仪表运放AD620使用总结

1、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Rx需在放大器 的电阻适用范围內（1k Q 10kQo）固定的电阻R，我们可以调整Rx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） V V 厂2R 3 1 (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

2、品可以买到，只需外接一电阻（即式 中Rx），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Rgo 1 Rg1Rh IN-Vs +IN E= * OUTPU 1 -ViJLE.F 7* 2* 图2 AD620仪表放大器的引脚图 (2) .49.4KG G

3、（3） AD620的基本特点为精度高、使用简单、低噪声，增益范围11000,只需一个 电阻即可设定，电源供电范围 坐.3VI8V，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RG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 AD620 的but= (V+ -V-) *G + Vrcf 杠 由式（3）可以计算出放大2倍所需要的电阻为49.4 KQ AD620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

4、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。 AD620的5脚标明VREF,这是为了使远距传输信号时消除地电位的不平衡而设 定的，输出信号若为V，则会跌加到VREF上，也就是输出为Vout=V+Vref。- 般把VERF接地就可以了，或者你想抬高或拉低信号，也可以给VREF加个电 压值。 =AD620 的 Vout=（ V+ - V-）*G + Vref 2.供电电压等使用问题 1）大家都知道，放大器的输出电压范围取决于其供电电压 但是，在AD620的 使用过程中，更值得注意的是它的放大倍数的线性度受电源电压制约这一点。+5v 和-

5、5V供电时，线性度只在-3.6V+3.6V间。提高供电电压，可以扩宽线性区。 2）共模输入对输出为负这一区域的放大倍数线性度有较大影响。当共模输入为 负的1v左右时，在+5v和-5v供电之下，负向输出的线性度只能达到-2.4v左右 这一点要特别注意。一般在使用 AD620时都忽略共模问题，一味使用提高电源 的方法来改善线性度是不行的。 3）AD620得5脚的作用只能上拉/下拉输出电压。5脚作为参考端，一般情况下 接地。当需要运用5脚拉高或降低输出时，可以接某一参考电压。但在这种情况 下，要注意放大倍数的线性区不会因为 5脚的改变来变化。例如+5V和-5V供电， 5脚接地时，输出超过3.6V都为

6、非线性段；当5脚接+1V时，不要认为此时输 出超过+4.6V（ +3.6V+1V ）才线性，这是同样是超过 3.6V都为非线性段。 还有一点提醒大家，市面上十几块钱的AD620都是次品，最好用好的 AD620， 不然。 3. 常见使用问题解答 问：我最近想用Ad620作一个可调节增益的放大电路，后面接16位的ADC，所 以对放大电路的精度要求挺高。使用模拟开关调节增益电阻达到增益倍数的改变。问题是：Ad620的输入不为差分信号。我测量的信号输入为单端信号，我将 IN+ 接单端信号的信号端”，IN-接 传感器GND，输出为单端电压信号，ref输出接 地（和传感器GND连接）。但是我不知道这样接是

7、不是不好？可能共模误差大。 有没有更好的设计方案。如何降低共模误差？输入就是两根线， 一个是传感器信 号线，另一根是传感器地线。如果IN-接地，则IN-上的共模干扰信号会直接接 到地上减弱，而IN+上的共模干扰信号依然存在，则 AD620输出不能降低共模 噪声。可不可以将输入浮空，也就是将IN+接 单端信号的信号端”，IN-接 传感 器GND，但是传感器GND和Ad620供电的地相互隔离，ref输出接电源地。 这样输出信号为IN+和IN-的差值，如同差分信号一样可以降低共模干扰。但是 两个地电位不同，应该会出现问题，如何才能实现如上的思路。如何保证IN-接 的地和真正的电源地接近，同时IN-上

8、的共模噪声依然存在（IN-地和ref引脚接地 之间隔离”）这样AD620的输出可以最大限度的降低共模噪声。 这种设计需要注意什么？如何才能提高信号精度，因为后面是16位的AD o 答：该问题实质上是如何实现一个单端信号与差分信号的转换问题。 这个问题非 常普遍。问题已经清楚地表述了： 如IN-接地，则IN-上的共模干扰信号会直接 接到地上减弱，而IN+上的共模干扰信号依然存在，则 AD620输出不能降低共 模噪声。” 仔细分析这个问题，发现我们只要搞清楚 AD620是否可以单端使用就可以了。 可以把问题分成两种情况看一下： a）如果AD620的IN-可以直接接地使用。因为传感器输出是一个单端信

9、号，本 来就有一端是地，如此接法实质上就是把传感器和测量电路这两个系统共地而已， 不存在不能降低共模噪声这样的问题。当然前提确认是IN-引脚是否能够直接接 地就可以了，这是AD620自身的问题，与传感器无关。 b）如果AD620的IN-不能接地使用。可以考虑把传感器的单端信号通过一个差 分放大器转换为差分信号即可。 因此，只要测量电路可以接收单端信号就可以了，接法不是问题的关键。 4. 补充资料：仪表放大器 各种非电量的测量，通常由传感器把它转换为电压（或电流）信号，此电压信号 一般都较弱，最小的到0.1 M，而且动态范围较宽，往往有很大的共模干扰电压。 因此，在传感器后面大都需要接仪表放大器

10、， 主要作用是对传感器信号进行精密 的电压放大，同时对共模干扰信号进行抑制，以提高信号的质量。 由于传感器输出阻抗一般很高，输出电压幅度很小，再加上工作环境恶劣，因此, 仪器放大器与一般的通用放大器相比，有其特殊的要求，主要表现在高输入阻抗, 高共模抑制比、低失调与漂移、低噪声、及高闭环增益稳定性等。本节介绍几种 由运算放大器构成的高共模抑制比仪表放大器 （一）同相串联差动放大器 图4为一同相串联差动放大器。电路要求两只运算放大器性能参数基本匹配，且 在外接电阻元件对称情况下（即 R仁R4, R2=R3），电路可获得很高的共模抑制 比，此外还可以抵消失调及漂移误差电压的作用。 R2旳R4 R1

11、 + AiRe民 o-f Ui2 Rs Un 图4同相串联差动放大器 该电路的输出电压由叠加原理可得 DDD 坨並理 从而求得差模闭环增益 =1 + （二）同相并联差动放大器 图5为同相并联差动放大器。该电路与图4电路一样，仍具有输入阻抗高、直流 效益好、零点漂移小、共模抑制比高等特点，在传感器信号放大中得到广泛应用。 图5同相并联差动放大器 由图5可知： 诊二聲+迟 R- 将I代入Voi, V02可得 3為-芒尹风=-字 ff 由此可得电路差模闭环增益 该电路若用一可调电位器代替 R7，可以调整差模增益Ad的大小。 电路 该电路要求A3的外接电阻严格匹配，因为 A3放大的是Ai, A2输出之

12、差 的失调电压是由A3引起的，降低A3的增益可以减小输出温度漂移。 （三）增益线性可调差动放大器 图6是电压增益可线性调节的差动放大器。可以通过调节电位器Rw的线性刻度 来直接读取电压增益，给使用带来很大的方便。 Uh 图6增益线性可调差动放大器 图6中，由叠加原理可得 岭=比 比尽仏 : 尺十乩也尺不T石c 因Va=Vb，整理上两式，且当 R1=R2=R3=R4时，输出电压 电路闭环增益 J Rjf 可见，电路增益与RPw成线性关系，改变Rw大小不影响电路的共模抑制比 （四）高共模抑制比差动放大器 前面讨论的电路中，没有考虑寄生电容、输入电容和输入参数不对称对抑制比的 影响。当要求提高交流放

13、大电路的共模抑制比时，这些影响就必须考虑。在检测 和控制系统中，常用屏蔽电缆来实现长距离信号传输，信号线与屏蔽层之间有不 可忽略的电容存在。习惯上采用屏蔽层接地的方法，这样该电容就成为放大器输 入端对地的寄生电容，加上放大器本身的输入电容。如果差动放大器两个输入端 各自对地的电容不相等，就会使电路的共模抑制比变坏，测量精度下降。 为了消除信号线与屏蔽层之间寄生电容的影响， 最简单的方法是采用等电位屏蔽 的措施，即不把电缆的屏蔽层接地，而是接到与输入共模信号相等的某等电位点 上,亦即使电缆芯线与屏蔽层之间处于等电位， 从而消除了共模输入信号在差动 放大器两端形成的误差电压。如图 7所示。 +Ec

14、 J L O_O+ i 图7高共模抑制比差动放大器 图中两只电阻Ro的连接点电位正好等于输入共模电压，将连接点电位通过A4 电压跟随器连到输入信号电缆屏蔽层上，使屏蔽层电位也等于共模电压。 参照同相并联差动放大器的分析可知 %讥(1令-轨 当Ri=R2时，可证明连接点电位 陀諾十)諾仇十岭“ 正好等于共模输入电压，也即是电缆屏蔽层的电位与共模输入电缆芯线电位相等, 因此不再因电缆电容的不平衡而造成很大的误差电压。 由图7还可见，A4的输出端还接到输入运放 Ai、A2供电电源iEc的公共端，因 此使其电源处于随共模电压而变的浮动状态，即使正负电源的涨落幅度与共模输 入电压的大小完全相同。由于电源对共模电压的跟踪作用，会使共模电压造成的 影响大大地削弱。 (五) 集成仪器放大器 在差分放大电路中，电阻匹配问