儀表放大器
儀表放大器(IA)放大其端點間的電壓差。它最適合放大疊加在大共模電壓上的小差動訊號。
Input 1R 3
+–
–
+
R 1
R 5
–+
R 2A1A2
A3
Output
R 4
R 6
Gain set
Gain set
Input 2增益由一個單一的電阻來決定。此電阻值由使用者提供。
V in 1 + V cm R G
V in 2 + V cm
V out = A cl (V in 2? V in 1)
輸出電壓是閉環路增益(由R G 設定)乘以輸入的電壓差。
儀表放大器
一些IA 提供了防護來減少雜訊的影響。在屏蔽上加了共模訊號,雜散電容的影響就有效地消除了。
防護在小訊號傳送放
大的應用上,如轉換
器介面以及麥克風前
置放大器,非常地有
用。
儀表放大器
AD522 是一個低雜訊的IA,它有一個數據防護的輸出連接到屏蔽,如圖所示。倚靠R G的變化,AD522 有一個從1 到1000 可程式的增益。頻率響應下降率為?20 dB/decade。
101001k10k100k1M f (Hz)
60 40 20 0 (dB)
Gain
G = 1000
G = 100
G = 10
G = 1
AD522 的頻率響應
隔離放大器
隔離放大器是為了在輸入以及輸出中間提供一個電氣隔離而設計的。這對危險的應用情況提供了保護。
一個典型的隔離放大器,
使用一個高頻已調變的
載波頻率來使一個低頻
訊號通過隔離障礙。
隔離放大器
ISO124 是一個電容耦合的隔離放大器,它使用脈衝頻寬調變來發送數據越過隔離障礙。
ISO124 有固定的單位增益並有1500
V rms的隔離能力等級。其頻率響應
定在50 kHz,但是因脈衝頻寬調變
產生的高頻漣波或許會在較高的輸
出頻率上看到。
輸出波形
隔離放大器
3656KG 是一個變壓器耦合的隔離放大器,它使用脈衝頻寬調變來發送數據越過隔離障礙。
3656KG可以同時有輸入及輸出
增益級。3656KG適用於病患監
聽應用,譬如ECG放大器。製造
商的規格表,會顯示較詳盡的各
種應用1的連接圖。
1參閱:http://https://www.doczj.com/doc/014922916.html,/lit/ds/symlink/3656.pdf
運算互導放大器
運算互導放大器(OTA)是一種電壓對電流的放大器。在FET 的例子中,互導等於輸出電流除以輸入電壓。因此,
正如FET ,一個放大器增益是由以下的式子來表示g m :out
m in
I g V =
和FET 不一樣的地方,OTA 有一個g m 可以藉由偏壓電流來「規劃」。因此增益可以藉由改變一個直流電壓來做電子式的改變。
L v m A g R =R L
R 1
–+R BIAS +V
V out
I out
I BIAS
–V
R 2
V in
OTA +V BIAS
在這個電路中,增益是由V BIAS 來控制的。
運算互導放大器
OTA 在傳統的運算放大器電路上加了一個控制測量。OTA 的應用包括電壓控制、低通或高通濾波器、電壓控制波形產生器,以及放大器、調變器、比較器、及史密特觸發器等。–+V out
V in
OTA V MOD
R L
10 k ΩR 1
R BIAS 56 k Ω
+9 V
–9 V
R 2
10 k Ω
10 k Ω50 mV
1 MHz
+10 V
+1 V
1 kHz
從教課書中的這個例子,一個振幅調變器如圖所示。
V out
對數放大器
二極體有個特性:跨在二極體上電壓與流經二極體的電流對數成正比。以一個實際的二極體,用線性以及對數的數據圖做一個比較:
I D (mA)
V D (V)
V D (V)
I D (mA)
0.60.70.8
0.50.40.30.2
0.10
06.07.08.01.05.02.04.03.00.60.70.8
0.50.40.30.20.10
0.010.001
10
0.11.0
對數放大器
當一個二極體被放在一個反相運算放大器的回授路徑時,其輸出的電壓與輸入電壓的對數成正比。增益會隨輸入電壓的增加而減少;因此這個放大器會壓縮訊號。
R 1
–+
Op-amp V out
+–
V F
I F
I in
V in
0 V
許多感測器,特別是光感測器,有個非常大的動態範圍輸出。光二極體的電流範圍可以超過5 個十進位。對數放大器能將小電流放大得比大電流更有效地壓縮資料,以備做進一步的處理。
對數放大器
當一個BJT 被使用在回授路徑,輸出不是以虛接地而是以基極接地做參考點。這樣就消除了補償及偏壓電流的誤差。對BJT 而言,在V out 等式中,以I EBO 取代I R :
()EBO 1
0.025 V ln
in
out
V V I R =?R 1
–+
Op-amp V out
+
–V BE
I C
I in V in
0 V
對數放大器已有IC 的封裝,而且較這裡顯示的基本對數放大器有更好的性能。舉例來說,MAX4206工作範圍超過5個十進位,也可以測量從10nA 到1mA 的電流量。
反對數放大器
一個反對數放大器產生的輸出與輸入值的次方成正比。實際上,它是對數放大器的相反。基本BJT 反對數放大器V out 的等式是:
EBO antilog
25 mV
in
out
f V V R I =?R f
–+
Op-amp V out
–
+V BE I C
V in
0 V
+–
反對數放大器也有IC 的封裝。舉例來說,Datel LA-8048是一個對數放大器,而Datel LA-8049則是它相應的反對數放大器。這些IC 設計在六個十進位的範圍內。
其它運算放大器電路
R L
R i
I i
–
+–
+
V IN
0 A
0 V I L = I i
定電流源
電壓對電流轉換器電流對電壓轉換器
峰值檢測器
I i
–
+0 V
V out
I i
R f
V in
+
–
I = 0
I L
R L
R 1
I 1V in
+
–
R 1
V out
R i
C
仪表放大器特点及作用 仪表放大器是一个特殊的差动放大器,具有超高输入阻抗,极其良好的CMRR,低输入偏移,低输出阻抗,能放大那些在共模电压下的信号。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定,而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的2个差分输入端施加输入信号,其增益即可由内部预置,也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。 一、仪表放大器特点 1、高共模抑制比 共模抑制比(CMRR)则是差模增益(Ad)与共模增益(Ac)之比,即:CMRR=20lg|Ad/Ac|dB;仪表放大器具有很高的共模抑制比,CMRR典型值为70~100dB 以上。 2、高输入阻抗 要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗,仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗都很高而且相互十分平衡,其典型值为109~1012Ω。 3、低噪声 由于仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压,因此仪表放大器不能把自身的噪声加到信号上,在1kHz条件下,折合到输入端的输入噪声要求小于10nV/Hz. 4、低线性误差 输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正,但是线性误差是器件固有缺陷,它不能由外部调整来消除。一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为0.01%,有的甚至低于0.0001%. 5、低失调电压和失调电压漂移 仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成,输入和输出失调电压典型值分别为100μV和2mV。 二、仪表放大器的作用 目前仪表放大器在多方面已经得到运用,典型应用如下:
电子线路CAD与电子工艺实训报告 第七组 仪表放大器的设计与制作 班级:电本0501 学号:0532110661 姓名:王德权 序号:16 指导教师:姜李张娟 2008年 1 月 16日
一.实训目的: 1掌握仪表放大器的结构原理: 2 熟练应用Protel99se设计电路原理图;并生成电路板图; 3 熟练掌握印制电路板的生成,了解如何刻板; 4 掌握基本焊接技术。 二.实训工具: Protel99se CircuitCAM 电烙铁 万用表 模拟电子试验箱(含有+12V电源,+0V---+0.5V电源) 其他必要检测设备 三.仪表放大器原理: 本仪器放大器是由三个OP27集成运算放大器组成,OP27的特点是低噪声,高速,低输入失调电压和卓越的共模抑制比。仪表放大器电路连接成比例运算的电路形式,因此具有很高的输入电阻。由于电路的结构对称,他们的漂移和失调都具有互相抵消的作用。后一个运算放大器组成差分放大器,将差分输入转换为单端输出。电容C用于除抖动和抗干扰。 工作原理: 由于v—→v+,因而加在R7两端的电压为(vI1—vI2),相应通过R7的电流i7=(vI1-vI2)/R7,由于i→0,因而vo1=i7R1+vI1,vo2=i7R2+vI2,当,R1=R2=R时,vo1-vo2=(1+2R/R7)(vI1-vI2)对U2而言,vo1加在反相输入端,vo2加在同相输入端,利用叠加原理的输出电压。vo=—(R5/R3)vo1+R6/(R4+R6)vo2(1+R5/R3)由于R3=R4,R5=R6因而 vo=—(R5/R3)(vo1-vo2)=—(R5/R3)(1+2R/R7)(vI1-vI2) 仪器放大器的差值电压增益:Avf=vo/(vI1-vI2)=—(R5/R3)(1+2R/R7)上式表明,改变R7可设定不同的Avf值。 仪器放大器的共模抑制比主要取决于第—级集成运放U1和U3的对称性和各电阻值的匹配精度。如果U1和U3对称,且各电阻值的匹配误差为→±0.001%,则仪器放大器的共模抑制比可达到100dB以上。 由于采用了对称的同相放大器,因而仪器放大器两输入端具有相同的输入电阻,且其值可达到几百MΩ以上。利用仪表放大对他的特性进行了实际的测量和具体数据进行了记录最大放大倍数为Av=100。经计算,本设计中仪表放大器的电压放大倍数A U=R5/R3(1+2R1/R2)=100,结果将在仿真中验证。 仪表放大器的结构特点:使仪表放大器成为一种高输入电阻,高共模抑制比,具有较低的失调电压,失调电流,噪声及飘移的放大器。在使用时R4,R5,R6,R7四个电阻要精密且匹配,否则将给放大器带来误差,而其将降低电路的共模抑制比。 四.实训步骤: (一)在Protel99se环境中绘制原理图、印制板图,生成CAM文件 1 、绘制电路原理图: 进入Protel99se SCH界面,绘制电路原理图,绘制原理图过程中注意元件的封装和名称,还有元件的布局,力求美观,完成之后,经电气检查无误后即可生成网络表。
三运放仪表放大器 摘要 本系统采用三个OP07双电源单集成运放芯片构成仪表放大器,此放大器能调节将输入差模信号放大100至200倍,同时具有高输入电阻和高共模抑制比,对不同幅值信号具有稳定的放大倍数;电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805等线性电源芯片组成,可输出+5V、+12V、-12V三路电压。 一、方案论证与比较 1.放大器电源的制作方法 方案一:本三运放仪表放大器系统采用集成运放OP07,由于OP07是双电源放大器,典型电源电压为,可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为OP07的电 源输入,开关电源具有的效率高,体积小,散热小,可靠性高等特点,但是因为其内部构造特性,使输出电压带有一定的噪声干扰,不能输出纯净稳定的电压。 方案二:采用线性电源稳压芯片78系列和79系列制作线性电源,使用多输出抽头变压器接入整流桥再接入稳压芯片,输出纯净的线性电源。 2.电源方案论证 本系统是一个测量放大系统,其信号要求纯净无噪声干扰,在系统中加入滤波器消除干扰的同时,我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。考虑到开关电源的输出电压不是十分纯净的,带有许多噪声干扰,而线性电源可以稳定输出电压值,虽然线性电源体积较大,效率较低,但是作为测量系统中,我们采用方案二来提高测量的精准度。 3.放大器制作方法 方案一:题目要求使输入信号放大100至200倍,可使用单运放构成比例运算放大电路, 按负反馈电阻比例运算进行放大,输出电压,此放大电路可以达到预定的放大倍数,但是其对共模信号抑制较差,容易出现波形失真等问题。 方案二:采用三运放构成仪表放大器,这是一种对弱信号放大的一种常用放大器,输出 电压。 4.放大器方案论证 在测量系统中,通常被测物理量均通过传感器转换为电信号,然后进行放大,因此,传感器的输出是放大器的信号源。然而,多数传感器的等效电阻均不是常量,他们随所测物理量的变化而变。这样,对于放大器而言信号源内阻是变量,放大器的放大能力将随信号的大小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数,就必须使得放大器输入电阻加大,因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。 此外,传感器所获得的信号常为差模小信号,并含有较大的共模部分,期数值有时远大于差模信号。因此,要求放大器具有较强的共模信号抑制能力。 综上所述,采用方案二仪表放大器方案,仪表放大器除了具有足够的放大倍数外,还具有高输入电阻和高共模抑制比。 二、系统设计
Op Amp Circuit Collection AN-31
Practical Differentiator f c e 1 2q R2C1 f h e 1 2q R1C1 e 1 2q R2C2 f c m f h m f unity gain TL H 7057–9 Integrator V OUT e b 1 R1C1 t2 t1 V IN dt f c e 1 2q R1C1 R1e R2 For minimum offset error due to input bias current TL H 7057–10 Fast Integrator TL H 7057–11Current to Voltage Converter V OUT e l IN R1 For minimum error due to bias current R2e R1 TL H 7057–12 Circuit for Operating the LM101 without a Negative Supply TL H 7057–13Circuit for Generating the Second Positive Voltage TL H 7057–14
Neutralizing Input Capacitance to Optimize Response Time C N s R1 R2 C S TL H 7057–15 Integrator with Bias Current Compensation Adjust for zero integrator drift Current drift typically0 1 n A C over b55 C to125 C temperature range TL H 7057–16 Voltage Comparator for Driving DTL or TTL Integrated Circuits TL H 7057–17 Threshold Detector for Photodiodes TL H 7057–18 Double-Ended Limit Detector V OUT e4 6V for V LT s V IN s V UT V OUT e0V for V IN k V LT or V IN l V UT TL H 7057–19 Multiple Aperture Window Discriminator TL H 7057–20
仪表放大器的应用技巧摘 仪表放大器的应用技巧(摘)2019-05-06 00:39仪表放大器的应用技巧(摘) 长期以来,为仪表放大器供电的传统方法是采用双电源或双极性电源,这具有允许正负输入摆幅和输出摆幅的明显优势。随著元器件技术的发展,单电源工作已经成为现代仪表放大器一个越来越有用的特性。现在许多数据采集系统都是采用低电压单电源供电。对于单电源系统,有两个至关重要的特性。首先,仪表放大器的输入范围应当在正电源和负电源之间(或接地电压)扩展。其次,放大器的输出摆幅也应当接近电源电压的两端(R-R),提供一个与电源电压的任一端或地电位相差 100mV(或小于100mV)以内的输出摆幅(V-+0.1V~V+-0.1V)。比较起来,一个标准的双电源仪表放大器的输出摆幅只能与电源电压的任一端或地电位相差1V或2V以内。当采用5V单电源工作时,这些仪表放大器仅具有1V或2V输出电压摆幅,而真正的R-R输出仪表放大器能提供几乎与电源电压一样高的峰峰输出摆幅。另一个重要点是单电源或R-R仪表放大器采用双电源仍能工作(甚至更好)并且通常其工作电源电压比传统的双电源器件低。 电源解耦是一个经常被工程师忽视的重要细节。通常,旁路电容器(典型值为0.1μF)连接在每个IC的电源引脚和地之间。尽管通常情况适合,但是这在实际应用中可能无效或甚至产生比根本没有旁路电容器更坏的瞬态电压。因此考虑电路中的电流在何处产生,从何处返回和通过什么路径返回是很重要的问题。一旦确定,应当在地周围和其他信号路径周围旁路这些电流。 图1、电源旁路的推荐方法 图2、一个没有输入接地返回的AC耦合仪表放大器电路 通常,像运算放大器一样,大多数单片仪表放大器都有其以电源的一端或两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端解耦。这意味著对于每颗晶片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接一个旁路电容器,如图1所示。 1.输入接地返回的重要性 当使用仪表放大器电路时出现的一个最常见的应用问题是缺乏为仪表放大器的输入偏置电流提供一个DC返回路径。这通常发生在当仪表放
目录 一、绪言 (7) 二、电路设计 (8) 设计要求 (8) 设计方案 (8) 1、电路原理 (8) 2、主要器件选择 (9) 3、电路仿真 (10) 三、电路焊接 (13) 四、电路调试 (14) 1、仪表放大电路的调试 (14) 2、误差分析 (15) 五、心得体会 (18) 六、参考文献 (19)
绪言 智能仪表仪器通过传感器输入的信号,一般都具有“小”信号的特征:信号幅度很小(毫伏甚至微伏量级),且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号,电路处理的第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。放大的最主要目的不是增益,而是提高电路的信噪比;同时仪表放大器电路能够分辨的输入信号越小越好,动态范围越宽越好。仪表放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。本文从仪表放大器电路的结构、原理出发,设计出仪表放大器电路实现方案,通过分析,为以后进行电子电路实验提供一定的参考。 在同组成员张帅威、张智越的共同努力下,大家集思广益,深入探讨了实验过程中可能出现的各种问题,然后分工负责个部分的工作,我和张帅威负责前期的电路设计和器件的采购,后期的焊接由张智越完成,最后的调试由我们三个人共同完成。本报告在做实验以及其他同学提出的富有建设性意见的基础上由我编写,报告中难免会有不足或疏漏之处,还望大家指正为谢!
第一章电路设计 一、设计要求 1、电路放大倍数>3000倍 2、输入电阻>3000kΩ 3、输出电阻<300Ω 二、设计方案 1、电路原理 仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中,运放A1,A2为同相差分输入方式,同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗,减小电路对微弱输入信号的衰减;差分输入可以使电路只对差模信号放大,而对共模输入信号只起跟随作用,使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中,在CMRR要求不变情况下,可明显降低对电阻R3和R4,RF和R5的精度匹配要求,从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2,R3=R4,Rf=R5的条件下,图1电路的增益为:G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见,电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。
三运放仪表放大器工作原理分析 图1 所示的三运放仪表放大器看似为一种简单的结构,因为它使用已经存在了几十年的基本运算放大器(op amp)来获得差动输入信号。运算放大器的输入失调电压误差不难理解。运算放大器开环增益的定义没有改变。运算放大器共模抑制(CMR)的简单方法自运算放大器时代之初就已经有了。那么,问题出在哪里呢? 图1:三运放仪表放大器,其VCM 为共模电压,而VDIFF 为相同仪表放大器的差动输入。 单运算放大器和仪表放大器的共享CMR 方程式如下:本方程式中,G 相当于系统增益,VCM 为相对于接地电压同样施加于系统输入端的变化电压,而VOUT 为相对于变化VCM 值的系统输出电压变化。 在CMR 方面,运算放大器的内部活动很简单,其失调电压变化是唯一的问题。就仪表放大器而言,有两个影响器件CMR 的因素。第一个也是最重要的 因素是,涉及第三个放大器(图1,A3)电阻比率的平衡问题。例如,如果R1 等于R3,R2 等于R4,则理想状况下的三运放仪表放大器CMR 为无穷大。然而,我们还是要回到现实世界中来,研究R1、R2、R3 和R4 与仪表放大器CMR 的关系。 具体而言,将R1:R2 同R3:R4 匹配至关重要。结合A3,这4 个电阻从 A1 和A2 的输出减去并增益信号。电阻比之间的错配会在A3 输出端形成误差。方程式2 在这些电阻关系方面会形成CMR 误差:例如,如果R1、R2、R3 和R4 接近相同值,且R3:R4 等于R1/R2 的1.001,则该0.1%错配会带来仪表放大器CMR 的降低,从理想水平降至66dB 级别。 根据方程式1,仪表放大器CMR 随系统增益的增加而增加。这是一个非常
仪表放大器:三运放INA的基础操作简介许多工业和医疗应用在存在大共模电压和DC电位的情况下,都使用仪表放大器(INA)来调理小信号。三运算放大器(三运放)INA架构可执行该功能,其中输入级提供高输入阻抗,输出级过滤共模电压并提供差分电压。高阻抗与高共模抑制比的结合是流量传感器、温度传感器、称重装置、心电图(ECG)和血糖仪等众多传感器和生物计量应用的关键。 本文介绍了三运放INA的基础操作,分析了零漂移放大器的优点、RFI 输入滤波器、监测传感器健康和可编程增益放大器,并列举了传感器健康监测器和有源屏蔽驱动(acTIve shield guard drive)电路的应用范例。 三运放INA基础操作 INA本身的性质使其适用于调理小信号。其高阻抗与高共模抑制比的结合非常适合传感器应用。通过使用输入级的同相输入可实现高输入阻抗,无需靠任何反馈技巧(见图1)。三运放电路可消除共模电压,并以非常小的误差放大传感器信号,但必须考虑输入共模电压(VCM)和差分电压(VD),以免使INA的输入级达到饱和。
饱和的输入级可能看似对处理电路是正常的,但实际上却具有灾难性后果。通过使用具有轨到轨输入和输出(RRIO)配置的放大器来提供最大设计余量,有助于避免出现输入级饱和。以下讨论介绍了三运放INA的基本操作,并举例说明了放大器如何处理共模和差分信号。 图1是三运放INA的框图。按照设计,输入被分为共模电压VCM和差分电压VD。其中,VCM定义为两个输入的共用电压,是INA+与INA-之和的平均值,VD定义为INA+与INA-的净差。 式1: 式2给出了由于施加共模电压和差分电压而在INA输入引脚上产生的节点电压(INA+、INA-)。 式2: 在非饱和模式下,A1和A2的运放在增益设置电阻RG上施加差分电压,产生电流ID: 式3: 因此A1和A2的输出电压为:
仪表放大器电路设计技巧 Charles Kitchin,Lew Counts 美国模拟器件公司 长期以来,为仪表放大器供电的传统方法是采用双电源或双极性电源,这具有允许正负输入摆幅和输出摆幅的明显优势。随著元器件技术的发展,单电源工作已经成为现代仪表放大器一个越来越有用的特性。现在许多数据采集系统都是采用低电压单电源供电。对于单电源系统,有两个至关重要的特性。首先,仪表放大器的输入范围应当在正电源和负电源之间(或接地电压)扩展。其次,放大器的输出摆幅也应当接近电源电压的两端(R-R),提供一个与电源电压的任一端或地电位相差100mV(或小于100mV)以内的输出摆幅(V-+0.1V~V+-0.1V)。比较起来,一个标准的双电源仪表放大器的输出摆幅只能与电源电压的任一端或地电位相差1V或2V以内。当采用5V 单电源工作时,这些仪表放大器仅具有1V或2V输出电压摆幅,而真正的R-R输出仪表放大器能提供几乎与电源电压一样高的峰峰输出摆幅。另一个重要点是单电源或R-R仪表放大器采用双电源仍能工作(甚至更好)并且通常其工作电源电压比传统的双电源器件低。 电源解耦是一个经常被工程师忽视的重要细节。通常,旁路电容器(典型值为0.1μF)连接在每个IC的电源引脚和地之间。尽管通常情况适合,但是这在实际应用中可能无效或甚至产生比根本没有旁路电容器更坏的瞬态电压。因此考虑电路中的电流在何处产生,从何处返回和通过什麽路径返回是很重要的问题。一旦确定,应当在地周围和其他信号路径周围旁路这些电流。 通常,像运算放大器一样,大多数单片仪表放大器都有其以电源的一端或两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端解耦。这意味著对于每颗晶片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接一个旁路电容器,如图1所示。 图1、电源旁路的推荐方法 1.输入接地返回的重要性 当使用仪表放大器电路时出现的一个最常见的应用问题是缺乏为仪表放大器的输入偏置电流提供一个DC返回路径。这通常发生在当仪表放大器的输入是容性耦合时。图2示出这样一个电路。
三运放组成的仪表放大器电路分析 仪表放大器与运算放大器的区别是什么? 仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下,仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高,典型值≥109 ?。其输入偏置电流也应很低,典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样,其输出阻抗很低, 在低频段通常仅有几毫欧(m?)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输 出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是,仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络,它与其信号输入端隔离。对仪表放大器的两个差分输入端施 加输入信号,其增益既可由内部预置,也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置,该增益电阻器也与信号输入端隔离。 专用的仪表放大器价格通常比较贵,于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器?答案是肯定的。 使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示: 输出电压表达式如图中所示。 看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的?为何上述电路可以实现仪表放大器?下面我们就将探讨这些问题。在此之前,我们先来看如下我们很熟悉的差分电路: 如果R1 = R3,R2 = R4,则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1) 这一电路提供了仪表放大器功能,即放大差分信号的同时抑制共模信号,但它也有些缺陷。首先,同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 k?,而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍,即200 k?。因此,当电压施加到一个输入端而另一端接
地时,差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。(这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。)另外,这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密,否则,每个输入端的增益会有差异,直接影响共模抑制。例如,当增益等于 1 时,所有电阻值必须相等,在这些电阻器中只要有一只电阻值有 0.1% 失配,其CMR便下降到 66 dB(2000:1)。同样,如果源阻抗有 100 ?的不平衡将使CMR下降 6 dB。 为解决上述问题,我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示: 以上前置的两个运放作为电压跟随器使用,我们现在改为同相放大器,电路如下所示: 输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增加增益(A1 和 A2)时, 它对差分信号增加相同的增益,也对共模信号增加相同的增益。也就是说,上述电路相对于原电路共模抑制比并没有增加。 下面,要开始最巧妙的变化了!看电路先:
仪表放大器应用工程师指南(第三版)仪表放大器应用工程师指南 第一章仪表放大器的基本原理 前言 仪表放大器有时被错误地理解。并非所有用于仪器仪表的放大器都是仪表放大器,而且仪表放大器决不只用于仪器仪表。仪表放大器用于从电机控制到数据采集以及汽车系统等诸多领域。本书的目的是阐述什么是仪表放大器,它的工作原理怎样,如何使用它以及在何处使用它等基本问题。另外,本书还介绍了几种不同类型的仪表放大器。 仪表放大器与运算放大器的区别是什么, 仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大9多数情况下,仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高,典型值为 Ω10或更大。其输入偏置电流也很低,典型值为1nA至50 nA。与运算放大器一样,仪表放大器输出阻抗也很低,在低频段通常仅有几毫欧。 运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与运算放大器不同的是,仪表放大器使用一个与信号输入端隔离的内部反馈电阻网络。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号,其增益既可由内部预置,也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置,该增益电阻器也与信号输入端隔离。 图1-1所示的是一个电桥前置放大电路,即为一种典型的仪表放大器应用。当检测信号时,电桥电阻阻值改变,使电桥失去平衡并且在电桥两端产生一个差分的电压变化。该电桥的信号输出就是这种差分电压,且其直接连接到仪表放大器的输入端。此外,恒定的直流电压也施加到电桥的两输入端。这种直流电压通常在两输
入端是相等的或是共模的。仪表放大器的主要作用通常是抑制共模直流电压或对两输入端共模的任何其它电压,同时放大差分信号电压,即两输入端之间的电压差。 相反,如果若在该类应用中采用标准的运算放大器,那么它只会对信号电压和任何直流信号、噪声或其它共模电压进行简单放大。因此,信号会淹没在直流失调电压与噪声之中。正因为如此,即使最好的运算放大器也不能有效地提取微弱的信号。图1-2对比了运算放大器和仪表放大器输入特征之间的差别。信号放大与共模抑制(CMR) 仪表放大器是一种放大两输入信号电压之差而抑制对两输入端共模的任何信号的器件。因此,仪表放大器在从传感器和其它信号源提取微弱信号时提供非常重要的功能。 共模抑制(CMR) 是指抵消任何共模信号(两输入端电位相同)同时放大差模信号(两输入端的电位差)的特性,这是仪表放大器所提供的最重要的功能。直流和交流的共模抑制比都是仪表放大器的重要技术指标。使用现代任何质量合格的仪表放大
-14- 《国外电子元器件》2000年第6期2000年6月 图1INA118的内部电路 图2 INA118的引脚排列 精密低功耗仪表放大器INA118及其应用 信息产业部电子六所 杨昌金北京联合大学机电工程学院 王涛 Precision And Lo w Po wer Instrument Am p l if ier INA118 Yan g Chan gj in Wan g Tao 摘要:INA118是美国B -B 公司生产的精密仪表放大器,它在内部集成了输入保护电路,其增益可由外部可调增益电阻R g 进行调节。本文介绍了INA118的原理、特性及应用电路。关键词:共模抑制;频带宽度;增益;轨至轨;INA118分类号:TN 722文献标识码:B 文章编号:1006-6977(2000)06- 0014- 02 ●新特器件应用 1.概述 INA118是美国B -B 公司生产的精密仪表放 大器系列中的一种,它具有精度高、功耗低、共模抑制比高和工作频带宽等优点,适合对各种微小信号进行放大。INA118独特的电流反馈结构使得它在较高的增益下也能保持很高的频带宽度(G =100时带宽为70k Hz )。 INA118由三个运算放大器组成差分放大结构,其内部电路如图1所示。内置输入过压保护,且可通过外置不同大小的电阻实现不同的增益(从1 到1000),因而应用范围很广。 2.引脚图及引脚功能 INA118的引脚排列如图2所示。各引脚的功 能说明如表1所列。 3.电气参数 INA118的主要参数如下: ●最大偏移电压:50μV ;●最大温漂:0.5μV /℃;●最大输入基极电流:5nA ; ●最小共模抑制比:110dB ; ●输入过压保护电压:±40V ;●电源电压:±1.35V ~±18V ;●溃散电流:350μA ;●带宽:单位增益时为800k Hz ;●稳定时间:单位增益时为25μs ;●过载恢复时间:20μs ;●工作温度范围:-40℃~85℃;●封装形式:8脚D IP 或SO 。 4.工作原理 INA118由于内含输入保护电路,因此,如果输 入过载,保护电路将把 输入电流限制在1.5到5mA 的安全范围内,以保证后续电路的安全。 此外,输入保护电路还 能在无电源供电的情况
下面是我上月25号整理的,当时偶然发现我就趋值班的时间整理了一下,现在整理一下供大家点评。下面有下划线的地方是我修改过的(方括号[]内是原译和本人观点),我觉得这样比较通顺一点,正文中的黑体处属于准确性明显不足的地方。今天还发现了一个明显是错误的地方,呆会帖出来,大家看看是不是? 信号放大与 CMR [原译:仪表放大器是一种放大两输入信号电压之差而抑制对两输入端共模的任何信号的器件。----观点:原文说得好好的,但译出了一种洋味,特别是那个“对”字,纯属多余又影响理解。|| 原文:An instrumentation amplifier is a device that amplifies the dif ference between two input signal voltages while rejecting any signals that are common to both inputs. 抑制这两个输入端共模信号的器件,因此,仪表放大器在从传感器和其它信号源提取微弱信号时提供非常重要的功能。 共模抑制(CMR)是指抵消任何共模信号([原译:两输入端电位相同----观点:两个输入端的电位|| 原文:the same potential on both inputs])同时放大差模信号(两输入端的电位差)的特性,这是仪表放大器所提供的最重要的功能(阅读附注:也可以说是表现最突出、最有吸引力的功能/性能)。[原译:DC 和交流(AC)CMR 两者都是仪表放大器的重要技术指标----观点:意思没错,就是有点“涩”,翻译时加上CMR的中文意思更多方便更语言化一点,但那个“两者”是没有必要加进去了。|| 原文:Both dc and ac common-mode rejection are important in-amp specifications.]直流和交流的共模抑制CMR都是它的重要技术指标。[原译:使用现代任何质量合格的仪表放大器都能将由于DC 共模电压(即,出现在两输入端的DC 电压)产生的任何误差减小到80 dB 至120 dB。----观点:理由同上句,但读者要注意原文并没有说交流共模抑制也能达到8 0~120dB。|| 原文:Any errors due to dc common-mode voltage (i.e., dc v oltage present at both inputs) will be reduced 80 dB to 120 dB by any mo dern in-amp of decent quality 共模电压(即出现在两输入端的直流电压)产生的任何误差减小到80~120dB。 然而,[原译:如果AC CMR 不够大会产生一种很大的时变误差。因为它通常随着频率产生很大变化,所以要在仪表放大器的输出端消除它是困难的。幸好大多数现代单片集成电
运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用,来个“庖丁解牛”,希望各位从事电路板维修的同行,看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。 今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断”,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器(其实在维修中和大多数设计过程中,把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题)。
电源招聘专家使用仪表放大器的高性能加法器 随着仪表放大器价格的逐步下滑,它们可以为传统上采用运算放大器的应用提供更高的性能。图1中的运放加法器有一些缺点。首先,输入端为中低输入阻抗,这是由每个信号的输入电阻所决定的。当驱动信号源阻抗较大,或需要设计低阻驱动源时,这种结构会产生增益误差。另外,电路也没有共模抑制能力,因此输入端必须是单端的。最大增益的通道限制了整个系统的性能。一个通道的较高增益会产生较低带宽、较大失真,并增加系统所有通道上的噪声。为限制这些作用,即使低性能的加法器也需要高性能、大带宽的运放。 这款运放加法器的噪声增益为1+10,000/(10||10,000)。最高增益的输入信号以及10Ω阻抗决定了噪声增益,但所有的输入缓冲器都增加了偏移电压、增益误差、噪声与失真。你可以用仪表放大器增加输入阻抗,提高共模抑制能力。一只仪表放大器的输出电压与正、负输入端之间的压差成正比。 图1,一种采用单运放的典型加法器结构。 在RG脚连接一只电阻RGAIN,就可将此信号放大(图2)。输出电压产生于参考脚与输出脚之间。这种结构可以用参考脚将一个加法器结构中的多个信号级联起来。每个仪表放大器的增益可以设定为不同值。
电源招聘专家 图2,两只仪表放大器为该加法器电路提供了更多的输入阻抗。 图3,在高于300 Hz频率下,仪表放大器结构表现出更强的THD+N性能。 本系统比简单的运放加法器有多个优点。例如,每个输入端都有极高的输入阻抗,并有独立的共模抑制能力,它由连接到该通道上的仪表运放所决定。通道增益越高,则共模抑制越大,得到的误差越小。还可以使用仪表放大器的反相与非反相端,方便地加减信号;如果愿意,该放大器也可以使用差分输入信号。此外,每个信号的失真、噪声增益和带宽都与其它信号无关,从而有较低的偏移电压、增益误差、噪声和失真。图3的THD+N(总谐波失真加噪声)图表明,仪表放大器加法器的失真为运放加法器的五分之一,哪怕所用仪表放大器的带宽为1MHz,并工作在1mA,而运放带宽为8 MHz,工作在4.5mA。
§8.1 比 例运算电 路 8.1.1 反相比例电路 1. 基本电路 电压并联负反馈输入端虚短、虚断 特点: 反相端为虚地,所以共模输入可视为0,对运放共模抑制比要求低 输出电阻小,带负载能力强 要求放大倍数较大时,反馈电阻阻值高,稳定性差。 如果要求放大倍数100,R1=100K,Rf=10M 2. T型反馈网络(T型反馈网络的优点是什么?) 虚短、虚断
8.1.2 同相比例电路 1. 基本电路:电压串联负反馈 输入端虚短、虚断 特点: 输入电阻高,输出电阻小,带负载能力强 V-=V+=V i,所以共模输入等于输入信号,对运放的共模抑制比要求高 2. 电压跟随器 输入电阻大输出电阻小,能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2 加减运算电路 8.2.1 求和电路 1.反相求和电路 2.
虚短、虚断 特点:调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系 3.同相求和电路 4. 虚短、虚断 8.2.2 单运放和差电路
8.2.3 双运放和差电路 例1:设计一加减运算电路 设计一加减运算电路,使 V o=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解:用双运放实现
如果选Rf1=Rf2=100K,且R4= 100K 则:R1=50K R2=20K R5=10K 平衡电阻 R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K 例2:如图电路,求A vf,Ri 解: §8.3 积分电路和微分电路 8.3.1 积分电路 电容两端电压与电流的关系:
积分实验电路 积分电路的用途 将方波变为三角波(Vi:方波,频率500Hz,幅度1V)
运算放大器应用设计的几个技巧 一、如何实现微弱信号放大? 传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路,在这种应用中,一个典型的问题是传感器提供的电流非常低,在这种情况下,如何完成信号放大?张世龙指出,对于微弱信号的放大,只用单个放大器难以达到好的效果,必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段,而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构,包括传感器的方波激励,电流转电压放大器,和同步解调三部分。他表示,需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。 另有工程师朋友建议,在运放、电容、电阻的选择和布板时,要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充,如网友“1sword”建议: 1)电路设计时注意平衡的处理,尽量平衡,对于抑制干扰有效,这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。 2)推荐加金属屏蔽罩,将微弱信号部分罩起来(开个小模具),金属体接电路地,可以大大改善电路抗干扰能力。 3)对于传感器输出的nA?级,选择输入电流pA?级的运放即可。如果对速度没有多大的要求,运放也不贵。仪表放大器当然最好了,就是成本高些。 4)若选用非仪表运放,反馈电阻就不要太大了,M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大,中间加入简单的高通电路,抑制50Hz干扰。 二、运算放大器的偏置设置 在双电源运放在接成单电源电路时,工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择,比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好?有的网友建议用参考电压源,理由是精度高,此外还能提供较低的交流旁路,有的网友建议用电阻,理由是成本低而且方便,对此,张世龙没有特别指出用何种方式,只是强调双电源运放改成单电源电路时,如果采用基准电压的话,效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式,必须考虑电源纹波对系统的影响,这种用法噪声比较高,PSRR比较低。 三、如何解决运算放大器的零漂问题? 有网友指出,一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换,可是在传感器动态工作时,电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生,如何解决这个问题? 对此,网友“Frank”分析道,有几种可能性会导致零漂:1)反馈电容ESR特性不好,随电荷量的变化而变化;2)反馈电容两端未并上电阻,为了放大器的工作稳定,减少零漂,在反馈电容两端并上电阻,形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点;3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高,造成电荷泄露,导致零漂。 网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析,认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大,运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小,即反馈电阻的作用是为了防止漂移,稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话,也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑! 而嘉宾张世龙则建议,对于电荷放大器输出电压不归零的现象,一般采用如下办法来解决: 1)采用开关电容电路的技巧,使用CDS采样方式可以有效消除offset电压;2)采用同步检测电路结构,可以有效消除offset电压。
如何选择仪表放大器_仪表放大器的选择分析 什么是仪表放大器这是一个特殊的差动放大器,具有超高输入阻抗,极其良好的CMRR,低输入偏移,低输出阻抗,能放大那些在共模电压下的信号。 随着电子技术的飞速发展,运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大器是一种精密差分电压放大器,它源于运算放大器,且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部,其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定,而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的 2 个差分输入端施加输入信号,其增益即可由内部预置,也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。 仪表放大器构成原理仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中,运放A1,A2为同相差分输入方式,同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗,减小电路对微弱输入信号的衰减;差分输入可以使电路只对差模信号放大,而对共模输入信号只起跟随作用,使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中,在CMRR 要求不变情况下,可明显降低对电阻R3和R4,Rf和R5的精度匹配要求,从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2,R3=R4,Rf=R5的条件下,图1电路的增益为:G=(1+2R1/Rg)Rf/R3。由公式可见,电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。 仪表放大器特点●高共模抑制比 共模抑制比(CMRR)则是差模增益(A d)与共模增益(Ac)之比,即:CMRR = 20lg
一、仪表放大器概述 1、仪表放大器的概念 仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,具有差分输出和相对参考端的单端输出,随着电子技术的飞速发展,仪表放大器也得到广泛的应用。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部,其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移、增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面备受青睐。 2、仪表放大器的特点 仪表放大器主要以下三方面的特点:(1)低输入偏置电流和低失调电流误差。仪表放大器具有偏置电流流入和流出的两个输入端;对于双极型输入仪表放大器是基极电流;对于场效应管(FET)输入仪表放大器是栅极漏电流。这个偏置电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差,输入失调电流误差被定义为流过两个输入端的偏置电流之间的失配程度,双极型输入仪表放大器的偏置电流典型值为1 nA至50 nA;而FET输入仪表放大器的偏置电流在室温下的典型值为1 pA至50 pA。 (2)低噪声。因为仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压,所以它绝对不能把自身的噪声信号加到信号电压 仪表放大器及其应用问题研究 梅玉芳 四川自贡电业局 上,在1 kHz(增益大于100)的条件下,折合到输入端(RTI)的最小输入噪声为10 nV/√Hz是允许的,微功耗仪表放大器适合于尽可能最低的输入电流,通常比输入电流较大的仪表放大器具有较高的噪声。 (3)低非线性。输入失调和比例系数误差都能通过外部调整来修正,但是非线性是器件的固有的性能限制,所以它不能由外部调整来消除,低非线性误差必须由仪表放大器生产厂家的结构设计来保证。非线性通常规定为在正满度电压与负满度电压及零电压条件下,厂家测量仪表放大器的误差占满度的百分数,对于一个高质量的仪表放大器典型的非线性误差为0.01%,有的甚至低于0.0001%。 二、仪表放大器的技术原理 1、仪表放大器与运算放大器的区别 仪表放大器是一种具有差分输入和相 对参考端单端输出的闭环增益单元,大多数情况下,仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高,典型值 ≥109Ω。其输入偏置电流也应很低,典型值为1 nA 至50 nA,与运算放大器一样,其输出阻抗很低,在低频段通常仅有几毫欧(mΩ)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定,与放大器不同的是,仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络,它与其信号输入端隔离,对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号,其增益既可由内部预置,也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置,该增益电阻器也与信号输入端隔离。2、信号放大与CMR仪表放大器是一种放大两输入信号电压之差而抑制对两输入端共模的任何信号的器件。因此,仪表放大器在从传感器和其它信号源提取微弱信号时提供非常重 要的功能,共模抑制(CMR)是指抵 消任何共模信号(两输入端电位相同)同时放大差模信号(两输入端的电位差)的特性,这是仪表放大器所提供的最重要的功能。DC和交流(AC)CMR两者都是仪表放大器的重要技术指标。使用现代任何质量合格的仪表放大器都能将由于DC共模电压(即出现在两输入端的DC电压)产生的任何误差减小到80dB至120dB。然而,如果AC CMR不够大,会产生一种很大的时变误差,因为它通常随着频率产生很大变化,所 以要在仪表放大器的输出端消除它是困难的,幸好大多数现代单片集成电路(IC)仪表放大器提供了优良的 AC CMR 和 DC CMR。 共模增益(ACM)是指输出电压变化与共模输入电压变化之比,它与CMR有关。ACM是指两个输入端施加共模电压时从输入到输出的净增益(衰减)。例如,一个仪表放大器的共模增益为 1/1000,其输入端的10V共模电压在其输出端会呈现出10mV的变化,差模增益或常模增益(AD)是指两个输入端施加(或跨接)不同的电压时输入与输出之间的电压增益。共模抑制比(CMRR)是指AD与ACM 之比。另外,在理想的仪表放大器中,CMRR将成比例随增益增加,CMR通常是在给定频率和规定不平衡源阻抗条件下(例如,60 Hz频率,1 kΩ 不平衡源阻抗)对满度范围共模电压(CMV)的变化规定的。 三、AD632仪表放大器的应用1、功能特性AD623是美国ADI公司最新推出的一种低价格、单电源、输出摆幅能达到电源电压(通常称之为电源限输出,即rail-to-rail output)的仪表放大器。AD623的主要特点是:(1)使用一只外接电阻设置增益G,使G可高达1000,从而给用户带来了极大方便;(2)具有优良的直流特性;(3)具有优良的共模抑制比CMRR(且它随增益增加而增加,使误差最小);(4)其输入共模范围很宽,允许比地电位低150mV的共模电压,单电源供电(+3. 0~-12V)能达到最佳性能,双电源供电(±2. 5 ~±6.0V)也能提供优良的性能;(5)低功耗 (电源电流最大575μA)、宽电源范围和电源限输出特性非常适合电池供电的应用场合;(6)可取代分立器件构成的仪表放大器,具有线性度优良、温度稳定性高和体