必须收藏的仪表放大器设计及经典应用方案汇总

仪表放大器MCP6N11入门及应用案例分析MCP6N11仪表放大器(INA)具有使能/VOS校准引脚(EN/CAL)和几个最小增益选项。

它针对单电源操作进行了优化，支持轨到轨输入(无共模交越失真)和输出性能。

两个外部电阻可用于设置增益，从而最大程度降低增益误差和温度漂移。

参考电压(VREF)可以对输出电压(VOUT)电平移位。

供电电压范围(1.8V至5.5V)足够低，可以支持许多便携式应用。

所有器件在-40°C至+125°C的温度范围内完全满足电气规范。

这些器件具有5个最小增益选项(1、2、5、10或100 V/V)。

这使用户可以针对不同应用来优化输入失调电压和输入噪声。

特性轨到轨输入和输出可通过2个外部电阻设置增益最小增益(GMIN)选项：1、2、5、10或100 V/V共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，CMRR)：115 dB(典型值，GMIN = 100)电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio，PSRR)：112 dB(典型值，GMIN = 100)带宽：500 kHz(典型值，增益= GMIN)供电电流：800ìA/通道(典型值)单通道使能/VOS校准引脚：(EN/CAL)电源：1.8V至5.5V扩展级温度范围：-40°C至+125°C典型应用高端电流传感器惠斯通电桥传感器带电平移位功能的差分放大器电源控制环路设计辅助工具Microchip高级器件选型器(MAPS)演示板应用笔记引脚分配图1模拟信号输入同相和反相输入(VIP和VIM)是低偏置电流的高阻抗CMOS输入。

2模拟反馈输入模拟反馈输入(VFG)是第二个输入级的反相输入。

外部反馈元件(RF和RG)连接到该引脚。

它是带低偏置电流的高阻抗CMOS输入。

3模拟参考输入模拟参考输入(VREF)是第二个输入级的同相输入;它可以将VOUT移位到其所需范围。

仪表放大器优势_仪表放大器典型应用及实例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。

本文首先介绍了仪表放大器的原理及特点，其次介绍了仪表放大器的优势，最后介绍了仪表放大器典型应用及实例。

仪表放大器的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，使得共模抑制比得到提高。

这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在共模抑制比要求不变情况下，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：Au=（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，仪表放大器典型结构见图1。

仪表放大器的特点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、低噪声、低线性误差、低失调电压和失调电压漂移、低输入偏置电流和失调电流误差等特点。

仪表放大器的优势1、高共模抑制比仪表放大器具有能够消除任何共模信号（两输入端电位相同）而放大差模信号（两输入端电位不同）的特性。

为了使仪表放大器能正常工作，要求它既能放大微伏级差模信号，同时又能抑制几伏的共模信号，实现这种功能的仪表放大器必须具有很高的共模抑制能力。

共模抑制比的典型值为70- 100dB.通常，在高增益时，CMRR 的性能会得到改善，即。

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>3000kΩ3、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／RgRf／R3..由公式可见;电路增益的调节可以通过改变Rg 阻值实现..2、主要器件选择1运放OP07OP07芯片是一种低噪声;非斩波稳零的双极性双电源供电运算放大器集成电路..由于OP07具有非常低的输入失调电压对OP07A最大为25μV;所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施..OP07同时具有输入偏置电流低OP07A为±2nA和开环增益高对于OP07A为300V/mV的特点;这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等面..（2）OP07特点：A.超低偏移：150μV最大..B.低输入偏置电流： 1.8nA ..C.低失调电压漂移：0.5μV/℃; 超稳定..D.时间：2μV/month..E.最大高电源电压范围：±3V至±22V..3OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡调零端;2为反向输入端;3为正向输入端4接地;5空脚 6为输出;图2 OP07管脚图7接电源“+”;如图2..3、电路仿真1电路图的绘制根据所查资料用multisim11.0画出如图3所示电路图..图32参数确定A. 所设计的电路满足电路放大倍数>3000倍;如图4图4Av=220.793/0.1*1.414>3000 即满足设计要求1..B.所设计的电路满足输入电阻>3兆欧原理：由二分之一分压法在输入端串联一个3兆欧的电阻;如图5图5由实验结果可知3兆欧的电阻分压为1.995uv;即原先电路输入电阻分的电压比较多;所以满足要求2..C.所设计的电路满足输出电阻<300欧;如图6图63元器件的采购根据上述的仿真结果;所设计的电路满足以上要求;最终确定的元器件见下表项目型号数量备注电阻10千欧 4第二章电路焊接1、电路板布局1元器件的布局原则：元器件之间的间距不能太小;另外使元器件的布局尽量美观..另外;应该考虑实际的走线情况..2走线原则：A.导线最好不要裸漏;以免发生短路..B.导线走线在安全的前提下;应尽量保证美观..C.注意OP07的管脚、电解电容的正负极的问题..2、电路焊接原则：焊接的过程中;在原先布局的基础上;应能够保证焊接牢固;按照所设计的电路图焊接电路板..特别要注意的地方是不用电络铁的时候不要长时间使其通电;否则会降低电络铁的寿命;此外;也要掌握焊接的技巧..最终得到的电路板如图7、图8所示图7 图8第三章电路的调试1、仪表放大电路的调试图9根据调试所得的结果;放大倍数和仿真的结果即理论值之间存在一定的误差;此外输入电阻和输出电阻的测量就现有的仪器来看;还存在无法解决的问题;比如函数发生器不能够提供很微小的信号;再测量很微小的量实验室的仪器的精度不够高..所以导致实际的误差有点大;最后测出的结果只能作为参考..为了解决这一问题;特借用了其他实验室的设备;测得的结果如下：仪用放大器的放大倍数:实际的函数发生器输入信号有0.1mv;用交流毫伏表测得输入信号的有效值为0.038mv;如图9的输出波形基本无失真的情况;由交流毫伏表测得输出信号的有效值为115mv..则放大倍数为3026倍;与理论值3146有较小的偏差;基本满足要求..输入电阻以及输出电阻的测量：采用之前的二分之一分压法;所测得的结果基本与要求一致;输入电阻远大于3000千欧;输出电阻也比300欧小得多..2、误差分析1仪器误差在实验室的仪器年代久远;又没有很好的维护;导致有些仪器的内部产生变化;当我们在不同的时间测量同样的量时;也会有不同的变化;比如实验室里的毫伏表;示波器;函数发生器;实验箱都存在一定的误差;给我们测量带来了很大的干扰;函数发生器输出的最小信号是0.9mv;不满足微小信号的条件;还有毫伏表测量的时候数值不稳定;函数发生器内部也存在很大的内阻;此外;示波器的维护也不够;很多示波器的精确度不够高;并且没有好的参照标准..总之;仪器带给我们调试工作的挑战异常艰巨..2电路误差A、共模抑制一个理想的仪表放大器将放大其反相和同相输入端之间的差分电压;而不受同时加在两个输入端的任何直流电压的影响..因而;出现在两个输入端的任何直流电压将被仪表放大器所抑制..这种直流或共模成分存在于许多应用之中..事实上;消除这种共模成分正是仪表放大器在实际应用中的主要作用..B、交流和直流共模抑制直流共模抑制欠佳会在输出端造成直流失调..如果说这个误差还可通过校准解决;那么交流信号共模抑制不良则是个非常棘手的问题..例如;如果输入电路被交流电中50Hz或60Hz信号所干扰;那么会在输出端出现交流失调电压..这种电压的存在将导致系统分辨率下降..只有在最高信号频率远低于50Hz或60Hz的应用中;才可通过滤波解决此问题..C、噪声失调电压和偏置电流最终会在输出端导致失调误差;而噪声源则会降低电路的分辨率..多数放大器中都存在两种噪声源;即电压噪声和电流噪声..正如失调电压和偏置电流一样;这些噪声源对分辨率的影响程度也因应用而异..D、增益误差集成仪表放大器的增益误差由两部分组成;即内部增益误差以及因外部增益设置电阻的公差导致的误差..尽管使用高精度外部增益电阻可防止总增益精度下降;但将成本浪费在精度远远高于仪表放大器精度的外部电阻上并无多大意义..同时;使用标准值电阻时;一般很难精确获得所需增益..第四章心得体会通过全组人的努力;我们从最初的茫然到现在的略知一二;这其中离不开小组成员的不离不弃;仿真、采购、焊接、调试、焊接、调试……;由于一系列因素的干扰;使得我们的进程异常的缓慢;个中原因包括我们的失误、焊接的不仔细、实验室器材的老化……;最终还是在我们的坚持和老师的帮助下;我们的设计结果也只是差强人意..在做本次的课程设计中;我们也试着总结了以下几点：1注意关键元器件的选取;比如对于我们的电路;要注意使运放A1;A2的特性尽可能一致；选用电阻时;应该使用低温度系数的电阻;以获得尽可能低的漂移；对R3;R4;R5和R6的选择应尽可能匹配..2要注意在电路中增加各种抗干扰措施;比如在电源的引入端增加电源退耦电容;在信号输入端增加RC低通滤波或在运放A1;A2的反馈回路增加高频消噪电容..3在焊接之前;我们应该确定好整个电路板的布局以及走线;不要等焊到半途再来考虑..4我们应该高度注意运放的管脚问题、门限电压的大小、电解电容的正负方向的问题..总之;本次实验的收获还是挺多的;我们学会了怎样正确的去调试电路;怎样去分析问题;怎样的去解决忽然而至的问题;我相信这将是以后我实践的一笔巨大的财富..第五章参考文献1、《仪表放大器电路设计》崔利平2、百度百科OP07的中文资料3、《电子线路设计·实验·测试第三版》谢自美4、《仪表放大器应用中的误差与误差预算分析》Eamon Nash。

仪表放大器电路设计与比较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。

下面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。

2．仪表放大器电路设计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。

根据现有元器件，文中分别以单运放LM741和OP07，集成四运放LM324和单片集成芯片AD620为核心，设计出四种仪表放大器电路方案。

方案1：由3个通用型运放LM741组成三运放仪表放大器电路形式，辅以相关的电阻外围电路，加上A1，A2同相输入端的桥式信号输入电路，如图2所示。

仪表放大器的设计教材仪表放大器是用于放大小信号的器件，通常用于正弦波、脉冲或任何其他信号的放大或隔离。

在仪表放大器的设计中，需要考虑信噪比、增益、带宽和线性度等因素，以确保能够准确地放大信号并保持信号的完整性。

以下是一些可能有用的教材来帮助学生设计仪表放大器。

1.《仪表放大器设计指南》这本书是由Texas Instruments出版的指南，介绍了仪表放大器的设计和实现。

本书提供了深入的技术信息，包括放大器的基本原理、输入输出参数、电源电路和电路设计方案。

2.《放大器设计实用指南》这本书详细介绍了放大器的设计原理和技术细节，包括从设计目标到组件选择的所有内容。

读者将学习如何选择适当的电路元件，如何设计适当的放大器电路和如何测试和优化放大器。

3. 《模拟集成电路设计》这本书是一本全面的模拟电路设计教材，其中包括了仪表放大器的设计和实现。

此书介绍了模拟电路设计的基本原理和技术，并提供了大量的例子和实践经验，帮助读者深入了解模拟电路设计。

4. 《多策略放大器设计》这本书详细介绍了如何使用多种技术和策略来设计仪器放大器，以实现更高的放大增益和更好的性能。

书中涉及到的内容包括放大器技术、放大器与传感器的接口、放大器的噪声和抗干扰等方面，对设计过程进行了全面的讨论。

5. 《操作放大器和仪表放大器手册》这本书介绍了操作放大器和仪表放大器的基本原理和应用。

该手册提供了广泛的实践例子，阐述了设计、测试和调整仪表放大器和操作放大器的方法，能够帮助读者更好地理解仪表放大器的设计和使用。

以上这些书籍能够为学生提供深入了解仪表放大器设计原理和技术，并帮助他们掌握各种设计技巧，从而更好地完成实验和课程项目。

在一般信号放大的应用中通常只要透过差动放大电路即可满足需求，然而基本的差动放大电路精密度较差，且差动放大电路变更放大增益时，必须满足两个电阻，影响整个讯号放大精确度的变因就更加复杂。

仪表放大电路则无上述的缺点。

1. AD620仪表放大器简介图1仪表放大电路是由三个放大器所共同组成，其中的电阻R 与R x需在放大器的电阻适用范围內(1kΩ~10kΩ)。

固定的电阻R，我们可以调整R x來调整放大的增益值，其关系式如式（1）所示，注意避免每个放大器的饱和现象（放大器最大输出为其工作电压±Vdc）（1）图1仪表放大电路示意图一般而言，上述仪表放大器都有包装好的成品可以买到，只需外接一电阻（即式中R X），依照其特有的关系式去调整至所需的放大倍率即可。

AD620 仪表放大器的引脚图如图2所示。

其中1、8引脚要跨接一个电阻来调整放大倍率，4、7引脚需提供正负相等的工作电压，由2、3引脚输入的电压即可从引脚6输出放大后的电压值。

引脚5是参考基准，如果接地则引脚6的输出即为与地之间的相对电压。

AD620的放大增益关系式如式（2）、式（3）所示，通过以上二式可推算出各种增益所要使用的电阻值R G。

图2 AD620 仪表放大器的引脚图（2）即（3）AD620的基本特点为精度高、使用简单、低噪声，增益范围1~1000，只需一个电阻即可设定，电源供电范围±2.3V~±18V，而且耗电量低，可用电池驱动，方便应用于可携式仪器中。

2．AD620 仪表放大器基本放大电路图3为AD620电压放大电路图，其中电阻R G需根据所要放大的倍率由式（3-22）求得，图3 AD620电压放大电路图由式（3）可以计算出放大2倍所需要的电阻为49.4 KΩAD620非常适合压力测量方面的应用，如血压测量、一般压力测量器的电桥电路的信号放大等。

AD620 也可以作为ECG测量使用由于AD620 的耗电量低，电路中电源可用3V干电池驱动；也因此AD620 可以应用在许多可携式的医疗器材中。

仪表放大器的设计与制作
陈辉
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2006(000)007
【摘要】本仪表放大器是由三个OA27P集成运算放大器组成，OA27P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电路形式，其中前两个运放组成第一级，二者都接成同相输入形式，因此具有很高的输入电阻。

由于电路的结构对称，它们的漂移和失调都有互相抵消的作用。

后一个运放组成差分放大器，将差分输入转换为单端输出。

经计算，
【总页数】2页(P58-59)
【作者】陈辉
【作者单位】福建信息职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN722
【相关文献】
1.血压计中仪表放大器的设计与制作 [J], 兰羽;周茜
2.低失调电压低输入噪声仪表放大器设计 [J], 荣家敬;任建;辛晓宁
3.一种基于THS3095运放的仪表放大器设计 [J], 孙玉轩
4.一种基于THS3095运放的仪表放大器设计 [J], 孙玉轩
5.经典仪表放大器(PGIA)的新版本提供更高的设计灵活性 [J], Hooman Hashemi
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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）。

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。

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。

Chapter-2: INSIDE AN INSTRUMENTATION AMPLIFIER第二章：仪表放大器仪表放大器内部内部1. A Simple Op Amp Subtractor Provides an In-Amp Function简单运算放大器简单运算放大器型型减法器减法器实现仪表放大器功能实现仪表放大器功能The simplest (but still very useful) method of implementing a differential gain block is shown in Figure 2-1.差模增益模块最简单的实现方法如图 2-1。

If R1 = R3 and R2 = R4, then如果 R1=R3，R2=R4，那么 1212)(R R V V V IN IN OUT −= Although this circuit provides an in-amp function, amplifying differential signals while rejecting those that are common mode, it also has some limitations.虽然该电路可以实现仪表放大器的功能，放大差模信号而抑制共模信号，但仍有其局限性。

First, the impedances of the inverting and non-inverting inputs are relatively low and unequal. In this example, the input impedance to VIN1 equals 100 kΩ, while the impedance of VIN2 is twice that, at 200 kΩ. Therefore, when voltage is applied to one input while grounding the other, different currents will flow depending on which input receives the applied voltage. (This unbalance in the sources’ resistances will degrade the circuit’s CMRR.).首先，反相输入端、同相输入端的输入阻抗相对较低，而且不相等。

仪表放大器及应用仪表放大器及应用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（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＝Ｖｅｘ(Ｒ２／(Ｒ２＋Ｒ１))，Ｖ１＝５ＶＶ２＝Ｖｅｘ（Ｒ３／（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＝４９９９Ω，Ｖｅｘ＝１０Ｖ，那么可得：Ｖ１＝５．００１Ｖ? Ｖ２＝４．９９９Ｖ，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误差早期比例计量是用检流计实现的，它（不像ＩＡ）不受共模电压的困扰。

HJ128低功耗精密仪表放大器
一、概述
HJ128是一种低功耗高精度通用单片仪表放大器，内部采用了激光修调技术。

HJ128具有非常低的输入失调电压和输入失调电压温度漂移系数。

通过一个外接电阻，增益从1～10000可变。

电流反馈输入电路提供了G=100时的200kHz带宽。

可用于精密数据采集系统，如电桥放大器、热偶放大器、RTD 敏感放大器、数据采集等。

气密性和耐温度冲击性能远优于塑封的INA128，更适合一些军用高端电子仪器使用。

【航晶微电子】其主要特点如下：
低输入失调电压50μV 低温度漂移系数0.5μV /℃
低输入偏置电流5nA 高共模抑制比CMRR 120dB
宽电源电压范围±2.25～±18V 输入保护±40V
低静态电流350μA
二、电原理框图
三、封装形式及引出端功能
采用D08S2陶瓷双列外壳封装和H08-02黑瓷扁平外壳封装，外形尺寸见附录一图1和图10。

（D08S2•顶视图）（H08-02•顶视图）注：HJ128典型应用电路和RG1、RG2、Ref功能应用说明见HJ118 应用说明。

四、绝对最大额定值
电源电压±18V 工作温度范围-55~+125℃模拟输入电压范围±40V 贮存温度-65~+125℃输出短路持续结温+150℃耗散功率680mW(D08S2)，400mW(H08-02) 引线焊接温度（10S）+300℃
五、电特性
除非另有说明V CC=+15V，V EE=-15V，R L=10kΩ ，T A=+25℃。

仪表放大器电路设计技术分类：模拟设计现代电子技术西安邮电学院崔利平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。

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。

根据现有元器件，文中分别以单运放LM741和OP07，集成四运放LM324和单片集成芯片AD620为核心，设计出四种仪表放大器电路方案。

方案1 由3个通用型运放LM741组成三运放仪表放大器电路形式，辅以相关的电阻外围电路，加上A1，A2同相输入端的桥式信号输入电路，如图2所示。