基本介紹
- 中文名：儀表放大器
- 外文名：Instrumental Amplifier
- 優點：超高輸入阻抗，極其良好的CMRR
- 屬於：運算放大電路
- 類別：特殊的差動放大器
簡介,原理與特性,業界現況,概述,構成原理,相關條目,
簡介
原理與特性
雖然儀表放大器線上路圖上是一顆運算放大器；但實際上是由三顆運算放大器所組成（如圖一所示）；儀表放大器分成兩個部分，輸入端的兩個電壓跟隨器提供輸入端(+,−)高輸入阻抗，後級則是差分放大器，用來做兩個輸入端的差分放大；不過，通常第二級的差分放大器的增益會設計為1，也就是只做兩個電壓的相減運算。
業界現況
目前的儀表放大器，大多被許多製造商（包括德州儀器，國家半導體，美國模擬器件公司，凌力爾特和Maxim Integrated Products）作成IC形式，不但可以降低電阻阻抗匹配的問題，而且使用上也很方便，線路面積也相對的縮小，例如AD620,MAX4194,LT1167andINA128.
儀表放大器也可以使用“間接電流反饋結構”，從而延長這些放大器的工作範圍負電源端，或在某些情況下，只使用正電源軌設計。在負電源端接地的單電源系統中特別有用，利用這種架構的元件有MAX4208/MAX4209和AD8129/AD8130。
無反饋的儀表放大器（Feedback-free instrumentation amplifier）是沒有外部反饋網路設計的高輸入阻抗的差分放大器。這使得放大器的數量減少（而不是三個），降低噪音（沒有熱噪聲所帶來的反饋電阻）和更高的頻寬（沒有頻率補償）。這樣設計的放大器請參考這裡。
斬波穩定（或零漂）儀表放大器如LTC2053使用開關輸入前端，以消除直流偏移誤差和漂移。
概述
隨著電子技術的飛速發展，運算放大電路也得到廣泛的套用。儀表放大器是一種精密差分電壓放大器，它源於運算放大器,且優於運算放大器。儀表放大器把關鍵元件集成在放大器內部，其獨特的結構使它具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調漂移增益設定靈活和使用方便等特點,使其在數據採集、感測器信號放大、高速信號調節、醫療儀器和高檔音響設備等方面倍受青睞。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增益組件，具有差分輸入和相對參考端的單端輸出。與運算放大器不同之處是運算放大器的閉環增益是由反相輸入端與輸出端之間連線的外部電阻決定，而儀表放大器則使用與輸入端隔離的內部反饋電阻網路。儀表放大器的 2 個差分輸入端施加輸入信號，其增益即可由內部預置，也可由用戶通過引腳內部設定或者通過與輸入信號隔離的外部增益電阻預置。
構成原理
儀表放大器電路的典型結構如圖1所示。它主要由兩級差分放大器電路構成。其中，運放A1，A2為同相差分輸入方式，同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對微弱輸入信號的衰減;差分輸入可以使電路只對差模信號放大，而對共模輸入信號只起跟隨作用，使得送到後級的差模信號與共模信號的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。這樣在以運放A3為核心部件組成的差分放大電路中，在CMRR要求不變情況下，可明顯降低對電阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，從而使儀表放大器電路比簡單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的條件下，圖1電路的增益為:G=(1+2R1/Rg)Rf/R3。由公式可見，電路增益的調節可以通過改變Rg阻值實現。
相關條目
- 電子學主題
- 運算放大器的套用
