仪表放大器及在智能化仪器中应用河南省平顶山工业职业技术学院王.DOC

仪表放大器及在智能化中摘 要理电路，放大差分信号的仪表放大器在设计使用过程中应考虑到输入共模信号的范围、输入偏置电流回路设置、增益的选择、调零、滤波等因素，以及所选择的信号输入方式。针对这些问题进行了较详细的讨论 关键词：仪表放大器 典型值 单 位 增益公式 （外接电阻设置增益） Au =2（R2/R1） 　 增益范围 0.1～10000 V/V 增益误差 ±0.08 % 线性误差 ±0.004 % of FS 增益温度系数 ±6 ppm/℃ 输入失调电压 ±20 μV 失调电压漂移 ±0.1 μV/℃ 输入偏置电流 ±0.2 nA 差分输入电阻/电容 1010/2 Ω/pF 共模输入电阻/电容 1010/14 Ω/pF 输入电压范围 (V-)-0.02～(V+)+0.1 V 安全输入电压范围 （V-）-0.5～(V+)+0.5 V 共模抑制比 114 dB 频率响应宽度（-3dB） 1 kHz 输出短路电流 ±25 mA 容性负载驱动能力 500 pF 工作环境温度范围 -40～125 ℃ 贮存温度范围 -40～150 ℃ 2. 增益设置方法 由内部结构可知，INA326是一个2级放大器，每级的增益分别由R1、R2设置，总增益Au=2R2/R1。外接电阻R1、R2除对增益起决定性作用外，也直接影响放大器的稳定性及温度漂移，在要求精度较高时，应尽量采用低温度系数的精密电阻。另外，连接R1、R2的布线及集成电路插座电阻也会产生增益误差，所以，在要求精度较高时，不能采用插座，要直接焊接，同时应尽量减少1脚与8脚的杂散电容，并将4脚与7脚用电容相连接。外接电阻在+5V单电源或±2.5V双电源两种情况下有着不同的最佳配置。R1的最佳值可通过式R1=VIN（max）/12.5μA来计算，但在使用中R1不应小于2kΩ，否则会影响电路的稳定性。即总增益设置的条件为 Au=2R2/R1，（R1≥2KΩ） 3. 典型应用 INA326的一种典型应用电路如图2所示。图中OPA551是电压差为60V运算放大器，可实现高达±27V的输出。其输出电压Vo可通过RF进行反馈，这样，增益为Au =－RF/R1=－100。由于INA326中内部电源泵的作用，其5脚的电压值可达VGND－20mV，因此，无需在5脚端连接附加的负电源。在该电路中，IB引起的失调电压很微弱，为100pA×2kΩ=0.2μV。 图3是应用INA326设计的精密满幅度电压跟随器。当该电路的输入为高频信号时，应当在电路中接入电容C1，并取C1=100C2。该电路没有CMOS运算放大器常见的N/P输入级跨接效应，因此具有非常好的线性。 4. 应用时注意的问题 4.1 输入端偏流回路的设置 一般来说，选择差分信号测量的工作方式时，后面的信号放大电路一般直接采用仪表放大器构成。仪表放大器的输入阻抗非常高,大约达到1010Ω数量级，相应对于差分输入的每个输入端都需要输入偏置电流通道，以提供共模电流反馈回路，例如仪表放大器IN输入偏置电流大约为±nA。由于仪表放大器的输入阻抗非常高，使得输入的偏置电流随输入电压的变化非常小，对差分信号放大不会产生太大影响。输入偏置电流是仪表放大器输入三极管所必须的电流，电路设计时必须保证偏置电流有接地的回路，如果电路中没有输入偏置电流通道，传感器的输入将处于浮电位状态，而浮电位值很可能超过放大器所能够允许的共模电压范围，使输入放大器饱和而失去放大功能。针对实际的应用情况，输入偏置电流回路设置可以采用三种基本形式，分别如图所示。其中为差分信号源阻抗较高时常用的形式，中的两个接地电阻相等，以保证较高的共模抑制比和减小偏置电流对失调的影响；为信号源阻抗较低时采用的形式（如热电偶）；为对称结构常用的形式。 从的三种结构可知，在输入通道设置偏置回路是通过在差分输入端与地之间接适当电阻实现的，具体电阻值的大小根据实际情况而定。.2 输入共模电压范围 仪表放大器对共模信号有较强的抑制作用，例如INA，共模抑制比可高达dB，但这是在放大倍数、输入共模电压在一定范围内以及输入共模电压的频率较低的条件下才可以达到的。而所放大的差分信号，是指仪表放大器的两个输入端对地所存在的差值。图是一个典型的惠斯通电桥应用电路，桥路供电电压为10V，桥臂电阻如图中所示。根据其中的条件可以得到共模电压值为5V，而差模电压的大小为0.0V，经过差分后输出为对地的单端信号。其中共模电压由于的高共模抑制比而不能通过，放大的是两输入端的差模电压。仪表放大器抑制的共模信号既可以是交流信号也可以是直流信号，但这是受一定条件限制的，并非任何情况下的共模信号通过时都有同样的抑制比，选择时应注意相应的应用范围。 其一，输入共模电压的范围与供电电压有关，在输入共模电压大约小于供