA333 полезен в промышленном мониторинге, системах сбора данных и оборудовании для экологического мониторинга. Он усиливает малые выходные сигналы датчиков давления, силы, температуры и других измерительных устройств перед обработкой сигналов АЦП, контроллером или системой записи.

Портативные и работающие от батареи тестовые инструменты

Благодаря низкому потреблению энергии INA333 подходит для переносных мультиметров, портативных инструментов и датчиков, работающих от батареи. Он способствует продлению срока службы батареи, продолжая обеспечивать точное усиление для малых сигналов.

INA333 по сравнению с другими инструментальными усилителями

Спецификация	INA333	INA317	AD623	AD8226	INA826	AD620
Производитель	Texas Instruments	Texas Instruments	Analog Devices	Analog Devices	Texas Instruments	Analog Devices
Диапазон напряжения питания	1,8 В до 5,5 В	1.8 В до 5.5 В	3 В до 12 В	2.2 В до 36 В	2.7 В до 36 В	±2.3 В до ±18 В
Статический ток	50 мкА	50 мкА	550 мкА	350 мкА	200 мкА	1.3 мА
Смещение входного напряжения (макс)	25 мкВ	25 мкВ	200 мкВ	35 мкВ	125 мкВ	50 мкВ
Дрейф смещения	0.1 мкВ/°C	0.1 мкВ/°C	2 мкВ/°C	0.3 мкВ/°C	0.4 мкВ/°C	0.6 мкВ/°C
Входной смещающий ток	200 пА	200 пА	25 нА	300 пА	5 нА	1 нА
CMRR (мин)	100 дБ	100 дБ	90 дБ	100 дБ	100 дБ	100 дБ
Плотность шума на входе	50 нВ/√Гц	50 нВ/√Гц	35 нВ/√Гц	22 нВ/√Гц	28 нВ/√Гц	9 нВ/√Гц
Диапазон усиления	1 до 1000	1 до 1000	1 до 1000	1 до 1000	1 до 10,000	1 до 10,000
Метод установки усиления	Один резистор	Один резистор	Один резистор	Один резистор	Один резистор	Один резистор
Выход на уровне питания	Да	Да	Почти на уровне питания	Да	Нет	Нет
Рабочая температура	-40°C до +125°C	-40°C до +125°C	-40°C до +85°C	-40°C до +125°C	-40°C до +125°C	-40°C до +85°C
Варианты упаковки	VSSOP, WSON	VSSOP, WSON	SOIC, MSOP	MSOP	SOIC, VSSOP	DIP, SOIC
Основное преимущество	ультранизкое потребление энергии	Прямой заменитель	Низкая стоимость	Низкий шум	Широкий диапазон питания	Высокая точность

Механические размеры INA333

Производитель

Texas Instruments является ведущим производителем аналоговых ИС. У компании есть большой опыт в производстве прецизионных усилителей, таких как INA333. Компания использует современные полупроводниковые технологии, автоматизированное изготовление подложек и строгие тестовые системы. Это помогает INA333 достигать низкого смещения напряжения, низкого дрейфа, низкого шума и стабильной работы. Texas Instruments также применяет контроль качества и испытания на надежность, чтобы обеспечить работу в широком диапазоне температур. Глобальная сеть производства обеспечивает стабильное снабжение и качество продукции.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Почему INA333 использует вывод ссылки (REF), а не подключает выход напрямую к земле?

Вывод REF позволяет вам смещать выходное напряжение на желаемый уровень. Это полезно в системах с однонаправленным питанием, где выход не может опускаться ниже нуля.

2. Как усиление влияет на ширину полосы частот INA333?

С увеличением усиления ширина полосы уменьшается. Более высокое усиление улучшает усиление сигнала, но уменьшает частотный диапазон, который усилитель может точно обрабатывать.

3. Что произойдет, если резистор усиления будет отключен от INA333?

Если резистор усиления не подключен, INA333 работает на минимальном усилении 1, что означает, что входной сигнал проходит с небольшим усилением.

4. Может ли INA333 точно измерять сигналы на уровне микровольт?

Да. Его низкое смещение напряжения, низкий дрейф и высокое значение CMRR позволяют ему усиливать очень маленькие дифференциальные сигналы с высокой точностью.

5. Почему отвод общего режима важен в прецизионных измерениях?

Отвод общего режима помогает устранять шум, который появляется на обеих входных линиях. Это улучшает точность измерений в электрически шумных условиях.

6. Какие факторы могут привести к насыщению выхода в INA333?

Чрезмерное усиление, большие входные сигналы, недостаточное питание или некорректное напряжение REF могут привести к достижению выходом своих предельных значений напряжения.

7. Подходит ли INA333 для долгосрочных систем измерения?

Да. Его низкий дрейф смещения и стабильность работы помогают поддерживать точность измерений на протяжении длительных рабочих периодов.