Pourquoi le gain de mon amplificateur d'instrumentation est-il non linéaire?

J'utilise un amplificateur d'instrumentation AD8226 comme préampli dans un circuit qui utilise un capteur d'oxygène à micro-pile à combustible pour mesurer la teneur en oxygène dans un flux de gaz. Le préampli est configuré en mode d'alimentation asymétrique, avec une alimentation de 5 V. La résistance de gain a été choisie pour donner un gain de ~ 80.

La sortie de l'ampli d'entrée est ensuite passée à travers un filtre passe-bas actif et à l'ADC d'un microcontrôleur, mais je ne pense pas que cela soit pertinent pour le problème. Tout ce qui est discuté ici a été fait avec la sortie du préampli (nœud O2_PRE dans le diagramme) flottante et uniquement connectée à un multimètre.

En testant ce circuit avec le capteur, j'ai trouvé que le gain était agréable et linéaire - jusqu'à un certain point où le gain a chuté (ce point était à environ 20 mV d'entrée / 1,6 V de sortie).

Pour éliminer tout problème avec le capteur, j'ai remplacé le capteur par un diviseur de tension composé d'une réisistance fixe et d'un pot linéaire multi-tours:

Avec le réseau de résistances, j'ai observé le même problème (voir plus bas pour un tracé de la sortie inamp).

Pour éliminer davantage tout problème avec les circuits environnants, j'ai câblé directement jusqu'à l'AD8226, en utilisant mon alimentation bechtop comme VCC. Donner le circuit vu ici:

Cela a montré le même comportement que celui observé dans ce graphique:

(`` carte mère '' fait référence à la sortie lorsque le diviseur de tension est utilisé pour piloter le circuit d'origine, le gain `` maquette '' est légèrement inférieur car j'ai utilisé une résistance de gain 630R)

La fiche technique AD8226 spécifie une variation de tension de sortie de 0,1 V à + VS − 0,1 V en mode asymétrique. Je mesure la sortie dans un multimètre de haute qualité (c'est-à-dire une haute impédance), bien que j'aie observé les mêmes résultats lorsque j'ai ajouté une résistance de charge de 20 K. J'ai répété les résultats avec plusieurs appareils AD8226.

Quelqu'un peut-il expliquer pourquoi le gain tomberait au-dessus d'une entrée différentielle de ~ 20 mV étant donné que je semble rester bien dans les limites de sortie?

Très probablement une violation de tension en mode commun. Voir la figure 15 de la fiche technique. Malheureusement, il ne vous donne pas les limites d'une seule alimentation, mais vous montre que les limites de mode commun et de tension de sortie vont de pair.

Actions susceptibles de résoudre votre problème:

• Utilisez une alimentation double.
• Soulevez les entrées au-dessus du sol.
• Utilisez un réglage de gain plus faible.

ÉDITER:

Comme l'a souligné Dave Tweed, la fiche technique contient des informations sur le mode commun et les plages de tension de sortie pour une alimentation unique. Voir la figure 13 à la page 10 de la fiche technique (votre cas est la zone triangulaire bleue). Votre entrée en mode commun est pratiquement mise à la terre, donc dès que votre sortie dépasse environ 0,7 V, la limite est dépassée et votre appareil ne se comportera pas comme spécifié. Cela se produira même si vous modifiez Vref à 2,5 V: la limite de sortie sera de 3,2 V pour qu'une tension d'entrée de masse en mode commun devienne invalide.