仪表放大器的正确使用方法

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1、沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节www.symcukf.com仪表放大器的正确使用方法1、将现实世界的讯号连到仪表放大器时所应避免的一些常见应用问题仪表放大器（instrumentationamplifier）被广泛地应用在现实世界中的数据截取。然而，设计工程师在使用它们时，却经常会出现不当使用的情形。具体来说，尽管现代仪表放大器具有优异的共模抑制（common-moderejection，CMR），但设计工程师必须限制总共模电压及信号电压，以避免放大器内部输入缓冲的饱和。不幸的是，设计工程师经常忽略此一要求。其它常见的应用问题则是

2、由以下因素所引起的，包括以高阻抗源驱动仪表放大器的基准端；在增益很高的情况下来操作低供应电压的仪表放大器电路；仪表放大器输入端与交流耦合，但却没有提供直流对地的返回路径；以及使用不匹配的RC输入耦合组件。2、仪表放大器快速入门仪表放大器是具有差分输入和单端输出的死循环增益电路区块。仪表放大器一般还有一个基准输入端，以便让使用者可以对输出电压进行上或下的位准移位（level-shift）。使用者还可以一个或多个的内部或外部电阻来设定增益。图1是一个桥式前置放大器（bridge-preamplifier）电路，这是一种典型的仪表放大器应用电路。当检测到讯

3、号时，该桥式电阻（bridge-resistor）值即改变，使得桥的平衡被破坏，而引起它的差分电压改变。此一信号输出即是差分电压，它可以直接连接到仪表放大器的输入端。另外，在零信号（zero-signal）情况下，在两条线路上也都会出现恒定的直流电压。在这两条输入线路上的直流电压是相同的，或是共模的。正常情况下，仪表放大器会抑制共模直流电压，或同时出现在两根在线的任何电压，如噪声和嗡嗡声(hum），而放大两线间电压差距的差分讯号电压。3、CMR：运算放大器与仪表放大器的对比对许多应用来说，要从噪声、嗡嗡声或直流偏移电压背景中提取出微弱的信号，CMR特

4、性非常重要。运算放大器和仪表放大器都具有某种CMR特性。但是，仪表放大器能阻止共模信号出现在放大器的输出端。而运算放大器虽然也有CMR，但共模电压通常会以单一增益（unitygain），随着信号传送到输出端。1沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节www.symcukf.com图2是一个连接到输入源（桥式传感器）的运算放大器。该桥输出（bridgeoutput）骑乘在一共模直流电压之上。由于运算放大器的输出端与结合点之间有外接的回馈电路，+输入端（+input）的电压与–输入端（–input）的相同。因此，运算放大器在理想情况下，其输入端

5、为0V。于是，对于0V的差分输入电压，运算放大器的输出电压必定为VCM。在实际应用中，运算放大器的死循环增益可以放大讯号，而共模电压只接收单一增益。这种增益上的差别降低了共模电压在信号电压中所占百分比。但是，共模电压还是出现在输出端，而由于它的存在，缩小了放大器可用的输出摆幅。基于许多理由，任何出现在运算放大器输出端的共模直流电压或交流信号都极不受欢迎。图3是一个常用的三运算放大器仪表放大器电路。现今如AnalogDevices的AD8221这样的仪表放大器IC，一般也包括所有这些器件。由于采用运算放大器，仪表放大器电路的输入缓冲级A1和A2可以将信

6、号电压放大，而共模电压则只收到单一增益。但是，现在每个缓冲器的输出端同时驱动一个减法器电路A3，它只让差分电压通过，并且有效地抑制任何共模电压。当直流共模输入电压使得单电源的仪表放大器电路不能工作时，一个会影响由三个运算放大器配置成之单片器件的问题就会发生。设计工程师经常会选用单电源仪表放大器，所以2沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节www.symcukf.com它们便可利用单一的低压电源来工作。但接下来他们就遇到麻烦了。以一个利用单5V直流单一供应电压工作的的仪表放大器桥式电路为例（图4）。很多设计工程师只是简单地将仪表放大器的基准

7、输入端VREF接地，就像双电源工作情况那样。在这个简化的案例中，利用一个采用等值电阻的桥电路，缓冲器的（零信号（zero-signa））输出（A1和A2）均为2.5V直流。这种情况发生的原因是，因为仪表放大器的缓冲器是以共模电压的单一增益来运作。由于两个缓冲器都将相同的2.5VDC加到仪表放大器的输出减法器上，减法器会试图摆向0V。事实上，即使具有良好“轨至轨”效能的放大器也不能一直摆到负电源（在此一案例中，“接地”或0V），所以一个明显的错误早就存在了。显然地，试图向仪表放大器信号输出负值摆动的任何电阻桥信号都不会有任何结果。此时电路基本上已经没有

8、功能了，而一位粗心大意的设计工程师可能会很容易地忽略此一问题，因为在没有共模电压时，仪表放大器的输出看起来没