計装OPアンプINA128について

質問

計装アンプINA128Pについての質問なのですが、ゲインを決める抵抗Rを可変抵抗にすることは可能ですか？可変抵抗にしてもゲインを変化させることができないのですが。
また、出力波形が太くなってしまうのですが原因が分りません。（配線は特に説明書のものと違いはないです

よろしくお願いします。

回答No.8

anachrockt

> 回路の実装は初心者なので、回路図と実際の
> 組み込みのギャップや注意点に慣れないのです。
そうゆうことではなくて，回路図自体の意味が理解できていないんじゃないでしょうか？
ICのREFピンの接続は，データシートにあるようにGND（0V）になぜ接続しなくてはいけないのかとか．

これは心電計の回路ですが，5V単電源だから中点（5V/2）の2.5Vに接続し，しかもオフセット低減のためDCサーボと呼ぶ回路を入れてます．
http://www.neo-tech-lab.co.uk/ECGcircuit.htm
今回が両電源だったら，データシートのp.9「Figure 1. Basic Connections」の様につながないと動きません．

基準電極は差動増幅の同相レベルを示しているから，必ずアンプ回路のGNDに接続します．
また，両電源のときはここに書いてあるように，入力直流バイアス電流の帰路にもなっています．
http://www.analog.com/static/imported-files/jp/overviews/amplifier_circuits_J.pdf

回答No.7

anachrockt

> FG側のGND（OPアンプのRefピンにつないでいた）・・・
回路が読めないんですか！
計装増幅器の応用は技術的に高度ですから，回路を読める人に見てもらった方が速いですよ．
時間があれば，紹介した本を熟読して理解すればわかりますけど．

お礼

回路の実装は初心者なので、回路図と実際の組み込みのギャップや注意点に慣れないのです。おっしゃるとおり、文献を熟読します。ありがとうございました。

回答No.6

anachrockt

> IC自体の故障を疑うべきなのでしょうか？
その可能性もありますが，その前に
1.入力ピンを入れ替えてみる
--->FG出力のGND側を今までと逆のピンに接続し，そちらを計装アンプ側の0V（GND）に接続
2.周りの人に，回路図と配線を照合して見てもらう
--->初心者の場合，想像を絶する配線をすることがよくあるから

それでだめだったら，IC交換してみる
とゆうようにしたらどうでしょうか？

お礼

アドバイスありがとうございます。
＞1.入力ピンを入れ替えてみる
FG側のGND（OPアンプのRefピンにつないでいた）と電源のGND（電池の0V）を接続したところ、解決しました！
生体計測の場合の差動増幅ですと、計測電極２枚と、基準電極１枚が必要だと思うのですが、以前からこの基準電極と電源のGND（電池の0V）をつないでよいものか迷っていました。
一度、つないだ状態で回路設計を行い、回路を組んだところ、うまくいきませんでした。
そこでつながない状態で回路を組みなおし、今回質問した時の状態になっていたのですが。
単純に前者の状態のときが配線ミスだったのか、電源のGNDと入力のGND（今回ですとFGのGND）は直接配線しないといけないのか。
よろしければ、アドバイスをいただけないでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.5

anachrockt

計装アンプは，同相ノイズを除去して差動信号を増幅する目的で使います．
ノイズの影響を受けにくくするには，ノイズを同相のままにして差動ノイズに変換させないことです．
周波数が低いようですから，入力（ピン2，3）は2芯シールド線で接続し，外皮（シールド用金属線）を0V（GND）に結べば大分改善されるでしょう．
信号入力の一端を0V（GND）に接続する場合も，計装アンプのところではなく信号源のところで，2芯シールド線の1本と外皮を接続します．
高周波ノイズがあると計装アンプのCMRRが低下しているため出力に漏れだしてきますが，その時はコモンモードチョークコイルを入力に入れます．
そこら辺の注意事項はこの本の「第5章　差動アンプの技術を活用しよう」に詳しかった筈です．
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/32/32841.htm
この本の「第12章 差動増幅回路」にも載っています．
http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37481.html

お礼

参考資料まで提示していただきありがとうございます。
早速、探しにいきたいと思います。
いくつかの処理で、だいぶノイズは軽減できました。出力波形もくっきりと出ています。
ただ、やはり思った通りのゲインが得られず、半可変、可変、固定の３通りで試してみましたが、出力は入力の1.3倍ほどにしかならず、可変抵抗のボリュームを変化させると、波形の基準位置が変わるだけで（上下に動く感じです）倍率は変化しません。
この場合、やはりhondafitさんのおっしゃるとおりIC自体の故障を疑うべきなのでしょうか？

回答No.4

hondafit

可変抵抗の使わないピンはオープンで良いです。

固定抵抗でも倍率が得られないのであれば、ICが壊れている可能性は無いでしょうか？

それと、あまり関係の無い話ですが、入力の片方をGNDに落とすのであれば、計測アンプを使う意味は無いのでは？
それであれば単なるオペアンプの非反転増幅回路でも良いと思います。

補足

ありがとうございます。
説明が不足していました。現在、筋電計測のための回路を組んでいまして、計装OPアンプはその前段にあたります。
実際には10～100倍のゲインを得たいと思っています。
ですので、実際の入力は数十μV～数mVの電圧を差動増幅させるということになります。
現在は、テストのために片方をGNDに落として、単純に入力から何倍になるかを見ているといった状態です。

回答No.3

hondafit

No.2です。
1kHzくらいまでの信号であれば、全く問題ないはずですが・・・。
固定抵抗であれば、設定通りのゲインが得られるのですか？
もしそうであるならば、失礼ですがもう一度、ICと可変抵抗の接続ピンの確認を行ってください。
もしかすると、可変抵抗の接続の仕方が間違っている可能性があるので・・・。

それも間違ってないとすると、可変抵抗部分で信号が減衰している可能性があります。可変抵抗は見方を変えるとコイルとも捉えられるので、その部分で信号が減衰しているかも・・・です。自信はそんなにありませんが。

お礼

固定抵抗でも同様に、思ったとおりの倍率が得られません。
データシートのようにきれいにでると思っていたのですが、

基本的な質問で申し訳ありませんが、今回の場合、可変抵抗は2端子使用で、中央と方端はショートさせてしまってよいのでしょうか。
それとも1つの端子は開放状態にしておいてよいのでしょうか。

またゲインが10倍だとしても、入力1Vで、現在の電源電圧±6Vを超えてしまうので、より細かく振幅を設定できる「D/Aボードからの波形出力」を行うことにしました。
ただ入力が0.1Vなど、非常に小さくなるので、観測していてもノイズの影響が多いように思えます。

回答No.2

hondafit

可変抵抗すればゲインを変化させることができる筈です。
ただ、増幅する信号はＤＣですか？ＡＣですか？ＡＣだったら
どれくらいの周波数ですか？周波数が高いと、抵抗でゲインを設定しても設定通りに増幅できません。

出力は波形が太くなってしまうのは、ノイズがオシロスコープのプローブや配線に乗っているのが原因でしょう。

お礼

ご返信、ありがとうございます。

波形はDCです。ファンクションジェネレータから周波数100～1000Hzのサイン波を入力ピン（1）に入力し、ピン（2）は電源のGNDにつないでいます。
サイン波らしき波形は出力しているのですが、11.3kΩをゲイン決定抵抗にして、ゲイン約5倍を見込んでも実際には1.5倍くらいに波形しか発生しません。
可変抵抗においてはボリュームを変えても変化しないのです。

回答No.1

anachrockt

INA128Pってこれですね．
http://focus.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/ina128.pdf
スペックからゲインは1000倍以下で特性が保証されているようなんで，
RGの部分に50kΩ可変抵抗と50Ω固定抵抗を直列にして入れ換えれば，
2倍～1000倍まで可変になるはずです．
可変できないようなら，多分配線ミスでしょう．
ノイズ防止のため，可変抵抗は小型多回転半固定抵抗にして，
基板上でICの直近に付けます．

> 出力波形が太くなってしまうのですが原因が分りません。
p.9「Figure 1. Basic Connections」の様に配線してあるんですよね．
基板の±電源には100uF程度の電解コンが0Vとの間に入ってますよね．

取りあえず出力ピン（6）に50Ωを直列に入れ，その後から出力を取り出します．
また，ノイズ対策として，アルミホイルで回路全体を覆い（もちろん
絶縁して）アルミホイルを0Vのところに付けたらどうでしょう．
出力ピンの50Ωが効けば，発振ですからそのままにしておきます．
アルミホイルが効けば，ノイズですからきちんとした金属ケースに入れます．

お礼

ご返信ありがとうございます。

出力波形の問題はノイズが原因だったようです。データシートほどきれいなものは出ませんが、教えていただいた対策を含め、いくつかの対策を行ったところ、状態が抑えられました。

ただ、上記の方にもお伝えしたのですが、倍率2～1000倍と考えると、入力をかなり絞る必要があると思います。そのときにノイズの影響を受けにくくすることはできるのでしょうか。