三运放组成的仪表放大器原理分析

1、由3运算放大器组成的仪表放大器原理分析仪表放大器和运算放大器有什么区别？仪表放大器是具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡是高电阻值，普通 109。输入偏置电流也必须很低，典型值为1 nA到50 nA。与运算放大器一样，输出阻抗很低，在低频带通常只有几毫欧(M)。运算放大器的闭环增益由反向输入和输出端之间连接的外部电阻确定。与放大器不同，仪表放大器使用内部反馈电阻网络与信号输入端隔离。将输入信号应用于仪表放大器的两个差分输入端。增益可以由内部预设或用户通过针脚连接内部或外部增益电阻器，此增益电阻器也与信号输入端隔离。专用仪表放大器的价格通常

2、比较贵，所以能用普通运算放大器制造仪表放大器吗？答案是肯定的。使用三个普通运算放大器可以制作仪器放大器。回路如下图所示。下载(39.78 KB)2008-12-23 00:12输出电压表达式如图所示。看这里，可以问上面的表达式是如何导出的。为什么以上电路能实现仪表放大器？现在，让我们看看这些问题。在此之前，我们来看一下我们熟悉的以下差分电路。下载(24.25 KB)2008-12-23 00:12如果R1=R3，R2=R4，则vout=(vin2-vin1) (R2/R1)该电路提供了在扩大差分信号的同时抑制共模信号的仪表放大器功能，但存在一些缺陷。第一，相同的输入和相反的输入端阻抗相当低，不

3、相等。在此示例中，VIN1反向输入阻抗等于100K，VIN2相同输入阻抗等于反向输入阻抗的两倍，即200K。因此，当电压应用于一个输入端，另一端接地时，差分电流根据从输入端接收到的应用电压流入。(此源阻抗的不平衡降低了电路的CMRR。)，以获取详细信息此电路还要求R1 /R2和R3 /R4的阻抗比率非常准确。否则，每个输入端的增益可能不同，直接影响公共模式抑制。例如，如果增益为1，则所有电阻值必须相同，如果其中一个电阻器的0.1%不匹配，则CMR将下降到66DB (200033601)。同样，如果源阻抗中存在100欧米茄失衡，CMR将减少6 dB。为了解决这些问题，在运算放大器的正负输入端添加

4、了电压跟踪器，提高了输入阻抗。如下图所示。下载(31.21 KB)2008-12-23 00:12上面前面的两个运算放大器被用作电压追踪器，我们现在换成了同一个放大器，电路如下。下载(39.12 KB)2008-12-23 00:12输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增益(A1和A2)增加时，向差分信号添加相同增益，向共同模式信号添加相同增益。也就是说，与原始电路的共同模式抑制比相比，上述电路没有增加。接下来要开始最巧妙的变化！看看电路。下载(39.75 KB)2008-12-23 00:12这种标准三运算放大器电路是对缓冲减法器电路的巧妙改进。与前面的电路一样，上图中的A1和A2运算放

5、大器缓冲区输入电压。但是，在此结构中，单增益电阻器RG连接取代R6和R7，R6和R7在两个输入缓冲区的总和点之间具有缓冲区减法。由于每个放大器的总点的电压等于应用于每个输入端的电压，因此整个差分输入电压现在出现在RG的两端。输入电压放大后(A1和A2的输出端)，差分电压出现在R5、RG和R6的三个电阻上，因此差分增益只能通过更改RG来调整。这种连接还有另一个优点。如果使用此减法器电路的增益比匹配的电阻器设置，则在改变增益时，对电阻匹配不再有要求。如果R5=R6、R1=R3和R2=R4，则vout=(VIN 2-vin 1)(1 2 r5/RG)(R2/R1)RG两端的电压与vin相同，因此添加

6、到放大器输入中的公用模式电压在RG的两端因为没有电流通过RG(即，没有电流通过R5和R6)，所以放大器A1和A2作为单元增益跟随器。因此，共同模式信号作为单位增益通过输入缓冲区，差分电压扩大到1 (2RF/RG)的增益系数。这意味着此回路的共同模式抑制比与原始差分回路相比增加了1 (2RF/RG)倍！理论上，可以获得用户所需的前端增益(由RG确定)，并且公共模式增益和误差不会增加。也就是说，差异信号与增益成正比增加，共同模式误差不是。因此，比率增益(差值输入电压)/(共模误差电压)增加。因此，CMR理论上与收益成正比增加，这是一个非常有用的特征。最后，由于结构对称性，如果追踪到输入放大器的共同模式误差，则通过输出级别的减法消除。这包括频率转换错误，如公