三運放組成的儀表放大器原理分析

1、由3運算放大器組成的儀表放大器原理分析儀表放大器和運算放大器有什么區(qū)別？儀表放大器是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是高電阻值，普通 109。輸入偏置電流也必須很低，典型值為1 nA到50 nA。與運算放大器一樣，輸出阻抗很低，在低頻帶通常只有幾毫歐(M)。運算放大器的閉環(huán)增益由反向輸入和輸出端之間連接的外部電阻確定。與放大器不同，儀表放大器使用內(nèi)部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)與信號輸入端隔離。將輸入信號應(yīng)用于儀表放大器的兩個差分輸入端。增益可以由內(nèi)部預(yù)設(shè)或用戶通過針腳連接內(nèi)部或外部增益電阻器，此增益電阻器也與信號輸入端隔離。專用儀表放大器的價格通常

2、比較貴，所以能用普通運算放大器制造儀表放大器嗎？答案是肯定的。使用三個普通運算放大器可以制作儀器放大器。回路如下圖所示。下載(39.78 KB)2008-12-23 00:12輸出電壓表達(dá)式如圖所示?？催@里，可以問上面的表達(dá)式是如何導(dǎo)出的。為什么以上電路能實現(xiàn)儀表放大器？現(xiàn)在，讓我們看看這些問題。在此之前，我們來看一下我們熟悉的以下差分電路。下載(24.25 KB)2008-12-23 00:12如果R1=R3，R2=R4，則vout=(vin2-vin1) (R2/R1)該電路提供了在擴(kuò)大差分信號的同時抑制共模信號的儀表放大器功能，但存在一些缺陷。第一，相同的輸入和相反的輸入端阻抗相當(dāng)?shù)?，?/p>

3、相等。在此示例中，VIN1反向輸入阻抗等于100K，VIN2相同輸入阻抗等于反向輸入阻抗的兩倍，即200K。因此，當(dāng)電壓應(yīng)用于一個輸入端，另一端接地時，差分電流根據(jù)從輸入端接收到的應(yīng)用電壓流入。(此源阻抗的不平衡降低了電路的CMRR。)，以獲取詳細(xì)信息此電路還要求R1 /R2和R3 /R4的阻抗比率非常準(zhǔn)確。否則，每個輸入端的增益可能不同，直接影響公共模式抑制。例如，如果增益為1，則所有電阻值必須相同，如果其中一個電阻器的0.1%不匹配，則CMR將下降到66DB (200033601)。同樣，如果源阻抗中存在100歐米茄失衡，CMR將減少6 dB。為了解決這些問題，在運算放大器的正負(fù)輸入端添加

4、了電壓跟蹤器，提高了輸入阻抗。如下圖所示。下載(31.21 KB)2008-12-23 00:12上面前面的兩個運算放大器被用作電壓追蹤器，我們現(xiàn)在換成了同一個放大器，電路如下。下載(39.12 KB)2008-12-23 00:12輸出電壓表達(dá)式如上圖所示。上圖所示的電路增益(A1和A2)增加時，向差分信號添加相同增益，向共同模式信號添加相同增益。也就是說，與原始電路的共同模式抑制比相比，上述電路沒有增加。接下來要開始最巧妙的變化！看看電路。下載(39.75 KB)2008-12-23 00:12這種標(biāo)準(zhǔn)三運算放大器電路是對緩沖減法器電路的巧妙改進(jìn)。與前面的電路一樣，上圖中的A1和A2運算放

5、大器緩沖區(qū)輸入電壓。但是，在此結(jié)構(gòu)中，單增益電阻器RG連接取代R6和R7，R6和R7在兩個輸入緩沖區(qū)的總和點之間具有緩沖區(qū)減法。由于每個放大器的總點的電壓等于應(yīng)用于每個輸入端的電壓，因此整個差分輸入電壓現(xiàn)在出現(xiàn)在RG的兩端。輸入電壓放大后(A1和A2的輸出端)，差分電壓出現(xiàn)在R5、RG和R6的三個電阻上，因此差分增益只能通過更改RG來調(diào)整。這種連接還有另一個優(yōu)點。如果使用此減法器電路的增益比匹配的電阻器設(shè)置，則在改變增益時，對電阻匹配不再有要求。如果R5=R6、R1=R3和R2=R4，則vout=(VIN 2-vin 1)(1 2 r5/RG)(R2/R1)RG兩端的電壓與vin相同，因此添加

6、到放大器輸入中的公用模式電壓在RG的兩端因為沒有電流通過RG(即，沒有電流通過R5和R6)，所以放大器A1和A2作為單元增益跟隨器。因此，共同模式信號作為單位增益通過輸入緩沖區(qū)，差分電壓擴(kuò)大到1 (2RF/RG)的增益系數(shù)。這意味著此回路的共同模式抑制比與原始差分回路相比增加了1 (2RF/RG)倍！理論上，可以獲得用戶所需的前端增益(由RG確定)，并且公共模式增益和誤差不會增加。也就是說，差異信號與增益成正比增加，共同模式誤差不是。因此，比率增益(差值輸入電壓)/(共模誤差電壓)增加。因此，CMR理論上與收益成正比增加，這是一個非常有用的特征。最后，由于結(jié)構(gòu)對稱性，如果追蹤到輸入放大器的共同模式誤差，則通過輸出級別的減法消除。這包括頻率轉(zhuǎn)換錯誤，如公