華北電力大學(xué)電力工程系 於慧敏

1.儀表放大器的原理及特點(diǎn)

1.1 儀表放大器的原理

儀表放大器電路的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由兩級(jí)差分放大器電路構(gòu)成。其中，運(yùn)放A1，A2為同相差分輸入方式，同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對(duì)微弱輸入信號(hào)的衰減；差分輸入可以使電路只對(duì)差模信號(hào)放大，而對(duì)共模輸入信號(hào)只起跟隨作用，使得共模抑制比得到提高。這樣在以運(yùn)放A3為核心部件組成的差分放大電路中，在共模抑制比要求不變情況下，可明顯降低對(duì)電阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，從而使儀表放大器電路比簡(jiǎn)單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的條件下，圖1電路的增益為：Au=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可見(jiàn)，電路增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變Rg阻值實(shí)現(xiàn)，儀表放大器典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2 儀表放大器的特點(diǎn)

儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移、低輸入偏置電流和失調(diào)電流誤差等特點(diǎn)。

2.儀表放大器應(yīng)用

2.1 一般應(yīng)用

依據(jù)儀表放大器的功能和特點(diǎn)，其一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、信號(hào)放大、信號(hào)調(diào)節(jié)、醫(yī)療儀器和高檔音響設(shè)備等方面。

2.2 典型應(yīng)用

2.2.1 高邊監(jiān)視器

最簡(jiǎn)單的高邊監(jiān)視器通常需要一個(gè)精密運(yùn)算放大器和一些精密電阻，常見(jiàn)的高邊測(cè)量都采用經(jīng)典的差分放大器（用作增益放大和高邊到地的電平轉(zhuǎn)換）。雖然很多應(yīng)用中也會(huì)使用分離電路，但其輸入阻抗較低，而且電阻之間有較大差異。電阻的匹配必須非常精確才能獲得可接受的共模抑制比，任一個(gè)電阻值存在0.01%的偏差都將使CMRR降低到86dB；如果偏差為0.1%，將使CMRR降低到66dB；而1%的偏差將使CMRR降低到46dB。選擇儀表放大器結(jié)構(gòu)時(shí)，有一個(gè)需要特別關(guān)注的參數(shù)，即在放大器任何輸出擺幅下，輸入共模電壓的范圍均應(yīng)包括高邊電壓加上一個(gè)安全裕量。

2.2.2 應(yīng)力測(cè)量

三運(yùn)放拓?fù)涞恼嬲齼?yōu)勢(shì)是其能夠進(jìn)行真正的差分測(cè)量(很高的CMRR)，同時(shí)又有非常高的輸入阻抗，這些特點(diǎn)使其得到了廣泛應(yīng)用，特別是在信號(hào)源阻抗非常高的場(chǎng)合。

2.3 最新產(chǎn)品

2.3.1 ISL28617

2012年7月10日，全球高性能模擬混合信號(hào)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)導(dǎo)廠商Intersil公司(納斯達(dá)克全球交易代碼：ISIL)推出一款新型40V低噪聲儀表放大器，這是業(yè)內(nèi)首款集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電平轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)器的精密放大器。

ISL28617包含一個(gè)差分輸出，可以很容易的連接到目前的高性能差分輸入高精度ADC。它提供了卓越的增益精度和增益溫度系數(shù)(在-40°C至125°C溫度范圍內(nèi))，共模抑制比（CMRR）在所有增益配置中均為業(yè)內(nèi)最高水平。ISL28617的噪聲密度測(cè)量值僅為8.6nV/√Hz(1kHz)和85nVrms(0.1Hz至10Hz)，同時(shí)可提供高增益和衰減，使之較于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手儀表放大器脫穎而出(競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的放大器通常僅限于增益配置)。ISL28617非常適用于儀表、工業(yè)、電機(jī)控制和醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。

圖1 儀表放大器典型結(jié)構(gòu)

2.3.2 特性和規(guī)格

(1)集成式差分輸出ADC驅(qū)動(dòng)器，可簡(jiǎn)化高性能24位儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

(2)同時(shí)適合單和雙電源電壓工作的卓越解決方案。

(3)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的放大器不同，可提供靈活數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所要求的高增益(10,000x)和衰減(0.1x)。

(4)低噪聲特征使之非常適用于對(duì)噪聲敏感的高增益應(yīng)用。

ISL28617是Intersil的精密、低噪聲信號(hào)鏈解決方案(包括ISL21090低噪聲電壓基準(zhǔn)源和ISL26134低噪聲24位delta-sigma ADC)的一部分。

此外，使用威世精密集團(tuán)的下一代Z-1大金屬箔技術(shù)FRSM芯片電阻器提供了具有針對(duì)不可測(cè)量噪聲的增益設(shè)置，同時(shí)在極端的熱度和環(huán)境壓力下保持卓越的增益精度。

[1]百度百科http://baike.baidu.com/view/2407781.htm.

[2]電子發(fā)燒友網(wǎng),2012.