三運(yùn)放組成的儀表放大器原理分析

1、三運(yùn)放組成的儀表放大器原理分析儀表放大器與運(yùn)算放大器的區(qū)別是什么？儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環(huán)增益單元。大多數(shù)情況下，儀表放大器的兩個輸入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值109其輸入偏置電流也應(yīng)很低，典型彳1為1nA至50nA。與運(yùn)算放大器一樣，其輸出阻抗很低，在低頻段通常僅有幾毫歐（ma）。運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益是由其反向輸入端和輸出端之間連接的外部電阻決定。與放大器不同的是，儀表放大器使用一個內(nèi)部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，它與其信號輸入端隔離。對儀表放大器的兩個差分輸入端施加輸入信號，其增益既可由內(nèi)部預(yù)置，也可由用戶通過引腳連接一個內(nèi)部或者外部增益電阻器設(shè)置，該增益電阻器也與信號

2、輸入端隔離。專用的儀表放大器價格通常比較貴，于是我們就想能否用普通的運(yùn)放組成儀表放大器？答案是肯定的。使用三個普通運(yùn)放就可以組成一個儀用放大器。電路如下圖所示：S2-4.標(biāo)準(zhǔn)三運(yùn)放儀表敢大器電路輸出電壓表達(dá)式如圖中所示?？吹竭@里大家可能會問上述表達(dá)式是如何導(dǎo)出的？為何上述電路可以實(shí)現(xiàn)儀表放大器？下面我們就將探討這些問題。在此之前，我們先來看如下我們很熟悉的差分電路：R1lOOkQ反相輸入端VOULMNL霹inLI當(dāng)R1=咫R2=R41OOKQVlN20司相輸入增VIM 反相注入嫡嗡曙）A1+A2：OP2177,AD8698A1OP117710kOW-R2OSENSE圖2-L用單運(yùn)放實(shí)現(xiàn)儀表放大

3、翳的差分放大器電路功熊框圖如果R1=R3,R2=R4,貝UVOUT=(VIN2VIN1)(R2/R1)這一電路提供了儀表放大器功能，即放大差分信號的同時抑制共模信號，但它也有些缺陷。首先，同相輸入端和反相輸入端阻抗相當(dāng)?shù)投也幌嗟?。在這一仞子中VIN1反相輸入阻抗等于100k0,而VIN2同相輸入阻抗等于反相輸入阻抗的兩倍，即200kQ因此，當(dāng)電壓施加到一個輸入端而另一端接地時，差分電流將會根據(jù)輸入端接收的施加電壓而流入。（這種源阻抗的不平衡會降低電路的CMRR。）另外，這一電路要求電阻對R1/R2和R3/R4的比值匹配得非常精密，否則，每個輸入端的增益會有差異，直接影響共模抑制。例如，當(dāng)增益

4、等于1時，所有電阻值必須相等，在這些電阻器中只要有一只電阻值有0.1%失配，其CMR便下降到66dB（2000:1）。同樣，如果源阻抗有100必不平衡將使CMR下降6dB。為解決上述問題，我們在運(yùn)放的正負(fù)輸入端都加上電壓跟隨器以提高輸入阻抗。如下圖所示：A1+A2：OP2177,AD-698圖 2-2帶輸入緩沖的減法器電路以上前置的兩個運(yùn)放作為電壓跟隨器使用，我們現(xiàn)在改為同相放大器，電路如下所示:圖？-工帶增燕鱉.沖放大器的縫神城法籍電路輸出電壓表達(dá)式如上圖所示。上圖所示的電路增加增益（A1和A2）時，它對差分信號增加相同的增益，也對共模信號增加相同的增益。也就是說，上述電路相對于原電路共模抑

5、制比并沒有增加。下面，要開始最巧妙的變化了！看電路先：A1+A2：OP2l77hAD86S8A3：opiin圖2M.標(biāo)凝三運(yùn)故儀表放大筮電路這種標(biāo)準(zhǔn)的三運(yùn)放儀表放大器電路是對帶緩沖減法器電路巧妙的改進(jìn)。像前面的電路一樣，上圖中A1和A2運(yùn)算放大器緩沖輸入電壓。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，單個增益電阻器RG連接在兩個輸入緩沖器的求和點(diǎn)之間，取代了帶緩沖減法器電路的R6和R7。由于每個放大器求和點(diǎn)的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個差分輸入電壓現(xiàn)在都呈現(xiàn)在RG兩端。因?yàn)檩斎腚妷航?jīng)過放大后（在A1和A2的輸出端）的差分電壓呈現(xiàn)在R5,RG和R6這三只電阻上，所以差分增益可以通過僅改變RG進(jìn)行調(diào)整。

6、這種連接有另外一個優(yōu)點(diǎn)：一旦這個減法器電路的增益用比率匹配的電阻器設(shè)定后，在改變增益時不再對電阻匹配有任何要求。如果R5=R6,R1=R3和R2=R4,則VOUT=（VIN2-VIN1）（1+2R5/RG）（R2/R1）由于RG兩端的電壓等于VIN,所以流過RG的電流等于VIN/RG,因此輸入信號將通過A1和A2獲得增益并得到放大。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位，從而不會在RG上產(chǎn)生電流。由于沒有電流流過RG（也就無電流流過R5和R6）,放大器A1和A2將作為單位增益跟隨器而工作。因此，共模信號將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按1+（2RF/RG）的增益系數(shù)被放大。這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來的差分電路增大了1+（2RF/RG倍！在理論上表明，用戶可以得到所要求的前端增益（由RG來決定），而不增加共模增益和誤差，即差分信號將按增益成比例增加，而共模誤差則不然，所以比率增益（差分輸入電壓）/（共模誤差電壓）將增大。因此CMR理論上直接與增益成比例增加，這是一個非常有用的特性。最后，由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級的減法器消除