精密仪用放大器INA114

电子电路综合实验总结报告便携式电子秤的设计班级: 20110821学号: ************: *******: ***实验日期: 2013年5月成绩:信息与通信工程学院一、任务要求手提电子称具有称重精确度高，简单实，携带方便成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点，是家庭购物使用的首选。

本设计主要任务是设计一个LED或LCD显示的便携式电子称。

二、设计要求极其指标1、称重范围为20g~2kg;2、坚定分度值：Ⅳ级（检定分度值在一百到一千之间）；3、显示分辨力：1g;4、采用电阻应变式传感器检测物体重；5、采用模拟数字电路构建系统，完成主要电路设计，包括了传感器电路，差动放大电路，A/D转换电路以及显示电路等；6、显示电路采用LED数码管进行显示；三、方案设计与论证1、方案一首先，利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号。

其次，由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送入A/D 转换电路中。

再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。

电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化, 再经相应的电路转化为电压差值。

我们用电阻应变式传感器E350-ZAA作为测量电路的核心。

差动放大电路将由测量电路传过来的电压差值放大，再将放大电压传送给A/D转换电路。

本模块我们采用INA114AP做为核心元件。

A/D转换电路主要采用ICL7107将模拟信号转换为数字信号并通过LED数码管显示。

方案一优缺点：优点：本设计无复杂的程序，由硬件搭建，各部分分工明确。

在进行系统调试及故障查询时可分级测试。

缺点：芯片成本较高，无拓展功能。

2、方案二：称重传感器根据压力的变化提供相应的线性变化的电信号，该电信号经过高精度差动放大器放大。

输入给双积分型模数转换器。

转化为数字信号，数字信号可直接由单片机以串行方式读入。

仪用放大器使用注意事项。

仪表放大器的结构仪表放大器一般是由三个放大器和经过激光调阻修正的电阻网络构成，如图1所示。

在传统的三片运放方式的基础上做一些改进，内部阻值的校准保证用户只需要外接一个电阻即可实现由1到上万倍的增益精确设定，减少了由于增益相关误差带来的数据采集误差，同时这种结构保证其具有高输入阻抗和低输出阻抗，且每一路输入都有输入保护电路以避免损坏器件。

由于采用激光调阻，使其具有低失调电压、高共模抑制比和低温漂。

图1 仪表放大器的结构原理框图图1所示为BB（Burr Brown）公司的INA114、INA118等仪表放大器的结构原理框图及引脚。

在实际应用时，正负电源引脚处应接滤波电容C，以消除电源带来的干扰。

5脚为输出参考端，一般接地。

实际应用中即使5脚对地之间存在很小的电阻值，也将对器件的共模抑制比产生很大的影响，如5欧姆的阻值将导致共模抑制比衰减到80dB。

应用中应考虑的问题1 输入偏置电流回路一般来说，选择差分信号测量的工作方式时，后面的信号放大电路一般直接采用仪表放大器构成。

仪表放大器的输入阻抗非常高,大约达到1010Ω数量级，相应对于差分输入的每个输入端都需要输入偏置电流通道，以提供共模电流反馈回路，例如仪表放大器IN118输入偏置电流大约为±5nA。

由于仪表放大器的输入阻抗非常高，使得输入的偏置电流随输入电压的变化非常小，对差分信号放大不会产生太大影响。

输入偏置电流是仪表放大器（IA）输入三极管所必须的电流，电路设计时必须保证偏置电流有接地的回路，如果电路中没有输入偏置电流通道，传感器的输入将处于浮电位状态，而浮电位值很可能超过放大器所能够允许的共模电压范围（其值与放大器的供电电压相关），使输入放大器饱和而失去放大功能。

（实验中好像是c）针对实际的应用情况，输入偏置电流回路设置可以采用三种基本形式，分别如图2所示。

其中(a)为差分信号源阻抗较高（人体内阻算大还是小？接电极时是否需要导电膏之类的东西，这是人体电阻大约是多少？）时常用的形式，其中的两个接地电阻相等，以保证较高的共模抑制比和减小偏置电流对失调的影响；（b）为信号源阻抗较低时采用的形式（如热电偶）；（c）为对称结构常用的形式。

百度文库- 好好学习，天天向上传感课程设计报告基于单片机的电子秤设计目录目录 (1)摘要 (1)关键字：电子秤、应变片、A/D转换器，显示电路 (1)一、系统整体描述 (1)二、系统模块设计 (2)电阻应变式传感器的组成以及原理 (2)直流差动电桥检测电路 (3)放大电路 (5)A/D转换 (7)单片机系统 (7)三、数据处理及程序的设计 (9)数据处理及程序的设计 (9)参数整定 (10)测量数据及误差分析 (10)曲线拟合及参数整定 (10)显示子程序的设计 (13)总结 (13)参考文献 (14)附录1程序 (15)摘要本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用C语言进行软件设计，硬件则以半桥传感器为主,测量0～500g电子秤，随时可改变上限阈值，本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用差动半桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种。

芯片HX711-BF的A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

关键字：电子秤、应变片、A/D转换器，显示电路一、系统整体描述系统由敏感元件、电桥测量电路、放大电路、模数转换电路、单片机最小系统、显示电路构成。

敏感元件产生物理量变化，由测量电路将信号转换为电信号，并放大输出。

通过模数转换后将信号输入单片机中，经过处理后由显示电路显示。

二、系统模块设计电阻应变式传感器的组成以及原理电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。

由电阻应变片和测量线路两部分组成。

常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

精密仪用放大器INA114原理及应用摘要：INA114是一种通用仪用放大器，尺寸小、精度高、价格低廉，可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等。

INA114只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值，内部输入保护能够长期耐受±40V，失调电压低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），共模抑制比高（G=1000时为50dB），用激光进行调整，可以在±2.25V的电压下工作，使用电池（组）或5V单电源系统，静态电流最大为3mA。

INA114采用8引脚塑料封装或SOL-16表面封装贴件，使用环境温度为-40℃～+85℃。

还有就是INA114的电气参数、建立增益、噪声特性、失调/偏移的修正、偏置电压返回路径、输入共模范围、输入保护。

结束语综上所述，INA114精密仪用放大器精度高、增益范围大、性能优良、价格低廉，非常适合于精密仪器的使用。

第一章引言INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器，具有成本低、精度高通用性强等优点，三运放结构设计，减小了尺寸，拓宽了应用范围。

利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节，内部输入防护可承受高达40V的共模电压而不会损坏。

INA114具有低失调电压(50V)、低漂移(0.25V/C)和高共模抑制比(当G = 1000时为115dB )。

能在 2.25V低电源情况下工作，也可用5V单电源工作。

静态工作电流最大3mA。

第二章 INA114结构原理及特点一、特性1．低失调电压: 最大50V2．低漂移: 最大0.25V/ C3．低输入偏流: 最大2nA4．高共模抑制:最小115dB5．输入过压保护:40V6．宽电源范围: 2.25 —18V7．低静态电流: 最大3mA二、应用1．电桥放大器2．热电偶放大器3．RTD感测放大器4．医用放大器5．数据采集三、结构原理图INA114结构原理图如图1所示：图1 结构原理图-(脚2)：信号反向输入端。

电子秤的设计报告学号：1605111班级：测控111姓名：绪论手提电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。

是家庭购物使用的首选。

其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D 转换器对输入信号电平的要求。

A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

一、课题任务与要求1.设计题目：便携式电子秤的设计报告2.任务与要求：1）设计一个LED数码显示的便携式电子称。

2）采用电阻应变式传感器。

3）称重范围0~1.999KG。

二、系统概述1.方案比较：1）设计方案一①.系统框图：②. 系统设计思路、工作原理压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号。

经过高精度差动放大器放大后。

输入给模数转换器，转化为数字信号，由该数字信号控制编码器的编码，从而控制数码管显示。

③该设计的优劣：a.优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。

在整个系统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速找到出现问题的模块。

比较容易制作。

b.缺点：使用的芯片较多，信号的噪声较大，且数码管与编码器的电路比较繁杂，在实际焊接中容易出现问题。

2）设计方案二①.系统框图：②. 系统设计思路、工作原理：压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号。

经过高精度差动放大器放大后。

输入给模数转换器，从而控制数码管显示。

③该设计的优劣：a.优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。

在整个系统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速找到出现问题的模块。

®INA1412SPECIFICATIONSAt T A = +25°C, V S = ±15V, and R L = 10k Ω, unless otherwise noted.The information provided herein is believed to be reliable; however, BURR-BROWN assumes no responsibility for inaccuracies or omissions. BURR-BROWN assumes no responsibility for the use of this information, and all use of such information shall be entirely at the user’s own risk. Prices and specifications are subject to change without notice. No patent rights or licenses to any of the circuits described herein are implied or granted to any third party. BURR-BROWN does not authorize or warrant any BURR-BROWN product for use in life support devices and/or systems.T Specification same as INA141P, U.NOTE: (1) Input common-mode range varies with output voltage—see typical curves. (2) Guaranteed by wafer test.®INA1413J V –IN V +IN V–J V+V O Ref12348765Top ViewPIN CONFIGURATION8-Pin DIP and SO-8Supply Voltage ..................................................................................±18V Analog Input Voltage Range .............................................................±40V Output Short-Circuit (to ground)..............................................Continuous Operating Temperature .................................................–40°C to +125°C Storage Temperature.....................................................–40°C to +125°C Junction Temperature....................................................................+150°C Lead Temperature (soldering, 10s)...............................................+300°CABSOLUTE MAXIMUM RATINGSThis integrated circuit can be damaged by ESD. Burr-Brown recommends that all integrated circuits be handled with ap-propriate precautions. Failure to observe proper handling and installation procedures can cause damage.ESD damage can range from subtle performance degradation to complete device failure. Precision integrated circuits may be more susceptible to damage because very small parametric changes could cause the device not to meet its published specifications.ORDERING INFORMATIONPACKAGE DRAWING TEMPERATUREPRODUCT PACKAGE NUMBER (1)RANGE INA141PA 8-Pin Plastic DIP 006–40°C to +85°C INA141P 8-Pin Plastic DIP 006–40°C to +85°C INA141UA SO-8 Surface-Mount 182–40°C to +85°C INA141USO-8 Surface-Mount182–40°C to +85°CNOTE: (1) For detailed drawing and dimension table, please see end of data sheet, or Appendix C of Burr-Brown IC Data Book.®INA1414TYPICAL PERFORMANCE CURVESAt T A = +25°C and V S = ±15V, unless otherwise noted.GAIN vs FREQUENCY6050403020100–10–20G a i n (d B )Frequency (Hz)1k10k100k 1M10MPOSITIVE POWER SUPPLY REJECTIONvs FREQUENCYFrequency (Hz)P o w e r S u p p l y R e j e c t i o n (d B )140120100806040200101001k10k100k1MINPUT COMMON-MODE RANGE vs OUTPUT VOLTAGE, V S = ±5, ±2.5VOutput Voltage (V)C o m m o n -M o d e V o l t a g e (V )–5543210–1–2–3–4–5–4–3–2–112345COMMON-MODE REJECTION vs FREQUENCY Frequency (Hz)C o m m o n -M o d e R e j e c t i o n (d B )1010010k 1M1k 140120100806040200100k NEGATIVE POWER SUPPLY REJECTIONvs FREQUENCYFrequency (Hz)P o w e r S u p p l y R e j e c t i o n (d B )140120100806040200101001k10k100k1MINPUT COMMON-MODE RANGE vs OUTPUT VOLTAGE, V= ±15VOutput Voltage (V)C o m m o n -M o d e V o l t a g e (V )–15–100515–5151050–5–10–1510®INA1415INPUT OFFSET VOLTAGE WARM-UP1086420–2–4–6–8–10100200300400500Time (µs)I n p u t O f f s e t V o l t a g e C h a n g e (µV )TYPICAL PERFORMANCE CURVES (CONT)At T A = +25°C and V S = ±15V, unless otherwise noted.OUTPUT VOLTAGE SWING vs OUTPUT CURRENT(V+)(V+)–0.4(V+)–0.8(V+)–1.2(V+)+1.2(V–)+0.8(V–)+0.4V–1234Output Current (mA)O u t p u t V o l t a g e (V )INPUT- REFERRED NOISE vs FREQUENCYFrequency (Hz)I n p u t -R e f e r r e d V o l t a g e N o i s e (n V /√ H z )1101k1001k 10010110k1001010.1I n p u t B i a s C u r r e n t N o i s e (p A /√ H z )INPUT OVER-VOLTAGE V/I CHARACTERISTICS543210–1–2–3–4–5I n p u t C u r r e n t (m A )Input Voltage (V)–50–40–30–20–1010203040050QUIESCENT CURRENT and SLEW RATEvs TEMPERATURETemperature (°C)Q u i e s c e n t C u r r e n t (µA)0.90.850.80.750.70.65654321–75–50–25255075100125S l e w R a t e (V /µs )INPUT BIAS CURRENT vs TEMPERATURE21–1–2–75–50–25255075100125Temperature (°C)I n p u t B i a s C u r r e n t (n A )®INA1416TYPICAL PERFORMANCE CURVES (CONT)At T A = +25°C and V S = ±15V, unless otherwise noted.OUTPUT VOLTAGE SWING vs POWER SUPPLY VOLTAGE5101520Power Supply Voltage (V)O u t p u t V o l t a g e S w i n g (V )SHORT-CIRCUIT OUTPUT CURRENTvs TEMPERATURE181614121086420–75–50–25255075100125Temperature (°C)S h o r t-C i r c u i t C u r r e n t (m A )–I SC+I SCMAXIMUM OUTPUT VOLTAGE vs FREQUENCYFrequency (Hz)P e a k -t o -P e a k O u t p u t V o l t a g e (V pp )3025201510501k10k100k1MTOTAL HARMONIC DISTORTION + NOISEvs FREQUENCYFrequency (Hz)T H D +N (%)1001k10k10.10.010.001100k®INA1417TYPICAL PERFORMANCE CURVES (CONT)At T A = +25°C and V S = ±15V, unless otherwise noted.G = 10G = 100G = 10G = 1005µs/div5µs/div LARGE-SIGNAL STEP RESPONSESMALL-SIGNAL STEP RESPONSE VOLTAGE NOISE 0.1 to 10Hz INPUT-REFERRED, G = 1001s/div0.1µV/div20mV/div 5V/div®INA1418APPLICATION INFORMATIONFigure 1 shows the basic connections required for operation of the INA141. Applications with noisy or high impedance power supplies may require decoupling capacitors close to the device pins as shown.The output is referred to the output reference (Ref) terminal which is normally grounded. This must be a low-impedance connection to assure good common-mode rejection. A resis-tance of 8Ω in series with the Ref pin will cause a typical device to degrade to approximately 80dB CMR (G = 1).SETTING THE GAINGain is selected with a jumper connection as shown in Figure 1. G = 10V/V with no jumper installed. With a jumper installed, G = 100V/V. To preserve good gain accuracy, this jumper must have low series resistance. A resistance of 0.5Ω in series with the jumper will decrease the gain by 0.1%.Internal resistor ratios are laser trimmed to assure excellent gain accuracy. Actual resistor values can vary by approxi-mately ±25% from the nominal values shown.Gains between 10 and 100 can be achieved by connecting an external resistor to the jumper pins. This is not recom-mended, however, because the ±25% variation of internal resistor values makes the required external resistor value uncertain. A companion model, INA128, features accurately trimmed internal resistors so that gains from 1 to 10,000 can be set with an external resistor.DYNAMIC PERFORMANCEThe typical performance curve “Gain vs Frequency” shows that, despite its low quiescent current, the INA141 achieves wide bandwidth, even at G = 100. This is due to the current-feedback topology of the INA141. Settling time also re-mains excellent at G = 100.NOISE PERFORMANCEThe INA141 provides very low noise in most applications.Low frequency noise is approximately 0.2µVp-p measured from 0.1 to 10Hz (G = 100). This provides dramatically improved noise when compared to state-of-the-art chopper-stabilized amplifiers.FIGURE 1. Basic Connections.®INA1419FIGURE 3. Providing an Input Common-Mode Current Path.OFFSET TRIMMINGThe INA141 is laser trimmed for low offset voltage and offset voltage drift. Most applications require no external offset adjustment. Figure 2 shows an optional circuit for trimming the output offset voltage. The voltage applied to Ref terminal is summed with the output. The op amp buffer provides low impedance at the Ref terminal to preserve good common-mode rejection.FIGURE 2. Optional Trimming of Output Offset Voltage.INPUT BIAS CURRENT RETURN PATHThe input impedance of the INA141 is extremely high—approximately 1010Ω. However, a path must be provided for the input bias current of both inputs. This input bias current is approximately ±2nA. High input impedance means that this input bias current changes very little with varying input voltage.Input circuitry must provide a path for this input bias current for proper operation. Figure 3 shows various provisions for an input bias current path. Without a bias current path, the inputs will float to a potential which exceeds the common-mode range of the INA141 and the input amplifiers will saturate.If the differential source resistance is low, the bias current return path can be connected to one input (see the thermo-couple example in Figure 3). With higher source impedance,using two equal resistors provides a balanced input with possible advantages of lower input offset voltage due to bias current and better high-frequency common-mode rejection.INPUT COMMON-MODE RANGEThe linear input voltage range of the input circuitry of the INA141 is from approximately 1.4V below the positive supply voltage to 1.7V above the negative supply. As a differential input voltage causes the output voltage to in-crease, however, the linear input range will be limited by the output voltage swing of amplifiers A 1 and A 2. So the linear common-mode input range is related to the output voltage of the complete amplifier. This behavior also depends on sup-ply voltage—see performance curves “Input Common-Mode Range vs Output Voltage”.Input overload can produce an output voltage that appears normal. For example, if an input overload condition drives both input amplifiers to their positive output swing limit, the difference voltage measured by the output amplifier will be near zero. The output of the INA141 will be near 0V even though both inputs are overloaded.LOW VOLTAGE OPERATIONThe INA141 can be operated on power supplies as low as ±2.25V. Performance remains excellent with power supplies ranging from ±2.25V to ±18V. Most parameters vary only slightly through this supply voltage range—see Typical Performance Curves. Operation at very low supply voltage requires careful attention to assure that the input voltages remain within their linear range. Voltage swing require-ments of internal nodes limit the input common-mode range with low power supply voltage. Typical performance curves,“Input Common-Mode Range vs Output Voltage” show the range of linear operation for ±15V, ±5, and ±2.5V supplies.INPUT PROTECTIONThe inputs of the INA141 are individually protected for voltages up to ±40V. For example, a condition of –40V on one input and +40V on the other input will not cause damage. Internal circuitry on each input provides low series impedance under normal signal conditions. To provide equivalent protection, series input resistors would contribute excessive noise. If the input is overloaded, the protection circuitry limits the input current to a safe value of approxi-mately 1.5 to 5mA. The typical performance curve “Input Bias Current vs Common-Mode Input Voltage” shows this input current limit behavior. The inputs are protected even if the power supplies are disconnected or turned off.®INA14110FIGURE 7. Thermocouple Amplifier With RTD Cold-Junction Compensation.FIGURE 6. AC-Coupled Instrumentation Amplifier.FIGURE 8. Differential Voltage to Current Converter.。

电子设计竞赛需准备的主要器件一、放大电路类1、集成运算放大器类（1）通用运算放大器LM741、LM1458、LM324、OP07（精密/低噪声运算放大器）（2）优值运算放大器TL080、TL082、TL084（3）宽带/高速运算放大器OP147（4）低压满幅运算放大器SGM321、SGM322|、SGM324（5）仪表放大器AD624、PGA206/207、INA121、LT1102、2、差分放大器AD8132、AD83513、隔离放大器电路ISO120/121、AD2154、可编程增益放大器AD603、VCA26125、采样/保持电路AD783、SHC5320、MAX51656、宽带放大器设计所需器件RF3377、ABA52563、OPA642、TLV5618（D/A）、2M3004MSC、2M3006MSC、AD6377、高效音频功率放大器所需器件LM4766、LM311（高速精密电压比较器）、TLC4502（运算放大器）、2SA8050、2SA8550、IRFD9120、IRFD120、NE5532、LM5532、LM393、CD7666GP（电平指示驱动电路）8、测量放大器设计所需器件OP077、AD7520（D/A）、OP079、实用低频功率放大器设计所需器件NE5532、u PC1228H、NE5534、TN9NP10（大功率配对管模块TN9NP10）LM1875、u PC1188H、HA1397、LF357、9014、9012、9013、9018二、信号源类1、乘法器AD835、MC1495、2、V/F和F/V变换电路VFC121、AD6503、数字电位器X9541、MAX5494～MAX54994、正弦信号发生器设计所需器件AD8320、AD9852（正弦波发生器）、50MHZ晶振、74HC573、74HC14、MAX038、MC145151、MAX412、MAX7547、2N3904、2N3906、MAX427、晶振8.192MhzAD9851、AD98565、波形发生器设计所需器件74HC04、CD4060、32.768KHz晶振、CD4046、82C54（可编程计数器）、CC4040（地址计数器）IDT7132（RAM）、TLC7254（D/A）、DAC0832、LF351、AD817、X5043/456、实用信号源设计所需器件36MHz晶振、MC12022、MC145152、DAC0808（D/A）、DAC0832、LM311、CD4051、NE5532、11.0592MHz三、电源类1、开关电源电路设计所需器件TOP242P～TOP244P、TOP242G～TOP244G、TOP242R～TOP250R、TOP242Y～TOP250Y、TOP242F～TOP250F、TEA152X2、DC/DC变换电路MC34063、TL497A、MAX756/MAX757、MAX649/MAX651/MAX6523、恒流源电路设计LM134/234/334、4、三相正弦波变频电源设计所需器件BUP304、EXB841、U8100（快速恢复二极管）、TLP521（光电耦合器）、2SK1358、IR2111、AD637、AD548JN、TL431（三端可调分流基准源）5、数控直流电流源设计所需器件IRF5210（P沟道MOS管）、SG3525（PWM芯片）、HCNR200（线性光电耦合器）、ADS7841（A/D）、DAC7512（D/A）、AD5846、直流稳定电源设计所需器件TL494、TIP32A（大功率开关管）、MR850（二极管）、TL431（稳压管，2.5V）、MJE3055（达林顿管）、LM324、LM317K。