儀用放大器使用注意事項.doc

1、如有幫助，歡迎支持。儀用放大器使用注意事項。儀表放大器的結(jié)構(gòu)儀表放大器一般是由三個放大器和經(jīng)過激光調(diào)阻修正的電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如圖 1 所示。在傳統(tǒng)的三片運放方式的基礎(chǔ)上做一些改進，內(nèi)部阻值的校準保證用戶只需要外接一個電阻即可實現(xiàn)由1 到上萬倍的增益精確設(shè)定，減少了由于增益相關(guān)誤差帶來的數(shù)據(jù)采集誤差，同時這種結(jié)構(gòu)保證其具有 高輸入阻抗和低輸出阻抗 ，且每一路輸入都有輸入保護電路以避免損壞器件。 由于采用激光調(diào)阻， 使其具有低失調(diào)電壓、高共模抑制比和低溫漂。圖 1 儀表放大器的結(jié)構(gòu)原理框圖圖 1 所示為 BB （Burr Brown ）公司的 INA114 、INA118 等儀表放大器的結(jié)構(gòu)原理框圖

2、及引腳。 在實際應(yīng)用時， 正負電源引腳處應(yīng) 接濾波電容 C，以消除電源帶來的干擾 。5 腳為輸出參考端，一般接地 。實際應(yīng)用中即使 5 腳對地之間存在很小的電阻值，也將對器件的共模抑制比產(chǎn)生很大的影響，如 5 歐姆的阻值將導(dǎo)致共模抑制比衰減到 80dB 。應(yīng)用中應(yīng)考慮的問題1如有幫助，歡迎支持。1 輸入偏置電流回路一般來說，選擇差分信號測量 的工作方式時， 后面的信號放大電路一般直接采用儀表放大器構(gòu)成。儀表放大器的輸入阻抗非常高,大約達到 1010 數(shù)量級，相應(yīng)對于差分輸入的每個輸入端都需要輸入偏置電流通道，以提供共模電流反饋回路，例如儀表放大器 IN118 輸入偏置電流大約為 5nA 。由于

3、儀表放大器的輸入阻抗非常高，使得輸入的偏置電流隨輸入電壓的變化非常小， 對差分信號放大不會產(chǎn)生太大影響。輸入偏置電流是儀表放大器 （IA ）輸入三極管所必須的電流，電路設(shè)計時必須保證偏置電流有接地的回路， 如果電路中沒有輸入偏置電流通道，傳感器的輸入將處于浮電位狀態(tài)， 而浮電位值很可能超過放大器所能夠允許的共模電壓范圍（其值與放大器的供電電壓相關(guān)），使輸入放大器飽和而失去放大功能。 （實驗中好像是 c ）針對實際的應(yīng)用情況， 輸入偏置電流回路設(shè)置可以采用三種基本形式， 分別如圖 2 所示。其中 (a)為差分信號源阻抗較高 （人體內(nèi)阻算大還是小？接電極時是否需要導(dǎo)電膏之類的東西，這是人體電阻大約

4、是多少？）時常用的形式， 其中的兩個接地電阻相等， 以保證較高的共模抑制比和減小偏置電流對失調(diào)的影響； （b ）為信號源阻抗較低時采用的形式（如熱電偶）；（c）為對稱結(jié)構(gòu)常用的形式。從圖 2 的三種結(jié)構(gòu)可知，在輸入通道設(shè)置偏置回路是通過在差分輸入端與地之間接適當電阻實現(xiàn)的， 具體電阻值的大小根據(jù)實際情況而定。2如有幫助，歡迎支持。2 輸入共模電壓范圍儀表放大器對共模信號有較強的抑制作用，例如INA114 ，共模抑制比可高達120dB ，但這是在 放大倍數(shù)、輸入共模電壓在一定范圍內(nèi)以及輸入共模電壓的頻率較低的條件下才可以達到的。而所放大的差分信號，是指儀表放大器的兩個輸入端對地所存在的差值。圖3

5、 是一個典型的惠斯通電橋應(yīng)用電路，橋路供電電壓為10V ，橋臂電阻如圖3 中所示。根據(jù)其中的條件可以得到共模電壓值為 5V ，而差模電壓的大小為 0.0144V ，經(jīng)過差分 IA 后輸出為對地的單端信號。其中共模電壓由于 IA 的高共模抑制比而不能通過，放大的是兩輸入端的差模電壓。 儀表放大器抑制的共模信號既可以是交流信號也可以是直流信號， 但這是受一定條件限制的， 并非任何情況下的共模信號通過時都有同樣的抑制比， 選擇時應(yīng)注意相應(yīng)的應(yīng)用范圍3如有幫助，歡迎支持。其一，輸入共模電壓的范圍與供電電壓有關(guān)，在輸入共模電壓大約小于供電電壓 1.25V 左右時，才有較理想的抑制比 。一般 儀表放大器的

6、供電電壓允許在很大的范圍內(nèi)變化 ，如 INA114 ，INA118 等在2.25V 到18V 內(nèi)都可以使用， 在一定的應(yīng)用場合下， 如果共模電壓較大時，相應(yīng)儀表放大器要選擇較高的供電電壓才能獲得理想的效果。如圖 3 中共模電壓為 5V ，則儀表放大器的電源電壓應(yīng)為 6.25V 以上，否則不能使用儀表放大器作為前置信號放大級。 其主要原因是 IA 的前面一組放大器 A1 、A2 容易飽和。其二，輸入共模電壓抑制能力與共模電壓的頻率相關(guān)， 頻率越高，抑制效果越差 。其三，共模電壓的抑制能力與增益大小相關(guān)，在低增益工作段，共模抑制能力較差； 1000 左右的放大倍數(shù)，共模抑制能力較好。 INA114

7、 、INA118 基本上在 1MHz 頻率范圍內(nèi)的共模抑制能力都能夠達到 80dB 左右。特別需要注意的是，有時當輸入共模電壓超過其允許的范圍時會出現(xiàn)輸出 似乎正常 的情況，這主要是由于 A1 、A2 放大器輸出飽和導(dǎo)致 A3 放大器測得的輸出為零造成的。 例如，對于上面提到的 INA114 ，當兩個差分輸入端電壓超過 A1 、A2 的共模輸入所允許的范圍時， 將造成共模抑制比急劇下降， 共模信號會有輸出， 但由于 A1 、A2 飽和，使其輸出電壓相等， 最后使整個放大器共模輸出電壓為零， 給人們造成似乎正常的錯覺。3 差分放大器的差模放大倍數(shù)4如有幫助，歡迎支持。此器件的差模放大倍數(shù)由 1、

8、8 腳之間的外接電阻 Rg 決定（見圖 1），以 INA114 為例，放大倍數(shù)可按下面公式計算其中 50k 為放大器 A1 、A2 的反饋電阻之和，并且這兩個電阻都經(jīng)過激光調(diào)阻修正， 以保證精度和溫度系數(shù)滿足使用要求。 實際上外接增益調(diào)整電阻對放大器的增益精度和溫漂影響較大， 必須選擇溫度系數(shù)小的高精度電阻。 需要強調(diào)的是， 從上述的增益計算公式中可以看出，對小信號放大需要較大增益時，電阻 Rg 值較小，如 2000 倍的增益對應(yīng)的 Rg 值為 25.01 歐姆。如果 線路中的電阻 與之可比擬，則對放大倍數(shù)影響很大 ，會帶來增益誤差， 在某些情況下， 甚至造成增益的不穩(wěn)定， 影響測量精度。 因

9、此對于 弱信號比較理想的 選擇是采用多級放大的方式， 盡量避免使用放大器的高增益段 。同時必須注意外接電阻 Rg 實際上是引腳 1 和 8 之間的阻抗，為了減小增益誤差應(yīng)避免與 Rg 串聯(lián)較大的寄生電阻 。為了減小增益漂移， 外接電阻的溫度系數(shù)必須很低。另外增益的大小與被測信號頻率高低關(guān)系極大。以 INA114 為例，根據(jù)該器件的增益帶寬積指標，當輸入信號頻率在 1kHz 時，增益大小不能超過 1000 倍；當輸入信號頻率為 10kHz 時，則增益值不能超過 100 倍。4 調(diào)零儀表放大器一般都通過激光調(diào)阻， 在通常應(yīng)用情況下， 其本身不存在零點的漂移 ，但是在應(yīng)用傳感器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中需要對

10、傳感器5如有幫助，歡迎支持。的信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，即將傳感器的信號轉(zhuǎn)換為 A/D 輸入的標準電平，故需要零點調(diào)整。 調(diào)整功能的實現(xiàn)是 通過改變儀表放大器的參考電壓實現(xiàn)的 ，放大器 A3 的實際輸入電壓等于放大器 A1 、A2 放大后的電壓加上參考電壓。 在實際應(yīng)用中必須注意參考電壓的獲取， 因為參考端對地的阻抗將影響放大器的共模抑制比， 理想的情況是選擇低內(nèi)阻的恒壓源作參考電壓 。與一般調(diào)零電路不同， 這里可以在普通的調(diào)零電路基礎(chǔ)上增加一電壓跟隨器來實現(xiàn)低阻抗的基準電壓源。對于儀表放大器來說， 當負載與信號源系統(tǒng)之間地電位不能精確相等時，通過參考端來調(diào)零將簡化后續(xù)電路。 在參考端所加調(diào)零電壓的范圍必須在小于電源電壓 2V 以內(nèi)，且考慮到獲取最佳的共模抑制比，寄