Enstrumantasyon yükselteçler, yüksek performanslı voltaj yükselteçleridir Aynı zamanda bu yükselteçler, yüksek kazançlı, yüksek giriş empedanslı ve düşük çıkış empedansı gösteren fark yükselteçleridir Kelime anlamı, yardımcı yükselteçlere karşılık gelmektedir Enstrumantasyon yükselteçler, negatif geri beslemeden dolayı daha kararlı bir devre karakteristiğine sahiptir Burada kullanılan geri besleme, negatif geri beslemedir Çünkü, dirençlerle belirlenen voltaj kazancı (kapalı çevrim kazancı), dirençsiz açık çevrim kazancından daha düşüktür Geri beslemeli kazanç daima açık çevrim kazancından (geri beslemesiz kazanç) daha kararlıdır Her OP-AMP 'ta olduğu gibi geri beslemeli kazanç, geri beslemesiz kazançtan daha düşük olduğu için kullanılan geri besleme negatiftir Çünkü, Pozitif geri beslemede kazanç artar, negatif geri beslemede ise kazanç azalır

Enstrumantasyon amplifikatörler aynı zamanda, basınç transducerinden (dönüştürücü), sıcaklık sensorundan gelen sinyalleri yükseltmede kullanılır Bu yükselteçler, girişlerine uygulanan sinyallerinin farkını almak suretiyle çalışır

Uygulama Alanları

* Yüksek Giriş Empedanslı Versiyonu

* Yüksek Giriş Voltajlı Versiyonu

* Yüksek Ortak Mod Tepki Oranlı Versiyonu

Yüksek giriş empedanslı enstrumantasyon yükselteç, iki adet OP-AMP 'tan oluşur Vi1 ve Vi2 olmak üzere iki giriş kaynağı bulunur Buradaki Vi1 ve Vi2 kaynakları, OP-AMP 'ların giriş empedansından daha büyük dirence sahip olduğundan bu devrenin çok yüksek bir giriş empedansı vardır Bu devrenin çıkış voltaj değerini bulmak için süperpozisyon teoremi kullanılır İki giriş kaynağı olduğu için, bir kaynağın devreye tatbik edildiği diğerinin yok sayıldığı, diğer durumda da tersi düşünülebilir.

Şekil 246 - Yüksek Giriş Empedanslı Enstrumantasyon Yükselteç

Vi2 Kısa devre olarak düşünülürse;

Vout1 = [1+(R2 / R1)][-(R4 / R3)]Vi1 olur

Direnç değerleri formülde yerine konulursa;

Vout1 = [1+(1 / 100)][-(100 / 1)]Vi1

Vout1 = (101 / 100)[-(100 / 1)]Vi1

Vout1 = -101Vi1 olarak bulunur

Bu kez Vi1 kısa devre gibi düşünülürse;

Vout2 = [1+(R4 / R3)]Vi2 olur

Direnç değerleri formülde yerine konulursa;

Vout2 = [1+(100 / 1)]Vi2

Vout2 = 101Vi2 olarak bulunur

Bulunan iki formül birleştirilirse;

Vo = Vout1+Vout2

Vo = -101Vi1+101Vi2

Vo = 101(Vi2 - Vi1) bulunur

Şekil 247 - Yüksek Giriş Voltaj Versiyonlu Enstrumantasyon Yükselteci

Şekil 247 'deki versiyonda, inverting modda çalışan 2 adet OP-AMP kullanılmıştır Bu devre çıkışında, Vi1 ve Vi2 giriş voltajlarından küçük bir fark sağlar Yani, iki büyük giriş voltajı arasında küçük bir fark sağlar Çıkış voltaj değerini bulmak için ve burada Vi1 ve Vi2 olmak üzere iki adet giriş kaynağı olduğu için süperpozisyon yöntemi kullanılır

Vi2 = 0 durumunda;

Vout1 = [-(R3 / R1)][-(R6 / R4)]Vi1 olur

Direnç değerleri formülde yerine konulursa;

Vout1 = [-(5K / 50K)][-(50K / 5K)]Vi1

Vout1 = Vi1 olur

Vi1 = 0 durumda ise;

Vout2 = [-(R6 / R5)]Vi2 olur

Direnç değerleri formülde yerine konulursa;

Vout2 = [-(50K / 50K)]Vi2

Vout2 = -Vi2 olur

Süperpozisyon teoremine göre bulunan Vout1 ve Vout2 değerleri birleştirilirse, devrenin çıkış voltajı;

Vo = Vout1+Vout2

Vo = Vi1+(-Vi2)

Vo = Vi1-Vi2 olarak bulunur

Şekil 248 - Yüksek Ortak Mod Tepki Oranlı Enstrumantasyon Yükselteci

Şekil 248 'de enstrumantasyon yükselteçlerden en fazla kullanılanı gösterilmiştir OP-AMP 'larda ortak mod tepki oranı (common-mode rejection ratio -CMRR), her iki girişinde de ortak olan giriş sinyalini reddetme özelliğidir Faz çeviren (-) ve çevirmeyen (+) girişe aynı anda uygulanan işaretin, çıkış işaretine oranına eşittir CMRR'nin birimi dB'dir Bu versiyondaki enstrumantasyon yükselteçlerde, parazit ve gürültüleri atma oranı da büyüktür

Şekil 248 'deki enstrumantasyon yükselteçte Vi1 ve Vi2 girişleri OP-AMP 'ların faz çevirmeyen (+) girişlerine uygulanmıştır R3 direnciyle devrenin kazancı kontrol edilebilir İlk iki OP-AMP çıkışından alman sinyal fark yükseltecine uygulanmıştır

Devrenin, çıkış voltajını bulabilmek için yine süperpozisyon teoremi kullanılır

Vi2 = 0 durumunda; devre non-inverting çalışma modundadır

Şekil 249(a) - Vi2 = 0 durumunda

V3a = Vi1 [1+(R1 / R3)]

OP-AMP 'ın giriş empedansı sonsuz olduğundan,

V1a = Vi1 olur

V2a çıkış hayali toprak olduğundan V2a = 0 'dır

V4a = [-(R4 / R3)]Vi1 olur

Şekil 249(b) - Vi1 = 0 durumda

V3b = [-(R1 / R3)]Vi2

V1b = 0 (Hayali toprak olduğundan)

V2b = Vi2

V4b = [1+(R4 / R3)]Vi2 olur

3 OP-AMP 'ın faz çeviren (-) ucuna 10 K? 'luk direnç üzerinden uygulanan voltaj;

V3 = V3a + V3b

V3 = Vi1[1+(R1 / R3)]+Vi2[-(R1 / R3)]

Direnç değerleri yerine konulursa;

V3 = Vi1[1+(45K / 10K)]+Vi2[-(45K / 10K)]

V3 = 5,5Vi1-4,5Vi2 olarak bulunur

3 OP-AMP 'ın (fark amp) faz çevirmeyen (+) ucuna R5 direnci üzerinde uygulanan voltaj;

V4 = V4a + V4b

V4 = [-(R4 / R3)]Vi1+[1+(R4 / R3)]Vi2

Direnç değerleri formulde yerine konulursa;

V4 = [-(45K / 10K)]Vi1+[1+(45K / 10K)]Vi2

V4 = -4,5Vi1+5,5Vi2

V4 = 5,5Vi2-4,5Vi1 olarak bulunur

Enstrumantasyon yükselteç yapısında bulunan son OP-AMP bir fark yükseltecidir Bu fark yükselteç modundaki OP-AMP 'ın faz çeviren (-) giriş ucuna V3 sinyali, faz çevirmeyen (+) giriş ucuna ise V4 sinyali gelmektedir Fark yükseltecinin, devredeki direnç etiketlerine göre formülü,

Vo = [-(R6 / R2)]V3+[1+(R6 / R2)][R7 / (R5 + R7)]V4 olur

Direnç değerleri formülde yerine konulursa;

Vo = [-(100 / 10)](5,5Vi1 - 4,5Vi2)+[1+(100 / 10)][100 / (100 + 10)](5,5Vi2 - 4,5Vi1)

Vo = -10(5,5Vi1 - 4,5Vi2)+10(5,5Vi2 - 4,5Vi1)

Vo = -55Vi1+45Vi2+55Vi2-45Vi1

Vo = 100Vi2 - 100Vi1

Vo = 100( Vi2 - Vi1 ) olarak bulunur