Project

General

Profile

4 Channel Analog Differential Amplifier (ADAMP-4)

Modul přístrojového zesilovače určený pro precizní měření s měřicím můstkem, například tenzometrickými mosty s citlivostí 1mv/V. Modul má 4 diferenční kanály s nastavitelnou měřicí citlivostí pro připojení měřicích uzlů tenzometrických mostů a 4 brány referenčního zdroje pro připojení napájení tenzometrických mostů. Výstupem je zesílený a normalizovaný analogový signál všech 4 měřených diferencí s amplitudou pohybující se v celém rozsahu 0 V až referenční napětí ADC.

1. Popis přístrojového zesilovače


Obr. 2. Model plošného spoje ADAMP-4 s vyznačenými funkčními bloky

  1. Konektor pro připojení k počítači.
  2. Precizní potenciometr pro nastavení zesílení kanálů.
  3. Precizní potenciometr pro nastavení posunutí výstupního. signálu.
  4. Led diody vyvedené na svorkovnici označenou 1 pro externí ovládání
  5. Hřebínek, kterým se svádí stínění do jednoho bodu a spojuje jej se zemí
  6. Svorkovnice jednoho kanálu, pro připojení tenzometru.
  7. Piny pro výběr napájecího napětí, pro jednotlivé kanály.
  8. Svorka pro přivedení externího napětí.

Jádrem každého kanálu ADAMP-4 je operační zesilovač AD620. Tento typ operačního zesilovače má zesílení nastavitelné pomocí jednoho externího rezistoru, v našem konkrétním případě byl použit precizní potenciometr RV1. Výstupní zesílený signál z AD620 vstupuje do 1. z dvojice zesilovačů LM324, zapojeného jako diferenční zesilovač s přednastaveným zesílením (G=1) řešící problém plovoucí analogové země zesilovače AD620. 2. zesilovač LM324 je zapojen jako invertující zesilovač, na jehož neinvertujícím vstupu je připojen precizní potenciometr, kterým lze posouvat výstupní signál pro potřebu A/D převodníků a na neinvertující vstup je přiveden zesílený a ošetřený signál 1. zesilovače LM324.

Na obr.3 je kromě jednotlivých bloků upravujících signál i měření úbytků napájecího napětí, které zajišťují dva děliče napětí. Této vlastnosti se využije při připojení šesti vodičového tenzometru s dlouhým kabelem.


Obr. 3. Schéma zapojení 1 kanálu ADAMP-4

2. Napájení přístrojového zesilovače a připojených snímačů

ADAMP-4 je napájeno skrz 20 pinovou IDC svorkovnici stabilizovaným napětím 3,3 V které je upraveno na napětí +5 V a –3,3 V pro napájení použitých operačních zesilovačů.


Obr. 4. 20 pinová IDC svorkovnice rozhraní DKE-ANALOG-INTERFACE pro připojení k PAC-X.

Na měnič napětí typu nábojová pumpa LM2665 je přivedeno na vstup 3,3 V. Na výstupu se odebírá 6 V. Pro potlačení zvlnění a vytvoření nekolísajícího napětí se použije LDO (low dropout stabilizátor) LM1117, do kterého vstupuje 6 V z nábojové pumpy a na výstupu je 5 V. Tímto vytvořeným napětím se napájí operační zesilovače.


Obr. 5. Doporučené zapojení obvodu LM2665 a lineárního stabilizátoru LM1117.

Pro rozkmit operačních zesilovačů do záporných hodnot je potřeba záporné napájecí napětí, které nám zajistí nábojová pumpa TPS6040, která přemění +3,3 V na -3,3 V.


Obr. 6. Zapojení invertující nábojové pumpy TPS.

Každý kanál ADAMP-4 je vyveden piny, které lze pomocí jumperu spojit a tím zvolit napájecí napětí pro připojené snímače (svorka P). Pro napájecí potřeby tenzometrických můstků je přidán další lineární LDO stabilizátor LM1117, na jehož vstupu je +3,3 V a z výstupu vychází +1,2 V. Je tedy možné volit mezi:
  • 3V3 = stabilizovaných 3,3 V stejnosměrného proudu
  • 1V2 = precizně stabilizovaných 1,2 V stejnosměrného proudu
  • EXT = napětí na svorce EXT_PWR

3. Připojení snímačů

Pro připojení snímačů slouží měřicí svorkovnice vyobrazená v obr.2 blok 6. Pro snadnější uživatelskou orientaci bylo na plošný spoj umístěno schéma zapojení měřícího můstku. Svorky označené P a G jsou určeny pro napájení můstku. Nastavení výběru napájecího napětí je uvedeno v předchozí kapitole. Svorky označené jako ΔU slouží pro připojení výstupu ze snímače, jehož signál má být zesílen. Svorky PS a GS (ground sense) slouží pro měření úbytku napětí na vodiči. Tuto vlastnost mají především senzory s malým odporem, u kterých se díky vyšším procházejícím proudům projeví úbytky napětí na kabelu. Napětí jsou přes děliče vyvedena na svorkovnici DKE-ANALOG-INTERFACE. Svorka S slouží pro připojení stínění kabelu připojeného snímače.

  • Přečtěte si celou zde uvedenou dokumentaci.
  • Měřicí můstek připojte dle obrázku na plošném spoji do jedné ze 4 měřicích svorkovnic.
  • Pomocí jumperů zvolte vhodné napájecí napětí měřicího můstku. EXT napětí, připojte ho do svorkovnice označené EXT_PWR, Obr. 2. blok 8.
  • Podle citlivosti připojeného měřicího můstku nastvte zesílení potenciometrem GAIN_SET viz obr.2 blok 2 tak, aby nedocházelo k ořezávání amplitudy signálu A/D převodníkem.
  • Potenciometrem AD-MOVE (Obr. 2. blok 3) posuňte výstupní signál pro potřeby A/D převodníku.

4. Doporučená a použitá literatura

  1. KUBÍN J., VŠETULA Š. Zesilovač pro tenzometry ČVUT, FBMI 2019. 23 str.