三、仪用放大器.doc

第三节第三节 仪器放大器仪器放大器( (三运放三运放) )在工业测量，医疗仪器以及各种传感器探测等应用中，信号是由传感器对各种物理量（如：温度、压力、流量、血流等）进行相应的变换而来的这些换能器产生的信号往往很微弱，而且其中其中包含有很高的共模电压信号及各种共模干扰被测对象有一定的（甚至很高）的内阻如：人体的心电信号为 1mv 左右，而共模电压可能达到 10V 左右， （共模/差模=10000 倍） ，人体的阻抗几千欧到几百千欧基本作用基本作用：仪用放大器常用来精确放大载于高共模电压上的微弱差动信号主要特点主要特点：① 差动输入，具有很高的共模抑制比；② 有很高的电压增益；③ 低噪声；④ 高输入阻抗应用领域应用领域：① 信号放大如：应变计、热电偶和电阻式热探测器；② 医用仪器仪表：心电、脑电等人体生物信号的放大3.13.1 基本仪用放大器的工作原理基本仪用放大器的工作原理⑴电路结构：仪用放大器是在差动放大器基础上发展起来的一种比较完善的放大器它由三个运放（A1、A2、A3）和一些精密电阻（R1--R7）构成A1、A2 为高输入阻抗的同相放大器A3 为差动放大器注意：两个同相放大器不是通过 R1 直接接地而是相连。

这是很有必要的，下面加以说明⑵电路分析：① A3 为差动放大器，取匹配电阻 R5=R4，R7=R6，采用电路理论中的迭加原理及运放的虚短虚断的概念可以求出放大器的输出为：② 仪用放大器的差模放大信号为：可见，放大器只要求 R5=R4，R7=R6 两个电阻匹配若将A1、A2 接成两个独立的同相放大器，另外需要保证 A1、A2 的放大器数相等，两个 R1 相等，否则会带来较大误差这在制造时有很大的困难③ 通常选取 R2--R6 为同一电阻 R，则：差模放大倍数：由上式可见，只要改变 R1，即可改变增益，很方便④ 讨论：制造时，应尽量将 A1，A2 特性 相等，R2 和 R3，R4和 R2，R1 和 R7 要尽量配成对，才能减少电路的误差由于 A1 和 A2 为近似相同的同相放大器，由共模电压引起的输出也近似相等，位差动放大器 A3 相差后可以补偿掉 A1和 A2 共模放大倍数引起的误差这时放大器的共模误差主要取决于 A3 的共模抑制比由于 A1A2 具有相同的温度漂移特性，通过差动放大器 A3 的相减作用而达到补偿，改善了其温度特性⑤ 仪用放大器已被制造成一块集成的放大器其内部各电阻对运放较好地保证匹配关系。

器件中温度特性也比较一致可以在很宽的温度范围内保证放大器数的精度和稳定性3.23.2 应用举例应用举例(1)压力测量(2)心电信号测量3.33.3 仪用放大器输入端的屏蔽保护接线方式仪用放大器输入端的屏蔽保护接线方式( (减少干扰，改善减少干扰，改善 CMR)CMR)测量对象和仪器放大器之间通常有一段距离，为了减少外部对输入端引起的干扰和保证不因漏电引起输入阻抗降低，一般对输入引线采用屏蔽电缆加以保护电缆屏蔽层不能直接接地，而是采用电位自举电路，保持屏蔽电位跟踪输入信号电位这减少了电缆芯线与屏蔽间的电位差，降低了电缆对运放输入阻抗的分流作用，保证具有高的输入阻抗电缆的屏蔽作用同时有效地保护输入端，避免了来自外部电场的干扰电路连接方法示意如下：3.43.4 集成仪用放大器输入端的扩展应用集成仪用放大器输入端的扩展应用仪器放大器除了以电压输出外，也可以采用电流输出，即输出负载中的电流 比于输入电压的差值，而与负载无关以下是电流输出型仪器放大器的 种接法⑴负载电阻不是接在 A3 的输出端，而是接在同相端A3 为 V—I 变换电路⑵当集成仪用放大器不外设 A3 同相端的引出脚时，就不能采用上图的电路。

3.53.5 几种实际的集成仪器放大器几种实际的集成仪器放大器制造模拟器件的著名公司：(a).Burr-Brown 公司已被 TI 收购b).AD (Analog Device)公司(c).MAXIM 美信公司(d).National Semiconductor 国家半导体公司仪用放大器的增益设定有两种方法：⑴⑴固定增益仪器放大器：固定增益仪器放大器：外接电阻设定增益如：BB 公司的INA101，AD521 等⑵⑵引脚可编程增益仪器放大器引脚可编程增益仪器放大器增益电阻集成在芯片内通过改变引脚的连接可以得到：1，10，100 和 1000 倍的放大如：模拟器件公司的 AD524，AD621等3)(3)放大器接地问题放大器接地问题课后练习课后练习1.查找阅读 AD621：Low Drift, Low Power Instrumentation Amplifier。