弱信号调理及其应用简介.pdf

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仪表放大器 摘要:随着电子技术的飞速发展,运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大器 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、低噪声等特点,使其在数据 采集、传感器信号放大等方面倍受青睐。本文重点介绍了仪表放大器的特点、技 术指标及其应用。 关键词:仪表放大器 1. 绪论 仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器。它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。 2. 仪表放大器的特点 仪表放大器是一种经过优化处理、专门设计的精密差分电压放大器。因此它 具有很多特点。 2.1 高共模抑制比 共模抑制比(CMRR)是差模增益(A )与共模增益(A )之比。仪表放大器具有 d C 很高的共模抑制比,CMRR 典型值为 70~100dB 以上。 2.2 高输入阻抗 仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗都很高,而且相互十分平衡。其典型 9 12 值为 10 Ω 至 10 Ω。 2.3 低噪声 由于仪表放大器是在恶劣环境下进行精密测量,用它放大的信号往往很低 (微伏级),所以它必须是低噪声器件,信噪比太小就不能正常工作。在 1kHz 条 件下,折合到输入端的输入噪声要求小于 10nV/√Hz。 2.4 低线性误差 输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正,但是线性误差是器件固 有缺陷,它不能由外部调整来消除。一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为 0.01%,有的甚至低于 0.0001%。 1 2.5 低失调电压和失调电压漂移 仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成,输入和输出失调电压典 型值分别为 100μV 和 2mV。 2.6 低输入偏置电流和失调电流误差 双极型输入运算放大器的基极电流,FET 型输入运算放大器的栅极电流,这 个偏置电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差。双极型输入仪表放大 器的偏置电流典型值为 1nA~50pA;而 FET 输入的仪表放大器在常温下的偏置 电流典型值为 50pA。 2.7 充裕的带宽 仪表放大器为特定的应用提供了足够的带宽,典型的单位增益小信号带宽在 500kHz~4MHz 之间。 2.8 具有“检测”端和“参考”端 仪表放大器的独特之处还在于带有“检测”端和“参考”端,允许远距离检测输 出电压而内部电阻压降和地线压降(IR)的影响可减至最小。 2.9 稳定性好 当工作条件发生变化时,如电源电压、温度、湿度等,仪表放大器的关键参 数仍然保持稳定。这是因为影响仪表放大器性能的主要元件均集成在芯片内部, 而外围所需的元件(电阻或电阻对)仅决定其增益。这样厂家就可以进行优化处 理,保证元件的技术特性,从而制造出性能优良的各种仪表放大器。 2.10 使用方便 仪表放大器实质上是一个典型的差动放大器。它允许两个输入端直接与“浮 动”信号源相连。因此,只须检测两个输入端的电位差。由于仪表放大器高性能 的特点是以牺牲它的灵活性为代价的,所以只能设计成为单一功能的电压放大 器,而不能像运算放大器那样用于完成积分、微分、整流、滤波或其它非电压放 大功能。另外,由于它的集成度高,主要元件都做在芯片内部,外围元件极少, 所以使用极为方便,深受用户的青睬。 3. 仪表放大器的技术指标 在使用任何电子元器件时,都需要充分了解它的性能指标。

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