Mengapa gain penguat instrumentasi saya non-linear?

Saya menggunakan amplifier instrumentasi AD8226 sebagai pre-amp di sirkuit yang menggunakan sensor oksigen sel bahan bakar mikro untuk mengukur kandungan oksigen dalam aliran gas. Pre-amp dikonfigurasi dalam mode suplai berakhir tunggal, dengan pasokan 5 V. Gain resistor dipilih untuk memberikan gain ~ 80.

Output dari in-amp kemudian dilewatkan melalui filter low pass aktif dan ke ADC mikrokontroler, tapi saya tidak percaya ini relevan dengan masalah. Segala sesuatu yang dibahas di sini dilakukan dengan preamp outut (O2_PRE node dalam diagram) mengambang dan hanya terhubung ke multimeter.

Saat menguji rangkaian ini dengan sensor, saya menemukan bahwa penguatannya bagus dan linier - naik sampai titik tertentu di mana penguatannya turun (titik ini sekitar 20mV input / output 1.6V).

Untuk menghilangkan masalah dengan sensor saya mengganti sensor dengan pembagi tegangan yang terdiri dari reisistor tetap dan pot linear multi-turn:

Dengan jaringan resistor saya mengamati masalah yang sama (lihat lebih jauh ke bawah untuk plot output inamp).

Untuk lebih menghilangkan masalah dengan sirkuit di sekitarnya saya terhubung langsung ke AD8226, menggunakan pasokan bechtop saya sebagai VCC. Memberikan sirkuit yang terlihat di sini:

Ini menunjukkan perilaku yang sama seperti yang terlihat dalam plot ini:

('mainboard' mengacu pada output ketika pembagi tegangan digunakan untuk menggerakkan sirkuit asli, gain 'papan tempat memotong roti' sedikit lebih rendah karena saya menggunakan resistor gain 630R)

Lembar data AD8226 menentukan ayunan tegangan output 0,1 V ke + VS − 0,1 V dalam mode ujung tunggal. Saya mengukur output menjadi multimeter kualitas tinggi (mis. Impedansi tinggi), meskipun saya mengamati hasil yang sama ketika saya menambahkan resistor beban 20 K. Saya telah mengulangi hasilnya dengan beberapa perangkat AD8226.

Dapatkah seseorang menjelaskan mengapa gain akan jatuh di atas input diferensial ~ 20 mV mengingat bahwa saya tampaknya tetap berada dalam batas output?

Kemungkinan besar pelanggaran tegangan mode-umum. Lihat Gambar 15 dari lembar data. Sayangnya itu tidak memberi Anda batas untuk catu daya tunggal, tetapi menunjukkan kepada Anda bahwa mode umum dan batas tegangan keluaran berjalan seiring.

Tindakan yang dapat memecahkan masalah Anda:

• Gunakan catu daya ganda.
• Angkat input di atas tanah.
• Gunakan pengaturan penguatan yang lebih rendah.

EDIT:

Seperti yang ditunjukkan oleh Dave Tweed, lembar data memang memiliki informasi tentang mode umum dan rentang tegangan output untuk catu daya tunggal. Lihat Gambar 13 di halaman 10 dari lembar data (kasing Anda adalah area segitiga biru). Input mode umum Anda praktis terhenti, sehingga segera setelah output Anda melebihi 0,7 V, batas terlampaui, dan perangkat Anda tidak akan berperilaku seperti yang ditentukan. Ini akan terjadi bahkan jika Anda mengubah Vref menjadi 2,5 V: batas output akan menjadi 3,2 V untuk tegangan input mode-umum menjadi tidak valid.