subtrahieren Sie zwei Wechselspannungen mit Instrumentenverstärkern

Ein Instrumentenverstärker ist im Wesentlichen ein Differenzverstärker. Der Ausgang ist direkt proportional zur Differenz zwischen den beiden Eingängen (im Wesentlichen das, was Sie brauchen), und daher sollten alle Gleichtaktsignale, dh solche, die in beiden Eingängen vorhanden sind, im Prinzip eliminiert werden. Es sieht für mich nach einer ziemlich einfachen Anwendung eines Inamps aus.

Einfach die Spannungen an beiden Punkten abgreifen und in die beiden Eingänge eines Inamps leiten. Sie müssen sicherstellen, dass der Inamp über eine ausreichende Bandbreite verfügt, um auf Ihre Obertöne zu reagieren, und das Eigenrauschen und die Stabilität bei der interessierenden Frequenz, die vom Inamp selbst kommt, sollte niedriger sein als Ihr Signal.

BEARBEITEN:

Wenn ich mir Ihre Schaltung ansehe, werde ich eine von drei Möglichkeiten postulieren:

1. Die Schaltung ist falsch und das Label "Lock-In" sollte ganz rechts stehen, als ob das Lock-In nicht angezeigt würde.

2. Die Schaltung ist falsch, und der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (das Dreieck links oben) geht zum zweiten (links unten) anstelle des dritten und zu seiner abgewinkelten Seite. (als Ref-Eingabe)

3. Die Schaltung ist korrekt, aber der Text nicht, und das Signal des Widerstands wird als Lock-In-Referenz verwendet, anstatt etwas Schöneres, das aus der Stromquelle kommt. Die Subtraktion erfolgt dann implizit innerhalb des Lockins. Soweit ich über Lockins weiß, würde ich gegen diese Möglichkeit wetten.

Die Verwendung eines Instrumentationsverstärkers ist einfach. Ein Differenzverstärker ist etwas komplizierter. Sehen Sie sich in beiden Fällen das Datenblatt für eine typische Anwendungsschaltung an. Bei einem Inamp wird der Ausgang im Allgemeinen durch G x (In+ - In-) + Ref angegeben, wobei G im Allgemeinen durch einen oder zwei Widerstände eingestellt wird. Ref ist normalerweise geerdet, sofern nicht anders angegeben, und ermöglicht das Hinzufügen eines Offsets zum Ausgang.

Soweit ich weiß, können die beiden linken Dreiecke Instrumentierungs- oder Differenzverstärker sein. Die Ausgabe des oberen ist das, was Sie von dem des unteren subtrahieren möchten. Um dies zu erreichen, besteht eine Möglichkeit darin, beide in einen dritten Instrumentations- oder Differenzverstärker zu senden, wie in Möglichkeit 1 mit falsch gekennzeichnetem Lockin. Der Inamp subtrahiert die beiden Signale und lässt Sie ungestraft an die Verriegelung weitergeben.

Eine andere Möglichkeit, diese Subtraktion durchzuführen, besteht darin, den Ausgang des oberen Inamps in den Ref-Eingang des unteren Inamps zu senden. Ich vermute, Sie möchten, dass einer der beiden Inamps umgekehrt gepolt ist, damit das funktioniert, aber ich muss darüber nachdenken. Dies würde Möglichkeit 2 entsprechen.

Hier ist ein großartiges Referenzmaterial zum Verständnis von Instrumentenverstärkern. Ich habe eine Papierkopie auf meinem Schreibtisch, damit ich weiß, dass sie gut ist. Es wird von analogen Geräten produziert. Noch nicht gelesen....

Die von Ihnen gezeigte Schaltung kann Probleme haben, die mit der Gleichtakt-Wechselstromunterdrückung zu tun haben. Der obere Verstärker in Ihrem Diagramm hat an seinen Eingängen eine andere Gleichtaktspannung als der untere Verstärker. Gleichtakt bedeutet den Durchschnitt der beiden Eingänge - das durchschnittliche Signal am oberen Verstärker relativ zur Masse unterscheidet sich vom unteren Verstärker. Wenn Sie nicht wirklich, wirklich gute Instro-Verstärker haben, werden Sie Fehler bekommen, also empfehle ich einen konventionellen Wheatstone Bridge-Ansatz mit 1 Instrumentenverstärker - ich würde den AD8221 von Analog Devices verwenden. Hier ist ein Ausschnitt aus dem oben verlinkten Buch, das zeigt, wie es in einem AC-Erregungsschema verwendet wird: -

Ignorieren Sie das folgende AD630; Der wichtige Teil ist der AD8221 und die Voll-Wheatstone-Brücke, die sich auf der linken Seite befindet. Dies gilt für einen DMS-Verstärker, aber das Prinzip und die Komponentenwerte sind praktisch gleich - 50 oder 100 Ohm, da die Brückenkomponenten das Prinzip oder die Schaltung nicht verändern.

Beachten Sie, dass der Instro-Verstärker an beiden Eingängen genau Vac/2 hat, und da es sich um einen kombinierten Verstärker handelt, gibt es nicht die Gleichtaktprobleme, die Sie mit Ihrer ursprünglichen Schaltung bekommen würden.

Alternative Idee Als Alternative zu dieser Art von Schaltung würde ich auch einen Tiefpassfilter höherer Ordnung am Ausgang des Generators in Betracht ziehen, um die 3. Harmonische um mindestens einen Faktor zehn zu reduzieren. Wenn Sie dies tun und keine Wheatstone-Brücke verwenden, erhalten Sie wahrscheinlich die Genauigkeit, die für Ihren Lock-In-Verstärker erforderlich ist. Ich werde hier nicht auf Details eingehen, aber es genügt zu sagen, dass Sie in der Lage sein sollten, eine anständige Implementierung aus passiven Komponenten wie Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen zu erhalten. Sie könnten sogar einen Kerbfilter aus diesen Komponenten machen, um ein anständiges Maß an Reduzierung der 3. Harmonischen zu erreichen.