仪表放大器 更新时间：2011-05-27 08:10

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仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点。差分放大器和仪表放大器所采用的基础部件（运算放大器）基本相同，它们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。

仪表放大器的简介

• 仪表放大器是一种具有差分输入 和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输出和相对参考端的单端输出。与运 算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输出端与输出端之间连接的外部 电阻决定， 而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。 仪表放大器的 2 个 差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者 通过与输入信号隔离的外部增益电阻置。

仪表放大器的原理

• 用分离元件构建仪表放大器(ＩＡ）需要花费很多的时间和精力，而采用集成仪表放大器（ＩＡ）或差分放大器则是一种简便而又可行的替换方案。为了更好的理解仪表放大器（ＩＡ），了解共模抑制比（ＣＭＲ）的重要性，这里以惠斯通电桥变送器来进行说明，Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５ｋΩ，激励电压（Ｖｅｘ）为１０Ｖ。这样，在空载条件下，对“电桥”进行计算可得：

  Ｖ１＝Ｖｅｘ(Ｒ２／(Ｒ２＋Ｒ１))，Ｖ１＝５ＶＶ２＝Ｖｅｘ（Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）），Ｖ２＝５Ｖ所以：Ｖ＝Ｖ１－Ｖ２＝５Ｖ－５Ｖ＝０Ｖ变送器输出就是电桥两个输出端的电压差（ΔＶ）。假定有某个激励加在电桥的４个活动臂上，并使得Ｒ１和Ｒ４的值有所增加，同时Ｒ２和Ｒ３的值有所减少；此时若取：Ｒ１＝Ｒ４＝５００１Ω，Ｒ２＝Ｒ３＝４９９９Ω，Ｖｅｘ＝１０Ｖ，那么可得：Ｖ１＝５．００１Ｖ Ｖ２＝４．９９９Ｖ，实际上，人们所关心的信号是：

  ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２＝２ｍＶ。因此，通过对共模电压（ＣＭＶ）进行计算可知：即便电桥不平衡，共模电压（ＣＭＶ）仍然等于（Ｖ１＋Ｖ２,／２＝５Ｖ。理想情况下，此电路的输出是：Ｖｏ＝ΔＶ· Ｇａｉｎ。

  上述计算表明，在有大的共模信号时，测量一个微弱的电压信号比较困难；而ΔＶ（以ｍＶ为单位）则可通过测量两个较大的电压信号Ｖ２与Ｖ１来获得，这两个电压均可在伏特级。

仪表放大器的设计要点

• (1)注意关键元器件的选取,要注意使运放 的特性尽可能一致;选用电阻时,应该使用低温度系数的电阻,以获得尽可能低的漂移;对 R3,R4,R5 和 R6 的选择应尽可能匹配.

  (2)要注意在电路中增加各种抗干扰措施,比如在电源的引入端增加电源退耦电容,在信号输入端增加 RC 低通滤波或在运放 A1,A2 的反馈回路增加高频消噪电容,在 PCB 设计中精心布局合理布线,正确处理 地线等,以提高电路的抗干扰能力,最大限度地发挥电路的性能.

仪表放大器的特点及应用

• 仪表放大器专门精密差分 电压放大器，它源于运算放大器,且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成在放 大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、 低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、信号放大、高速 信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。