Wie der INA333 kleine Sensorsignale verstärkt

Der INA333 Instrumentierungsverstärker-IC ist für die genaue Messung sehr kleiner Differenzsignale ausgelegt. In diesem Artikel werden die Hauptmerkmale, die Pin-Funktionen, gleichwertige Bauteile, die Funktionsweise, die sachgerechte Verwendung, die praktischen Anwendungen und der Vergleich mit anderen Instrumentierungsverstärkern des INA333 erläutert.

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INA333 Instrumentierungsverstärker-IC

Der INA333 ist ein Niedrigleistungs-Präzisionsinstrumentierungsverstärker-IC, der zur Verstärkung sehr kleiner Differenzsignale von Sensoren verwendet wird. Er eignet sich für Anwendungen, die eine genaue Signalmessung erfordern, wie Wägezellen, medizinische Geräte, tragbare Instrumente und Datenerfassungssysteme. Er unterstützt die Verstärkungsanpassung mit einem externen Widerstand und funktioniert gut in Niederspannungs-, batteriebetriebenen Schaltungen. Der INA333 ist in kompakten 8-poligen VSSOP- und WSON-Gehäusen erhältlich.

Äquivalent für INA333 IC

• INA317

• AD8237

• AD623

• AD8226

• INA188

Wichtige Merkmale und Spezifikationen des INA333

Parameter	INA333 Spezifikation
Gerätetyp	Präzisionsinstrumentierungsverstärker
Versorgungs-Spannungsbereich	1,8 V bis 5,5 V
Absolute Maximalversorgungs-Spannung	7 V
Verstärkungsbereich	1 bis 1000
Verstärkungsformel	G = 1 + (100 kΩ / RG)
Eingangsversatzspannung	25 μV (Max), G ≥ 100
Versatzspannungsdrift	0,1 μV/°C, G ≥ 100
Eingangrauschdichte	50 nV/√Hz, G ≥ 100
Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR)	100 dB (Min), G ≥ 10
Eingangs-Bias-Strom	200 pA (Max)
Ruhestrom	50 μA (Typisch)
Eingangsspannungsbereich	(V−) + 0,1 V bis (V+) − 0,1 V
Ausgangsspannungsbereich	(V−) + 0,05 V bis (V+) − 0,05 V
RFI-Filterung	Integrierte RFI-gefilterte Eingänge
Betriebstemperaturbereich	−40°C bis +125°C
Lagertemperaturbereich	−65°C bis +150°C
Übergangstemperatur	+150°C (Max)
Human Body Model (HBM) ESD-Bewertung	±4000 V
Charged Device Model (CDM) ESD-Bewertung	±1000 V
Machine Model (MM) ESD-Bewertung	±200 V
Gehäuseoptionen	8-Pin VSSOP, 8-Pin WSON
Anschluss-zu-Umgebung Wärmeleitfähigkeit (VSSOP)	169,5 °C/W
Anschluss-zu-Umgebung Wärmeleitfähigkeit (WSON)	60 °C/W
Niedrigverbrauchsbetrieb	Ja
Präzisionsleistung	Hohe Genauigkeit, geringe Drift, geringes Rauschen

INA333 Pin-Konfiguration und Funktionen

Pin Nr.	Pin Name	I/O	Funktion
1	RG	—	Verstärkungs-Einstellung Pin. Verbinden Sie einen Verstärkungswiderstand zwischen Pin 1 und 8, um die Verstärkung des Verstärkers über 1 zu setzen.
2	VIN−	Eingang	Invertierendes (negatives) differentielles Eingangssignal.
3	VIN+	Eingang	Nicht-invertierendes (positives) differentielles Eingangssignal.
4	V−	Energieversorgung	Negative Energieversorgung Anschluss.
5	REF	Eingang	Referenzspannungseingang, der das Ausgangsreferenzniveau festlegt. Typischerweise mit Masse in Einkreisversorgungssystemen verbunden.
6	VOUT	Ausgang	Verstärktes Ausgangssignal.
7	V+	Energieversorgung	Positive Energieversorgung Anschluss.
8	RG	—	Verstärkungs-Einstellung Pin. Verbinden Sie einen Verstärkungswiderstand zwischen Pin 1 und 8, um die gewünschte Verstärkung zu konfigurieren.

Wie der INA333 IC funktioniert

Der INA333 verwendet eine Architektur mit drei operationsverstärkern, um kleine differentielle Signale genau zu verstärken, während unerwünschtes Rauschen unterdrückt wird. Wie im Diagramm gezeigt, gelangen die Eingangssignale über VIN+ und VIN−, wobei integrierte RFI-gefilterte Eingänge dazu beitragen, hochfrequente Störungen vor der Verstärkung zu reduzieren.

Die erste Stufe besteht aus den Verstärkern A1 und A2, die die differentielle Spannung zwischen den beiden Eingangssignalen verstärken. Die Verstärkung wird durch den externen Widerstand RG bestimmt, der zwischen den Pins 1 und 8 verbunden ist. Ein kleinerer RG-Wert führt gemäß der Gleichung G = 1 + (100 kΩ / RG) zu einer höheren Verstärkung.

Die verstärkten Signale werden dann an Verstärker A3 gesendet, der als differentieller Verstärker fungiert. Diese Stufe subtrahiert die beiden verstärkten Signale, unterdrückt gemeinsame Modestörungen und erzeugt eine präzise Ausgangsspannung an VOUT. Der REF-Pin ermöglicht es, das Ausgangsspannungsniveau bei Bedarf zu verschieben, während V+ und V− die Energieversorgung für das Gerät bereitstellen.

So nutzen Sie den INA333 IC

Der INA333 kann als Präzisionsverstärker für kleine Sensorsignale verwendet werden. In diesem Schaltkreis ist Pin 7 mit der +5 V Versorgung verbunden, während Pin 4 mit der Masse verbunden ist. Ein 0,1 μF Entkopplungskondensator wird in der Nähe des Versorgungspins platziert, um das Netzrauschen zu reduzieren und das Schaltung stabil zu halten.

Das Eingangssignal wird mit VIN+ und VIN− verbunden, und die Verstärkung wird durch den Widerstand R1 zwischen den Pins 1 und 8 festgelegt. Mit einem 500 Ω Verstärkungswiderstand beträgt die Verstärkung etwa 201 unter Verwendung der Formel G = 1 + (100 kΩ / RG). Der REF-Pin ist mit Masse verbunden, sodass der Ausgang auf 0 V bezogen ist. Das verstärkte Signal wird von Pin 6 entnommen und kann an einen ADC, Mikrocontroller oder Messschaltung gesendet werden.

Anwendungsbeispiele des INA333 in der Praxis

Elektronische Waagen

Der INA333 wird häufig in elektronischen Waagen verwendet, um die sehr kleinen Spannungssignale von Wägezellen zu verstärken. Seine niedrige Offsetspannung und hohe Genauigkeit helfen, stabile und präzise Gewichtsmessungen zu erzeugen, selbst bei der Messung kleiner Laständerungen.

Medizinische Überwachungsgeräte

Medizinische Geräte messen häufig schwache biologische Signale, die eine genaue Verstärkung benötigen. Der INA333 hilft, die Signalqualität zu verbessern, indem er niederpegelige Signale verstärkt und unerwünschtes elektrisches Rauschen reduziert.

Industrie-, Datenerfassungs- und Umweltmesseinrichtungen

Der INA333 ist nützlich in der industriellen Überwachung, Datenerfassungssystemen und Umweltsensorik. Er verstärkt kleine Sensorsignale von Druck, Kraft, Temperatur und anderen Messgeräten, bevor die Signale von einem ADC, Controller oder Aufzeichnungssystem verarbeitet werden.

Tragbare und batteriebetriebene Testinstrumente

Aufgrund seines niedrigen Stromverbrauchs ist der INA333 für Handmessgeräte, tragbare Testwerkzeuge und batteriebetriebene Sensorsysteme geeignet. Er hilft, die Batterielebensdauer zu verlängern und bietet dennoch eine genaue Verstärkung für kleine Signale.

INA333 gegen andere Instrumentierungsverstärker

Spezifikation	INA333	INA317	AD623	AD8226	INA826	AD620
Hersteller	Texas Instruments	Texas Instruments	Analog Devices	Analog Devices	Texas Instruments	Analog Devices
Versorgungs-Spannungsbereich	1,8 V bis 5,5 V	1,8 V bis 5,5 V	3 V bis 12 V	2,2 V bis 36 V	2,7 V bis 36 V	±2,3 V bis ±18 V
Ruhestrom	50 μA	50 μA	550 μA	350 μA	200 μA	1,3 mA
Eingangsoffsetspannung (Max)	25 μV	25 μV	200 μV	35 μV	125 μV	50 μV
Offsetdrift	0,1 μV/°C	0,1 μV/°C	2 μV/°C	0,3 μV/°C	0,4 μV/°C	0,6 μV/°C
Eingangsbiaskurrent	200 pA	200 pA	25 nA	300 pA	5 nA	1 nA
CMRR (Min)	100 dB	100 dB	90 dB	100 dB	100 dB	100 dB
Eingangsrauschdichte	50 nV/√Hz	50 nV/√Hz	35 nV/√Hz	22 nV/√Hz	28 nV/√Hz	9 nV/√Hz
Verstärkungsbereich	1 bis 1000	1 bis 1000	1 bis 1000	1 bis 1000	1 bis 10.000	1 bis 10.000
Verstärkungsanpassungsmethode	Einzelwiderstand	Einzelwiderstand	Einzelwiderstand	Einzelwiderstand	Einzelwiderstand	Einzelwiderstand
Rail-to-Rail-Ausgang	Ja	Ja	Nahe Rail-to-Rail	Ja	Nein	Nein
Betriebstemperatur	-40 °C bis +125 °C	-40 °C bis +125 °C	-40 °C bis +85 °C	-40 °C bis +125 °C	-40 °C bis +125 °C	-40 °C bis +85 °C
Gehäuseoptionen	VSSOP, WSON	VSSOP, WSON	SOIC, MSOP	MSOP	SOIC, VSSOP	DIP, SOIC
Hauptstärke	Ultra-Niedrigstrom	Direkter Ersatz	Geringe Kosten	Geringes Rauschen	Breiter Versorgungsbereich	Hohe Präzision

Mechanische Abmessungen des INA333

Hersteller

Texas Instruments ist ein führender Hersteller von analogen ICs. Es hat starke Erfahrung in der Herstellung von Präzisionsverstärkern wie dem INA333. Das Unternehmen verwendet fortschrittliche Halbleiterprozesse, automatisierte Waferfertigung und strenge Testverfahren. Diese helfen dem INA333, eine niedrige Offsetspannung, niedrige Drift, geringes Rauschen und stabile Leistung zu erreichen. Texas Instruments verwendet auch Qualitätskontrolle und Zuverlässigkeitstests, um den Betrieb über einen breiten Temperaturbereich zu unterstützen. Sein globales Fertigungsnetzwerk hilft, eine konsistente Versorgung und Produktqualität sicherzustellen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Warum verwendet der INA333 einen Referenz- (REF) Anschluss anstatt den Ausgang direkt mit Masse zu verbinden?

Der REF-Anschluss ermöglicht es Ihnen, die Ausgangsspannung auf ein gewünschtes Niveau zu verschieben. Dies ist nützlich in Einversorgungssystemen, bei denen der Ausgang nicht unter Masse schwingen kann.

2. Wie beeinflusst die Verstärkung die Bandbreite des INA333?

Mit zunehmender Verstärkung verringert sich die Bandbreite. Eine höhere Verstärkung verbessert die Signalverstärkung, reduziert jedoch den Frequenzbereich, den der Verstärker genau verarbeiten kann.

3. Was passiert, wenn der Verstärkungswiderstand vom INA333 getrennt wird?

Wenn kein Verstärkungswiderstand verbunden ist, arbeitet der INA333 mit seiner minimalen Verstärkung von 1, was bedeutet, dass das Eingangssignal mit nur geringer Verstärkung durchgelassen wird.

4. Kann der INA333 Signale auf Mikrovolt-Niveau genau messen?

Ja. Seine niedrige Offsetspannung, niedrige Drift und hohe CMRR ermöglichen es ihm, sehr kleine differentielle Signale mit hoher Genauigkeit zu verstärken.

5. Warum ist die Unterdrückung von Gleichtakt wichtig bei Präzisionsmessungen?

Die Gleichtaktunterdrückung hilft, Rauschen zu entfernen, das an beiden Eingangsleitungen auftritt. Dies verbessert die Messgenauigkeit in elektrisch lauten Umgebungen.

6. Welche Faktoren können eine Ausgangssättigung im INA333 verursachen?

Übermäßige Verstärkung, große Eingangssignale, unzureichende Versorgungsspannung oder eine falsche REF-Spannung können dazu führen, dass der Ausgang seine Spannungsgrenzen erreicht.

7. Ist der INA333 für Langzeitmesssysteme geeignet?

Ja. Seine niedrige Offsetdrift und stabile Leistung helfen, die Messgenauigkeit über lange Betriebsperioden hinweg aufrechtzuerhalten.