仪表放大器应用技术(高光天主编)思维导图

仪表放大器的正确使用方法发表于2008/7/12 21:40:05仪表放大器的正确使用方法****************************************************************这篇文章转载自/article-2765-儀表放大器的正確使用方法-Asia.html(12月1日 2005 年)作者：ChaCMRrles Kitchin及Lew Counts，Analog Devices****************************************************************仪表放大器（instrumentation amplifier）被广泛地应用在现实世界中的资料截取。

然而，设计工程师在使用它们时，却经常会出现不当使用的情形。

具体来说，尽管现代仪表放大器具有优异的共模抑制（common-mode rejection，CMR），但设计工程师必须限制总共模电压及信号电压，以避免放大器内部输入缓衝的饱和。

不幸的是，设计工程师经常忽略此一要求。

其他常见的应用问题则是由以下因素所引起的，包括以高阻抗源驱动仪表放大器的基准端；在增益很高的情况下来操作低供应电压的仪表放大器电路；仪表放大器输入端与交流耦合，但却没有提供直流对地的返回路径；以及使用不匹配的 RC 输入耦合元件。

仪表放大器快速入门仪表放大器是具有差分输入和单端输出的闭环增益电路区块。

仪表放大器一般还有一个基准输入端，以便让使用者可以对输出电压进行上或下的位准移位（level-shift）。

使用者还可以一个或多个的内部或外部电阻来设定增益。

图 1 是一个桥式前置放大器（bridge-preamplifier）电路，这是一种典型的仪表放大器应用电路。

当检测到讯号时，该桥式电阻（bridge-resistor）值即改变，使得桥的平衡被破坏，而引起它的差分电压改变。

此一信号输出即是差分电压，它可以直接连接到仪表放大器的输入端。

²1²图7.1.1 放大器在测量系统中的位置 7 谱仪放大器7.1 概 述7.1.1 放大器在核测量系统中的作用前面阐明了前置放大器的功能是解决和探测器的配合以及对探测器信号进行初步放大和处理。

但是前置放大器输出的脉冲幅度和波形并不适合后面分析测量设备（单道分析器、多道分析器等）的要求。

所以对信号还需要进一步放大和成形，在放大和成形的过程中必须严格保持探测器输出的有用信息(如射线的能量信息和时间信息)，尽可能减少它们的失真。

这样一个放大和成形任就由放大器来完成。

本章重点讨论用于核辐射能谱仪中的放大器，通常也称为谱仪放大器，或相对于前置放大器，称之为主放大器。

图7.1.1给出了放大器在测量系统中具体位置。

通常在能谱测量中所用的放大器，主要看其在能谱测量中对能量分辨率的影响大小，尽可能降低它的影响，以至可以忽略不计。

现在谱仪放大器的性能也日益完善，发展了滤波成形技术、基线恢复、堆积拒绝技术，建立了适用于高计数率高能量分辨率的谱仪放大器，较好地满足了核辐射能谱测量的需要。

放大器的输出信号要适应分析测量设备的要求，必须解决两个问题。

一个是把小信号放大到需要的幅度。

另一个是改造信号形状，通常称为滤波成形， 目的是放大有用的信号，降低噪声，提高信号噪声比，适合于后续电路的测量。

当然在这个过程中尽可能不损失有用的信息。

为了说明放大器的任务，这里举一个简单的例子。

图7.1.2（a ）所示的波形为前置放大器的输出信号，其尾部衰减时间常数通常在几十微秒以上，而上升时间通常为几十纳秒左右。

这样的堆积信号是很难进行放大的，因为信号很容易使放大器阻塞而失去放大功能，而且后面分析测量设备也无法进行正常的分析及处理。

如果让信号通过一个由电阻R ，电容C 组成的微分电路，其RC 时间常数远小于信号的衰减时间常数，就可以使堆积的信号分开，并从基线开始增长，如图7.1.2（b ）所示的波形。

这就是简单的滤波成形电路。

现代电子技术第四章 仪表放大器和隔离放大器第一节 仪表放大器 一、仪表放大器定义：仪表放大器是一种闭环、差动输入的增益单元，用来精确地放大输入信号电压。

我们可以认为仪表放大器就是应用在需要精确测量输入信号的场合，将待测信号精确放大后传递给信号处理的下一级。

二、仪表放大器的主要特点 1.理想的仪表放大器可以精确放大两输入信号的差值，因此两输入端之间及每个输入端对地之间均有极高的阻抗；2.放大器的输出对地呈单端状态（单端输出），且精确等于放大器增益乘两输入电压之差；3.理想的仪表放大器具有无限大的输入阻抗和零输出阻抗，增益A 已知且可以设定，没有非线性问题，带宽可以认为无限宽，完全的共模抑制，无直流漂移。

三、仪表放大器的应用领域各类传感器的的前置放大器、多路缓冲器、电流传感器、伺服误差放大器以及过程控制和数据获取系统中的信号调节器。

四、仪表放大器的工作原理典型的仪表放大器如图2-1所示，它由三个运算放大器组成，A 1和A 2是输入级，A 3是差动级。

II O图2-1 典型的仪表放大器结构增益的计算：A 1部分：由虚短虚断概念可得：GI I G I I O R V V R R V V 2121-=+-（2-1） GI I G I I G I O R R V R V V R R V ++-=+2211（2-2）两边同乘以G I R R +则()()GI G I I G I O R V R V V R R V 2211⋅+-+=（2-3） 整理得()()211211I I GI I I G I I G G I O V V R R V V R R V R R R V -+=-+=（2-4） A 2部分： 由对称性可得()()122122I I GII I I G II I G G II O V V R R V V R R V R R R V -+=-+=（2-5） 而输出()()()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=---+-=-G I G II I I I I I I G I I I G II I I O O R R R R V V V V V V R R V V R R V V V V 121221121212（2-6） ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-=-G II I I I O O R R R V V V V 11212（2-7） 对输出级有在A 2部分：2323O p V R R R V +=（2-8） 在A 1部分：321R V V R V V O p pO -=-（2-9）()p O O V R R V R V R 32213+=+（2-10）（2-8）代入（2-10）：()1232O O O V V R V R -=（2-11）()()122312231I I G III O O O V V R R R R R V V R R V -⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=-=（2-12） 设32R R = 可得增益GII II I O R R R V V V ++=-112（2-13）可见，仪表放大器的闭环增益可以由R I ，R II和R G来决定。

摘要：本文在介绍了低噪声可变增益仪表放大器ad623的特点和工作原理的基础上，进一步介绍了以ad623为核心的放大电路的数采系统。

该数采系统提高了数据采集系统的处理能力，降低了系统的功耗，同时改善了系统采集信号的信噪比。

关键词：ad623，增益，低噪声，数采系统1引言1.1 ad623简介ad623 是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源( + 3v～ + 12v) 下提供满电源幅度的输出,ad623 允许使用单个增益设置电阻进行增益编程,以得到良好的用户灵活性。

在无外接电阻的条件下,ad623 被设置为单位增益;外接电阻后,ad623 可编程设置增益,其增益最高可达1000 倍。

ad623 通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比(ac cmrr) 而保持最小的误差,线路噪声及谐波将由于共模抑制比在高达200hz 时仍保持恒定而受到抑制。

虽然ad623 在单电源方式进行优化设计,但当它工作于双电源( ±2. 5～±6v) 时,仍能提供优良的性能。

低功耗(3v 时1. 5mw) 、宽电源电压范围、满电源幅度输出。

其引脚排列如图1所示。

图1 ad623引脚排列1.2 ad623 工作原理图2 为ad623 的原理图。

输入信号加到作为电压缓冲器的pnp 晶体管上,并且提供一个共模信号到输入放大器,每个放大器接入一个精确的50kω的反馈电阻,以保证增益可编程。

差分输出为:然后差分电压通过输出放大器转变为单端电压。

6 脚的输出电压以5 脚的电位为基准进行测量。

基准端(5脚) 的阻抗是100kω ,在需要电压/ 电流转换的应用中仅仅需要在5 脚与6 脚之间连接一只小电阻。

+vs 和- vs 接双极性电源(vs = ±2. 5v～±6v)或单电源( + vs = 3. 0v～12v , - vs = 0) 。

靠近电源引脚处加电容去耦。

去耦电容最好选用0. 1μf 的瓷片电容和10μf 的钽电解电容。

湖南文理学院课程设计报告课程名称：电子技术设计与工艺实习院部：电气与信息工程学院专业班级：自动化10102班学生姓名：指导教师：完成时间： 2012.06.11报告成绩：摘要放大器是电子系统的重要组成部分，了解和掌握放大器对于学习和应用电子系统有很大的帮助。

信号检测中的放大电路有很多种类型，实际系统中常采用的有测量放大器和隔离放大器。

测量放大器主要是实现对微信号的测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路实现对微弱电压信号的放大。

本次课程设计一仪用放大器及其所用的稳压电源。

用集成运放OP07设计的仪用放大电路的放大倍数要在一定范围内可调，具有高共模抑制比，通频带在0～10Hz之间，能克服温漂、零漂的影响，并且能够实现由单相220V交流电压供给电路+12V电源和-12V电源。

借助Multisim2001和Proteus仿真软件对电路的最大输出电压、放大倍数、共模抑制能力以及通频带进行分析。

通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预期目的。

关键词：仪用放大器；集成运放OP07；通频带；高共模抑制能力；稳压电源AbstractThe amplifier is an electronic system important constituent, understand and master the amplifier to the study and application of electronic system has a great help.Signal detection in the amplifying circuit has many types, the actual system often used in measuring amplifier and isolation amplifier.Measuring amplifier is mainly realized on micro signal measurement, mainly through the use of integrated operational amplifier composition measurement amplification circuit for weak voltage signal amplification.This course is designed to an instrument amplifier and the voltage stabilizing power supply.Integrated operational amplifier OP07 design instrument amplification circuit to the magnification can be adjusted in a certain range, has high common-mode rejection ratio, pass band between 0 ～10Hz, can overcome the temperature drift, zero drift effects, and can achieve by 220V single-phase AC voltage supply circuit +12V and the -12V power supply.With the help of Multisim2001 and Proteus simulation software to the maximum output voltage of the circuit, amplification, common-mode rejection ability as well as the pass band analysis.Through analysis of simulation verifies the correctness of the design, to achieve the desired objective of the design.Key words:instrumentation amplifier; integrated operational amplifier OP07; band; high common-mode rejection; regulated power supply目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (1)第一章直流稳压源的设计 (1)1.1电路设计原理 (1)1.2降压部分 (1)1.3整流部分 (1)1.4滤波部分 (2)1.5 稳压部分 (3)第二章仪用放大器的设计 (4)2.1设计原理 (4)2.2设计方案及实现 (5)2.2.1方案论证与比较 (5)2.2.2方案的比较 (8)2.2.3器件选择 (8)2.3仪用放大器放大的原理 (9)第三章仪表放大电路主要性能指标分析 (11)3.1仪表放大器电路参数计算 (11)3.1.1差模放大倍数 (11)3.2仪用放大电路主要性能指标 (11)3..2.1最大输出电压 (11)3.3.2共模抑制能力分析 (12)3.3.3通频带分析 (12)总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录1 仪用放大电路元件明细表 (28)附录2 放大电路的电路图 (29)第一章直流稳压源的设计电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路的稳定性和可靠性。

仪表放大器与运算放大器的区别是什么？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 Ω。

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。

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 kΩ，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 kΩ。

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）。

在这些应用中，信号源的输出阻抗常常达几kΩ或更大，因此，仪表放大器的输入阻抗非常大—-通常达数GΩ，它工作在DC到约1 MHz之间。

在更高频率处,输入容抗的问题比输入阻抗更大。

高速应用通常采用差分放大器，差分放大器速度更快，但输入阻抗要低.仪表放大器(又称测量放大器）测量噪声环境下的小信号。

噪声通常是共模噪声，所以,当信号是差分时,仪表放大器利用其共模抑制(CMR）将需要的信号从噪声中分离出来。

运放的关键参数设计工程师确定放大器时，主要关心的是电源电流、–3dB带宽、共模抑制比(CMRR)、输入电压补偿和补偿电压温漂、噪声(指输入）以及输入偏置电流.三运放仪表放大器的内部结构大多数仪表放大器采用3个运算放大器排成两级：一个由两运放组成的前置放大器，后面跟一个差分放大器（图1a).前置放大器提供高输入阻抗、低噪声和增益.差分放大器抑制共模噪声，还能在需要时提供一定的附加增益。

图1二运放仪表放大器结构可以采用具有两个运放的较少元器件的结构替代（图1b)，但有两个缺点。

首先，不对称的结构使CMRR较低，特别是高频时.其次，由于第一级的增益量有限。

输出误差反馈回输入端,导致相对输入的噪声和补偿误差更大。

什么是RFI整流？如何预防？传感器与仪表放大器之间的长引线会引起RF。

仪表放大器随之将此RF整流为DC偏移。

图2给出了一个方案，可在RF到达仪表放大器前就将其滤掉。

元件R1a和C1a在同相端构成一低通滤波器,R1b和C1b在反相端同样构成低通滤波器。

图2这两个低通滤波器截止频率的很好匹配很重要.否则，共模信号将会被转换为差分信号.C2在高频段将输入“短路”,能在一定程度上降低这种要求，C2值的大小应该至少为C1的10倍。

虽然如此，C1a和C1b的匹配仍很关键，应该选用±5％C0G薄膜电容。

该滤波器的差分带宽为［1/2πR(2C2 + C1)］,共模带宽为［1/2πR1C1)］。

购买单片放大器和用运放构建一个仪表放大器两者的利弊是什么?用分立运放构建一个仪表放大器的最主要理由是在市面上找不到所需要的仪表放大器。

仪表放大电路设计一、实验目的1．进一步了解运算放大电路的应用。

2．掌握仪表放大电路的调试及测量方法。

二、实验电路原理在自动控制和非电量系统中，常用各种传感器将非电量（温度、应变、压力等）的变化变换为电压信号，而后输入系统。

但这种电信号的变化非常小（一般只有几毫伏到几十毫伏），所以要将电信号加以放大，有的甚至放大上千倍或上万倍，因此都采用这种仪表放大电路（如图1所示）。

电路有两级放大级，第一级由A1、A2组成，他们都是同相输入，输入电阻高，并且由于电路结构对称，可抑制零点漂移；第二级由A3组成差动放大电路，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。

如果R2=R3、R4=R5、R6=R7改变R1的电阻阻值，即可调节放大倍数。

图1 仪表放大电路三、实验设备1.±12V 直流电源 4.直流电压表2.函数信号发生器 5.μA741x3、二极管、电阻器等3.双踪示波器（另配）四、实验内容及步骤1．检查芯片对照如图2所示检查芯片，先搭接成反相放大电路。

V I=0.1V、R1=10kΩ、R f=100kΩ、R2=10kΩ，测量V O的幅值。

2．μA741芯片检查无误后，按仪表放大电路图11-1搭接电路，令f=1kHz，V I1= V I2=0V，用数字万用表测量V O1=V O2=V O。

3．单端输入，v I1=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压v O的值。

4．双端输入，v I1=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压v O的值。

五、报告要求1．计算仪表放大电路的A V的值与理论值比较。

2．掌握仪表放大电路的应用范围。

图2 反相放大电路六、预习要求1.复习仪表放大电路的工作原理，推导出A V的计算关系式。

2.了解仪表放大电路在精密测量和控制系统中的应用范围。

Chapter-1: IN-AMP BASICS第一章第一章：：仪表放大器基本原理1. INTRODUCTION简介Instrumentation amplifiers (in-amps) are sometimes misunderstood. Not all amplifiers used in instrumentation applications are instrumentation amplifiers, and by no means are all in-amps used only in instrumentation applications. In-amps are used in many applications, from motor control to data acquisition to automotive. The intent of this guide is to explain the fundamentals of what an instrumentation amplifier is, how it operates, and how and where to use it. In addition, several different categories of instrumentation amplifiers are addressed in this guide.仪表放大器经常被误解。

并非所有用在仪器仪表应用中的放大器都是仪表放大器；也绝非所有仪表放大器只能应用于仪器仪表应用中。

仪表放大器应用于多种应用领域，从马达控制到汽车业的数据采集，等等。

本文目的就是解释什么是仪表放大器、仪表放大器如何工作、又如何应用，等等一系列基础知识。

此外，本文附有不同种类的仪表放大器供查询。

2. IN-AMPS vs. OP AMPS: WHAT ARE THE DIFFERENCES?仪表放大器 --- 运算放大器运算放大器：：区别何在区别何在？？An instrumentation amplifier is a closed-loop gain block that has a differential input and an output that is single-ended with respect to a reference terminal. Most commonly, the impedances of the two input terminals are balanced and have high values, typically 109Ω, or greater. The input bias currents should also be low, typically 1 nA to 50 nA. As with op amps, output impedance is very low, nominally only a few milliohms, at low frequencies.仪表放大器为闭环增益模块，为差动输入、单端输出（相对于参考端）。

基本仪表放大器的电路图原理仪表放大器电路以其高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移等特点在传感器输出的小信号放大领域得到了广泛的应用。

在阐述仪表放大器电路结构、原理的基础上，基于不同电子元器件设计了四种仪表放大器电路实现方案。

通过仿真与实际电路性能指标的测试、分析、比较，总结出各种电路方案的特点，为电路设计初学者提供一定的参考借鉴。

0引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，设计出四种仪表放大器电路实现方案，通过分析、比较，给出每一种电路方案的特点，为电路设计爱好者、学生进行电子电路实验提供一定的参考。

1仪表放大器电路的构成及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。

图1仪表放大器典型结构2仪表放大器电路设计2．1仪表放大器电路实现方案目前，仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由分立元件组合而成；另一类由单片集成芯片直接实现。

仪表放大器及应用１概述仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点。

差分放大器和仪表放大器所采用的基础部件范文先生网收集整理运算放大器基本相同，它们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。

标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；而差分放大器和仪表放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比ＣＭＲ。

它们通常不需要外部反馈网络。

用分离元件构建仪表放大器ＩＡ需要花费很多的时间和精力，而采用集成仪表放大器ＩＡ或差分放大器则是一种简便而又可行的替换方案。

为了更好的理解仪表放大器ＩＡ，了解共模抑制比ＣＭＲ的重要性，这里以图１所示的惠斯通电桥变送器来进行说明，图１中，Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５ｋΩ，激励电压Ｖｅｘ为１０Ｖ。

这样，在空载条件下，对电桥进行计算可得Ｖ１＝ＶｅｘＲ２／Ｒ２＋Ｒ１，Ｖ１＝５ＶＶ２＝ＶｅｘＲ３／Ｒ３＋Ｒ４，Ｖ２＝５Ｖ所以Ｖ＝Ｖ１－Ｖ２＝５Ｖ－５Ｖ＝０Ｖ变送器输出就是电桥两个输出端的电压差ΔＶ。

假定有某个激励加在电桥的４个活动臂上，并使得Ｒ１和Ｒ４的值有所增加，同时Ｒ２和Ｒ３的值有所减少；此时若取Ｒ１＝Ｒ４＝５００１Ω，Ｒ２＝Ｒ３＝４９９９Ω４．９９９Ｖ，实际上，人们所关心的信号是ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２＝２ｍＶ。

因此，通过对共模电压ＣＭＶ进行计算可知即便电桥不平衡，共模电压ＣＭＶ仍然等于Ｖ１＋Ｖ２,／２＝５Ｖ。

理想情况下，此电路的输出是Ｖｏ＝ΔＶ·Ｇａｉｎ。

上述计算表明，在有大的共模信号时，测量一个微弱的电压信号比较困难；而ΔＶ以ｍＶ为单位则可通过测量两个较大的电压信号Ｖ２与Ｖ１来获得，这两个电压均可在伏特级。

２。

基本仪表放大器的电路图原理仪表放大器电路以其高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移等特点在传感器输出的小信号放大领域得到了广泛的应用。

在阐述仪表放大器电路结构、原理的基础上，基于不同电子元器件设计了四种仪表放大器电路实现方案。

通过仿真与实际电路性能指标的测试、分析、比较，总结出各种电路方案的特点，为电路设计初学者提供一定的参考借鉴。

0引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，设计出四种仪表放大器电路实现方案，通过分析、比较，给出每一种电路方案的特点，为电路设计爱好者、学生进行电子电路实验提供一定的参考。

1仪表放大器电路的构成及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。

图1仪表放大器典型结构2仪表放大器电路设计2．1仪表放大器电路实现方案目前，仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由分立元件组合而成；另一类由单片集成芯片直接实现。

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。