三运放仪表放大器
三运放仪表放大器 电阻匹配
三运放仪表放大器电阻匹配三运放仪表放大器是一种常用于电子测量和信号处理的电路。
它通过将输入信号放大到合适的幅度，以便于后续的处理和分析。
而电阻匹配则是在设计和使用三运放仪表放大器时需要考虑的一个重要因素。
电阻匹配是指在电路中使用合适的电阻值来匹配不同部分之间的阻抗，以达到最佳的信号传输和抗干扰能力。
在三运放仪表放大器中，电阻匹配的目的是确保输入电阻和输出电阻的匹配，以提高放大器的性能和稳定性。
让我们来看看为什么要进行电阻匹配。
在三运放仪表放大器中，输入电阻和输出电阻的大小对信号的传输和放大效果有着重要的影响。
如果输入电阻过大，会导致信号的衰减和失真；如果输出电阻过大，会使得信号传输到后级电路时出现较大的负载效应。
因此，通过选择合适的电阻值，可以在最大程度上减小这些影响，提高放大器的性能。
在进行电阻匹配时，需要考虑输入电阻和输出电阻的特性。
首先，输入电阻应该尽可能大，以避免对输入信号的负载效应，同时还可以提高输入的灵敏度和信噪比。
一般来说，可以通过在输入端串联一个较大的电阻来实现。
而输出电阻则应该尽可能小，以确保信号能够有效地传输到后级电路，同时还可以减小输出信号的失真。
一般来说，可以通过在输出端并联一个较小的电阻来实现。
在选择具体的电阻数值时，需要考虑输入信号的幅度和频率范围，以及后续电路的输入和输出阻抗。
一般来说，可以根据以下原则进行选择：1. 输入电阻：根据输入信号的幅度和频率范围选择适当的电阻值，一般可以在几千欧姆到几兆欧姆之间。
2. 输出电阻：根据后续电路的输入阻抗选择适当的电阻值，一般可以在几十欧姆到几百欧姆之间。
需要注意的是，电阻匹配并不是一种绝对的要求，而是一种在特定应用中为了提高系统性能而采取的一种策略。
在实际应用中，可以根据具体情况进行调整和优化。
电阻匹配是三运放仪表放大器设计和使用中需要考虑的一个重要因素。
通过选择合适的电阻值，可以在最大程度上减小信号的失真和衰减，提高放大器的性能和稳定性。
仪表放大器：三运放INA的基础操作简介
仪表放大器：三运放INA的基础操作简介许多工业和医疗应用在存在大共模电压和DC电位的情况下，都使用仪表放大器（INA）来调理小信号。
三运算放大器（三运放）INA架构可执行该功能，其中输入级提供高输入阻抗，输出级过滤共模电压并提供差分电压。
高阻抗与高共模抑制比的结合是流量传感器、温度传感器、称重装置、心电图（ECG）和血糖仪等众多传感器和生物计量应用的关键。
本文介绍了三运放INA的基础操作，分析了零漂移放大器的优点、RFI 输入滤波器、监测传感器健康和可编程增益放大器，并列举了传感器健康监测器和有源屏蔽驱动（acTIve shield guard drive）电路的应用范例。
三运放INA基础操作INA本身的性质使其适用于调理小信号。
其高阻抗与高共模抑制比的结合非常适合传感器应用。
通过使用输入级的同相输入可实现高输入阻抗，无需靠任何反馈技巧（见图1）。
三运放电路可消除共模电压，并以非常小的误差放大传感器信号，但必须考虑输入共模电压（VCM）和差分电压（VD），以免使INA的输入级达到饱和。
饱和的输入级可能看似对处理电路是正常的，但实际上却具有灾难性后果。
通过使用具有轨到轨输入和输出（RRIO）配置的放大器来提供最大设计余量，有助于避免出现输入级饱和。
以下讨论介绍了三运放INA的基本操作，并举例说明了放大器如何处理共模和差分信号。
图1是三运放INA的框图。
按照设计，输入被分为共模电压VCM和差分电压VD。
其中，VCM定义为两个输入的共用电压，是INA+与INA-之和的平均值，VD定义为INA+与INA-的净差。
式1：式2给出了由于施加共模电压和差分电压而在INA输入引脚上产生的节点电压（INA+、INA-）。
式2：在非饱和模式下，A1和A2的运放在增益设置电阻RG上施加差分电压，产生电流ID：式3：因此A1和A2的输出电压为：式4：将式3代入式4可得：式5：其中式5仅显示被增益G1放大的差分分量VD/2，共模电压VCM经过具有单位增益的输入级，并在随后被放大器A3的共模抑制抵消。
三运放仪表放大器工作原理分析
三运放仪表放大器工作原理分析图1 所示的三运放仪表放大器看似为一种简单的结构，因为它使用已经存在了几十年的基本运算放大器(op amp)来获得差动输入信号。
运算放大器的输入失调电压误差不难理解。
运算放大器开环增益的定义没有改变。
运算放大器共模抑制(CMR)的简单方法自运算放大器时代之初就已经有了。
那么，问题出在哪里呢？图1：三运放仪表放大器，其VCM 为共模电压，而VDIFF 为相同仪表放大器的差动输入。
单运算放大器和仪表放大器的共享CMR 方程式如下：本方程式中，G 相当于系统增益，VCM 为相对于接地电压同样施加于系统输入端的变化电压，而VOUT 为相对于变化VCM 值的系统输出电压变化。
在CMR 方面，运算放大器的内部活动很简单，其失调电压变化是唯一的问题。
就仪表放大器而言，有两个影响器件CMR 的因素。
第一个也是最重要的因素是，涉及第三个放大器（图1，A3）电阻比率的平衡问题。
例如，如果R1 等于R3，R2 等于R4，则理想状况下的三运放仪表放大器CMR 为无穷大。
然而，我们还是要回到现实世界中来，研究R1、R2、R3 和R4 与仪表放大器CMR 的关系。
具体而言，将R1：R2 同R3：R4 匹配至关重要。
结合A3，这4 个电阻从A1 和A2 的输出减去并增益信号。
电阻比之间的错配会在A3 输出端形成误差。
方程式2 在这些电阻关系方面会形成CMR 误差：例如，如果R1、R2、R3 和R4 接近相同值，且R3：R4 等于R1/R2 的1.001，则该0.1%错配会带来仪表放大器CMR 的降低，从理想水平降至66dB 级别。
根据方程式1，仪表放大器CMR 随系统增益的增加而增加。
这是一个非常。
三运放仪表放大器
三运放仪表放大器摘要本系统采用三个OP07双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入差模信号放大100至200倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805等线性电源芯片组成，可输出+5V、+12V、-12V三路电压。
一、方案论证与比较1.放大器电源的制作方法方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放OP07，由于OP07是双电源放大器，典型电源电压为，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为OP07的电源输入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。
方案二：采用线性电源稳压芯片78系列和79系列制作线性电源，使用多输出抽头变压器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。
2.电源方案论证本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。
考虑到开关电源的输出电压不是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较大，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。
3.放大器制作方法方案一：题目要求使输入信号放大100至200倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压，此放大电路可以达到预定的放大倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。
方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出电压。
4.放大器方案论证在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传感器的输出是放大器的信号源。
然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，他们随所测物理量的变化而变。
这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大小而变。
三运放差分放大电路
三运放仪表放大线路设计（2010－5－12更新）
最近看到许多朋友在做一些小信号的放大，例如感应器的信号采集
这里仅仅提供一个设计方法和思路，在实际应用当考虑电源的杂讯以及一些Bypass的电容例如在LM324电源接一些100uF ,0.01uF 的电容，这些电容尽量靠近LM324
当然如果不是局限LM324的应用，市面上有许多这样兜售的零件例如TI的INA122，INA154 ADI的AD620，AD628等等，而且频带宽和噪声系数都很好
这些运放在放大的时候单级尽量不要超过40dB（100倍），避免噪声过大
这里设计的是理论值而已
举例设计:
设计一个仪表放大器其增益可以在1V/V<A<1000V/V 范围内变化
设计一个微调可以优化CMRR
1，将一颗100K的可变电阻串入替代RG串入线路中，并串入一颗R4，避免串入的可调＝0 有余A1>1V/V ,为了允许A能一直降到1V/V要求A2<1V/V. 任意选定A2＝R2/R1＝0.5V/V 并设置R1＝100K
R2＝49.9K精度1％，根据上面公式A1必须从2V/V到2000V/V内可以变动。
在这个极值上有
2＝1＋2R3/(R4+100K) 和2000＝1＋2R3/(R4+0). 以上求得R4＝50欧姆，R3=50K ，精度1％
2，CMRR将接地的49.9K电阻，裁成R6.R7（可变）R6=47.5K，R7=5K
LM324 采用双电源，单信号输入，放大100倍
采用OP07之双电源，单信号输入，100倍
采用Lm324之单电源，单输入信号设计参考（输入信号切不可为零）
#运算放大器。
基于三运放的仪表放大器的设计与制作
传感器与检测技术（信号检测部分）实验指导书检测与控制实验中心编著重庆邮电大学自动化学院检测与控制实验中心2015.3.27实验一、基于三运放的仪表放大器的设计与仿真一．实验目的：1掌握仪表放大器的结构原理：2熟练应用Proteus 仿真平台，设计电路原理图；并生成电路板图；3掌握基本焊接技术。
二．实训工具：Proteus 仿真平台三．三运放构成仪表放大器的原理：随着电子技术的飞速发展，运算放大电路也得到广泛的应用。
仪表放大器是一种精密差分电压放大器，它源于运算放大器, 且优于运算放大器。
仪表放大器把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点, 使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。
仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输入和相对参考端的单端输出。
与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。
仪表放大器的2 个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。
这个特殊的差动放大器，具有超高输入阻抗，极其良好的CMRR低输入偏移，低输出阻抗，能放大那些在共模电压下的信号。
2. 构成原理仪表放大器电路的典型结构如图1 所示。
它主要由两级差分放大器电路构成。
其中，运放A1, A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比（即共模抑制比CMRR得到提高。
这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR!求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4, Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。
三运放电路放大公式推算
三运放电路放大公式推算
三运放(Transistor amplifier)是一种典型的电路放大器，其结构由
三个晶体管、几个电容、几个电阻、一个输出线圈和一个DC电源组成。
三运放的放大公式可以使用来计算放大器的放大率，该公式如下：放大率= A=η_in × η_out （η_in为输入增益，η_out为输出增益）
计算输入增益η_in 和输出增益η_out 的公式如下：
输入增益η_in = β_1 = β_2 = β_3
输出增益η_out = β_1 × β_2 × β_3 ÷ (β_2 + β_3)
其中，β1、β2、β3为每个晶体管的射极射线的增益常数。
计算三运放的最终放大倍率时，可以通过将上述乘积常数相乘而得到
最终结果，即
A=β_1×β_2×β_3
由此可见，三运放的放大倍数与晶体管的射极射线的增益常数成正比。
因此，要想增加放大器的放大率，就要提高晶体管的射极射线增益。
除此之外，还可以将不同值的电阻和电容用于改变放大器的放大倍数。
若是将电阻和电容调整为较小的值，则可以达到较大的放大倍数；反之，
则可以达到较小的放大倍数。
总之，三运放的放大公式可以根据晶体管的射极射线增益、电阻和电
容等参数来计算放大器的放大倍数。
三运放组成的仪表放大器原理分析
三运放组成的仪表放大器原理分析仪表放大器与运算放大器的区别是什么？仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。
大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 Ω。
其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至50 nA。
与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧（mΩ）。
运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。
与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。
对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。
专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器？答案是肯定的。
使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。
电路如下图所示：输出电压表达式如图中所示。
看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的？为何上述电路可以实现仪表放大器？下面我们就将探讨这些问题。
在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路：如果R1 ＝R3，R2 ＝R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1)这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。
首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。
在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于100 kΩ，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 kΩ。
因此，当电压施加到一个输入端而另一端接地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。
（这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。
）另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。
例如，当增益等于1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电阻值有0.1% 失配，其CMR便下降到66 dB（2000:1）。
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制比越高。当输入信号中含有共模噪声，也讲被抑制。
A
U- I1
U- O 1 R
Rf
U1 R1
A
R2
U- O
U3
A
U- I2 U2
R1
R
Rf
U- O 2
图 1-1-3
3.系统设计图（如图 1-1-4 所示）
GND 2
U1
1
Vin 7812 Vout
3
+12V
1
D1 T1
4
2
+ C2
C1
1000uF/50V
+ C10
C9
1000uF/50V
104
TRANS3
BRIDGE1
+ C12
C11
10uF/50V
104
3
GND
+
+ C1
0.1uF
C2 0.1uF
R1
40K
R2 40K
R4 1K
R3 1K
+12V
U1 3
6 2
OP-07
-12V
R5 1K
R6 1K
-12V
U2 2
6 3
OP-07
+12V
7
4
1
8
10uF/50V
104
GND
(2)三运放构成仪表放大器的主要原理如图 1-1-3 所示，第一级电路由 U1 和 U2 组成， 第二级运放由 U3 构成，其放大倍数为 1。根据运算电路的基本算法分析：
即 所输出的电压：
设
- ,则
当
时，由于
= ， 中的电流为零，
，输出
电压
。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑
三运放仪表放大器
摘要
本系统采用三个 OP07 双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入 差模信号放大 100 至 200 倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳 定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805 等线性电源芯片组成，可 输出+5V、+12V、-12V 三路电压。
于差模信号。因此，要求放大器具有较强的共模信号抑制能力。 综上所述，采用方案二仪表放大器方案，仪表放大器除了具有足够的放大倍数外，还具
有高输入电阻和高共模抑制比。
二、 系统设计
1.总体设计 (1)系统框图如图 1-1-1 所示。
传感
器
输入信号
+12V
电 源
-12V
OP07构成的 三运放仪表
放大器
输出级
104
TRANS3
BRIDGE1
+ C4
C3
10uF/50V
104
3
1
GND 1
D2
T2
C5
U2
7912
4
2
+ C6
1000uF/50V
TRANS3
104
2
Vin
BRIDGE1
+
C8 C7 104
10uF/50V
Vout 3
3
-12V
U3
1
Vin 7805 Vout
3
+5V
1
GND 2
D3 T3
4
2
感器的输出是放大器的信号源。然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，他们随所测物理
量的变化而变。这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大 小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器输入电阻
加大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。 此外，传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大的共模部分，期数值有时远大
按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压
，此放大电路可以达到预定的放大
倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。 方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出
电压
。
4.放大器方案论证 在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传
方案二：采用线性电源稳压芯片 78 系列和 79 系列制作线性电源，使用多输出抽头变压 器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。
2.电源方案论证 本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干 扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。考虑到开关电源的输出电压不 是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较 大，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。 3.放大器制作方法 方案一：题目要求使输入信号放大 100 至 200 倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，
1. 电源调试 (1) 接通电源间隔 3—4 秒后断电，然后检查 7805、7812、7912 及个电熔是否有过热的 (实践证明若 7805、7812 或 7812 连接有错误将在短时间内发热)，如没有明显过热现象说明 电路连接正常。
(2) 测得电路无连接从错误后，接通电源，用万用表分别测量三路输出端得电压是否为 +12V、-12V、+5V。
47Leabharlann 18R95.1K R7 100K
R8 100K
R10 5.1K
2
3
-12V
+12V
7
4
1
8
U3
R11 5.1K
OP-07
R13 5.1K
6
R12
22K
+12V
R14
0.1K
+ C3 22uF
OUT
图 1-1-4
三、调试
根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：电源调试、放大器调试、电源和放大器 联调。各模块分别调试，将电源和放大器分别调试正常工作后再进行联调。
2. 放大器调试
(1)用标准稳定的
直流电源给放大器供电，稳定的电源能减小电源对放大电路的
影响，信号发生器输出频率设置成 100 ，幅值为 15mV 的正弦波。观察示波器的波形，计 算放大倍数。
一、 方案论证与比较
1.放大器电源的制作方法 方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放 OP07，由于 OP07 是双电源放大器，典
型电源电压为
，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为 OP07 的电
源输入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造 特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。
2.各模块设计及参数运算
(1)由于电源需要向放大器提供
电压，并且为放大器供电的电源需低噪声干扰，
放大器对输入电压的纯净度要求严格。所以综合考虑取：
电源滤波电路如图 1-1-2 所示
U1
1
Vin 7812 Vout
3
+12V
整流后的15V输入
GND 2
+ C2
C1
1000uF/50V
104
+ C4
C3
+5
其他
图 1-1-1 (2)模块说明 电源模块：由 7812、7912、7805 三个线性电源稳压芯片组成的三路输出直流电源，
其中+12V 和-12V 为双电源集成运放 OP07 供电。+5V 可为单片机、A/D 芯片或其他外部设备 供电。
放大器模块：由三个 OP07 构成的三运放仪表放大器，其特点是具有较强的抑制共 模信号的能力，并且能够调节放大输入信号至 100 到 200 倍。