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精密仪用放大器INA114原理及应用

摘要:

第一章引言

INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器,具有成本低、精度高通用性强等优点,三运放结构设计,减小了尺寸,拓宽了应用范围。利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节,内部输入防护可承受高达?40V的共模电压而不会损坏。

INA114具有低失调电压(50?V)、低漂移?V/?C)和高共模抑制比(当G=1000时为115dB)。能在?低电源情况下工作,也可用5V单电源工作。静态工作电流最大3mA。

第二章INA114结构原理及特点

一、特性

1.低失调电压:最大50?V

2.低漂移:最大?V/?C

3.低输入偏流:最大2nA

4.高共模抑制:最小115dB

5.输入过压保护:?40V

6.宽电源范围:?2.25—?18V

7.低静态电流:最大3mA

二、应用

1.电桥放大器

2.热电偶放大器

3.RTD感测放大器

4.医用放大器

5.数据采集

三、结构原理图

INA114结构原理图如图1所示:

图1结构原理图

VIN-(脚2):信号反向输入端。该端与信号同相输入端(脚3)构成差分输入。

VIN+(脚3):信号同向输入端。

增益调整(脚1、8):该端接外接增益调整电阻器RG。

VO(脚6):放大器输出端。

Ref(脚5):参考电压输入端,通常接地。为确保良好的共模抑制,连接必须是低阻抗的,如果一个5的电阻串接在此脚,将引起共模抑制比典型值下降到80dB(G=1)。

三、工作原理分析

1.三运放仪用放大器电路结构

仪用放大器的三运放结构,是在差动运放的基础上发展起来的一种比较完善的结构形式,如图2所示,其中,A1、A2为同相放大器,A3为差动放大器,三个运放都具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声等特性,且A1、A2性能完全匹配。

图2三运放仪用放大器电路结构

2.工作原理分析

(1)当Ui1单独作用,即Ui2=0时:Ui2=0,UN=0

(2)当Ui2单独作用(Ui1=0)时:Ui1=0,UM=0

(3)当Ui1、Ui2同时作用时:

当满足电阻匹配条件,即R5=R4,R7=R6,R3=R2时,输出电压为:

选择R2~R6=R,则增益为:

因此,INA114的增益为:

其中,RG是外接电阻器,50k是内部两个反馈电阻值的和。

第三章INA114基本应用简介

一、增益设定

INA114的增益由一个外部链接电阻RG设定,常用增益和相应的电阻值表示在图1中。

图3INA114基本应用连接图

用来设置增益的外部电阻RG的稳定性和温漂也对增益有影响。RG对增益精度和增益漂移的影响,可以由增益公式直接推导出来。高增益需要低阻值,所以接线电阻就很重要。管座引入的接线电阻会使增益误差额外地增加100甚至更多,并且很可能是不稳定的误差。

二、失调电压调整

INA114用激光来修正微小的失调电压和漂移,在多数应用中不需要外部失调调整,当输出电压失调需要调整时,可按照图4连接。为保证低阻抗连接,通过运放对调整电压进行缓冲。

图4输出电压失调调整电路图

在大多数应用中,INA114产生的噪声都很小。对于小于1kΩ的差动信号源电阻,INA103产生的噪声更小;信号源电阻大于5kΩ时,INA111型FET输入仪用放大器产生的噪声更小一些。

INA114的低频噪声频率峰-峰值约为0.4μV(从0.1Hz到10Hz)。这大约是使用斩波稳零的“低噪声”放大器所产生的噪声的十分之一。

三、输入偏流回路

INA114的输入阻抗近似为1010?,输入偏置电流小于?1nA。高输入阻抗也表示输入偏置电流随输入电压的变化很小。

输入电路必须为INA114正常工作提供一个偏流路径,没有偏流回路,输入就会浮置在某个超过共模范围的电平上,并使INA114饱和。如果差分信号源输入阻抗低,偏流路径可直接接到一个输入端上。当信号源阻抗较高时,利用两个电阻器构成均衡输入电路,尽可能降低由于偏流产生的失调电压和保证良好的共模抑制比。图5中表示各种不同情况下提供的偏流回路。

图5各种共模输入电流路径

第四章应用设计

电缆线屏蔽层驱动电路

电缆线屏蔽层驱动电路如图6所示。信号在长距离差分传送时,用电缆线进行连接,为保证电缆线的屏蔽层与INA114共模电压同电位,通过运放连接,将屏蔽层驱动到共模电位。

图6屏蔽层驱动电路

为运放提供输入信号,同时均衡共模电压。电路增益电阻为:

查图3中的表可知,此电路增益为G=100。

二、RTD温度测量电路

利用电阻温度探测器(RTD)构成的温度测量电路如图7所示。

图7RTD温度测量电路图

RZ为RTD温度测量电阻的

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