仪用放大器
仪表放大器优势_仪表放大器典型应用及实例
仪表放大器优势_仪表放大器典型应用及实例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。
本文首先介绍了仪表放大器的原理及特点，其次介绍了仪表放大器的优势，最后介绍了仪表放大器典型应用及实例。
仪表放大器的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，使得共模抑制比得到提高。
这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在共模抑制比要求不变情况下，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。
在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：Au=（1+2R1/Rg）（Rf/R3）。
由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现，仪表放大器典型结构见图1。
仪表放大器的特点仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比、低噪声、低线性误差、低失调电压和失调电压漂移、低输入偏置电流和失调电流误差等特点。
仪表放大器的优势1、高共模抑制比仪表放大器具有能够消除任何共模信号（两输入端电位相同）而放大差模信号（两输入端电位不同）的特性。
为了使仪表放大器能正常工作，要求它既能放大微伏级差模信号，同时又能抑制几伏的共模信号，实现这种功能的仪表放大器必须具有很高的共模抑制能力。
共模抑制比的典型值为70- 100dB.通常，在高增益时，CMRR 的性能会得到改善，即。
仪表放大器的正确使用方法
仪表放大器的正确使用方法
仪表放大器被广泛地应用在现实世界中的资料截取。
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。
常见的应用问题多是由以下因素所引起的：
1、以高阻抗源驱动仪表放大器的基准端;
2、在增益很高的情况下，操作低供应电压的仪表放大器电路;
3、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;
4、使用不匹配的RC 输入耦合元件。
常见问题
与分立器件相比，现代集成运算放大器和仪表放大器为设计工程师带来了许多好处。
虽然提供了许多巧妙、有用并且吸引人的电路。
往往都是这样，由于仓促地组装电路而会忽视了一些非常基本的问题，从而导致电路不能实现预期功能- 或者可能根本不工作。
仪表放大器 原理
仪表放大器原理
仪表放大器是一种电路设备，用于将输入信号放大并输出至仪表显示。
其基本原理是通过放大器电路对输入信号进行放大，以便能够更好地显示在仪表上。
仪表放大器的核心部件是放大器，根据不同的应用需求，可以选择使用不同类型的放大器，如运放放大器、电子管放大器等。
放大器接收输入信号，经过放大后输出到仪表上。
在仪表放大器中，通常还会加入一些辅助电路来实现对输入信号的处理和调节。
比如，可以加入滤波电路来滤除输入信号中的噪音和干扰，提高信号的纯净度；还可以加入增益调节电路，以便根据需求调节放大倍数。
此外，在仪表放大器中，还需要考虑输入和输出的匹配问题，以确保输入信号的准确度和稳定性。
通常会根据输入信号的幅度范围和仪表的灵敏度要求，选择合适的放大倍数和增益值。
最终，经过放大和处理后的信号将输出至仪表上，实现对输入信号的具体量化和显示。
仪表放大器的设计和调试是一个复杂的过程，需要考虑到多个因素如电路的稳定性、信号的准确度和仪表的精度等。
总结来说，仪表放大器通过放大器电路对输入信号进行放大，再经过处理和调节，将信号输出至仪表显示。
其原理主要涉及信号放大、滤波和增益调节等。
通过合理的设计和调试，能够实现对输入信号的准确量化和显示。
仪用放大器使用注意事项
仪用放大器使用注意事项。
仪表放大器的结构仪表放大器一般是由三个放大器和经过激光调阻修正的电阻网络构成，如图1所示。
在传统的三片运放方式的基础上做一些改进，内部阻值的校准保证用户只需要外接一个电阻即可实现由1到上万倍的增益精确设定，减少了由于增益相关误差带来的数据采集误差，同时这种结构保证其具有高输入阻抗和低输出阻抗，且每一路输入都有输入保护电路以避免损坏器件。
由于采用激光调阻，使其具有低失调电压、高共模抑制比和低温漂。
图1 仪表放大器的结构原理框图图1所示为BB（Burr Brown）公司的INA114、INA118等仪表放大器的结构原理框图及引脚。
在实际应用时，正负电源引脚处应接滤波电容C，以消除电源带来的干扰。
5脚为输出参考端，一般接地。
实际应用中即使5脚对地之间存在很小的电阻值，也将对器件的共模抑制比产生很大的影响，如5欧姆的阻值将导致共模抑制比衰减到80dB。
应用中应考虑的问题1 输入偏置电流回路一般来说，选择差分信号测量的工作方式时，后面的信号放大电路一般直接采用仪表放大器构成。
仪表放大器的输入阻抗非常高,大约达到1010Ω数量级，相应对于差分输入的每个输入端都需要输入偏置电流通道，以提供共模电流反馈回路，例如仪表放大器IN118输入偏置电流大约为±5nA。
由于仪表放大器的输入阻抗非常高，使得输入的偏置电流随输入电压的变化非常小，对差分信号放大不会产生太大影响。
输入偏置电流是仪表放大器（IA）输入三极管所必须的电流，电路设计时必须保证偏置电流有接地的回路，如果电路中没有输入偏置电流通道，传感器的输入将处于浮电位状态，而浮电位值很可能超过放大器所能够允许的共模电压范围（其值与放大器的供电电压相关），使输入放大器饱和而失去放大功能。
（实验中好像是c）针对实际的应用情况，输入偏置电流回路设置可以采用三种基本形式，分别如图2所示。
其中(a)为差分信号源阻抗较高（人体内阻算大还是小？接电极时是否需要导电膏之类的东西，这是人体电阻大约是多少？）时常用的形式，其中的两个接地电阻相等，以保证较高的共模抑制比和减小偏置电流对失调的影响；（b）为信号源阻抗较低时采用的形式（如热电偶）；（c）为对称结构常用的形式。
仪用放大器应用技巧
仪用放大器应用技巧仪用放大器是一种被广泛应用于仪器仪表和传感器系统中的电子设备。
它的主要功能是将微弱的电信号放大到合适的范围，以便于进一步处理和分析。
仪用放大器具有很高的精度和稳定性，可以在各种环境条件下正常工作。
下面是一些仪用放大器的应用技巧。
1. 过量裕量设计：仪用放大器的过量裕量（Margin）是指其工作范围与所需信号范围之间的差值。
过量裕量设计是为了应对信号的波动和噪声，保证放大器的稳定性和可靠性。
过量裕量的选择应根据具体应用的信号大小和噪声水平来确定。
2.信号处理：仪用放大器广泛应用于信号的采集和处理系统中。
在信号采集过程中，放大器可以将微弱的信号放大到合适的范围，以便于后续的分析和处理。
在信号处理过程中，放大器可以进行滤波、滞后补偿、调节增益等操作，以满足特定的应用需求。
3.传感器放大：仪用放大器常用于传感器系统中的信号放大。
传感器是一种能够将物理量转化为电信号的装置，常用于测量温度、压力、速度等参数。
放大器可以放大传感器输出信号，使其能够被直接读取和分析。
同时，放大器还可以对传感器输出信号进行滤波、增益调节等操作，以提高系统的灵敏度和稳定性。
4.仪器仪表：仪用放大器广泛应用于各种仪器仪表中，如示波器、频谱仪、信号发生器等。
在这些仪器中，放大器常用于信号的放大和处理，以提高仪器的准确性和可靠性。
放大器能够提供高增益、低噪声和高精度的放大功能，以满足仪器的性能要求。
5.控制系统：仪用放大器还常用于控制系统中的反馈回路中。
在控制系统中，放大器可以将控制信号放大到合适的范围，以驱动执行器或控制器。
同时，放大器还可以对反馈信号进行放大和处理，以实现系统的精确控制和稳定性。
6.自动测试设备：仪用放大器广泛应用于自动测试设备（ATE）中。
ATE是一种能够自动进行测试和分析的设备，常用于生产线上的电子产品测试。
在ATE中，放大器可以对被测设备的信号进行放大和处理，以提高测试的精度和可靠性。
综上所述，仪用放大器在仪器仪表和传感器系统中的应用非常广泛。
仪用放大器器实验说明
公众号：惟微小筑
仪用放大器器实验说明
在安装有实验软件的条件下,双击该实验的图标将会翻开如下图的窗口.
1、将窗口最|大化(右上角蓝框中的方块) ,出现左下脚红框中的运行控制按钮(见图) .
2、实验过程：点击左下脚的运行开关按钮(三角型按钮)将实验电路置于运行
状态.
3、RV1调节电桥平衡,RV2模拟温度敏感元件,RV3调节仪用放大器电压放大
倍数,RV4也可调整电压放大倍数,RV5平衡电阻.
4、将RV2调整到50％,然后调整RV1使电桥输出电压为最|小(观察输入电压
表) .
5、将RV4调整到100％,调整RV5使放大器输出最|小(观察输出电压表=0最|
好) .
6、调整RV2使电桥有一定的输出电压,调整RV3观察输出电压表的数值,改变
仪用放大器的电压放大倍数.使放大倍数=1000 .
7、改变RV2使电桥输出电压变化,观察输出电压表的数值,如不满足电压放大
倍数的要求可再调RV3 ,使其在电桥输出电压大小的情况下,放大倍数都接近1000 .放大倍数就调整好了.
8、用鼠标左键点击左下脚停止开关按钮(方块型按钮)使电路停止运行.
9、说明仪用放大器与普通差动输入放大器有什么不同.。
仪用运算放大器的增益表达式的推导
仪用运算放大器的增益表达式的推导
仪用运算放大器是一种常用的电路元件，它可以将输入信号放大并输出。
在使用仪用运算放大器时，需要了解其增益表达式，以便合理设计电路。
本文将介绍仪用运算放大器的增益表达式的推导过程。
首先，将仪用运算放大器的输入端和反向输入端分别称为正极和负极，输出端称为输出极。
假设输入信号为Vin，反向输入信号为V-，输出信号为Vout，则有：
Vout = A(Vin - V-)
其中A为仪用运算放大器的增益，可以通过改变电路中的反馈电阻的值来调整。
根据反馈电路的原理，可以得到：
V- = Vout / β
其中β为反馈系数，可以通过改变反馈电阻的值来控制。
代入上式，得到：
Vout = A(Vin - Vout / β)
整理得到：
Vout(1 + A/β) = A*Vin
因此，仪用运算放大器的增益表达式为：
A = -Vout / (Vin/β - Vout)
该表达式可以用来计算仪用运算放大器的增益，从而合理设计电路。
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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实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩：实验名称：仪用放大器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名： 一、实验目的二、实验内容与原理 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 五、实验心得一、实验目的1．了解仪表放大器与运算放大器的性能区别 2．掌握仪表放大器的电路结构及设计方法 3．掌握仪表放大器的测试方法4．学习仪表放大器在电子设计中的应用二、实验内容与原理仪表放大器时一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。
仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。
标准运算放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比CMR K ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。
当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对微弱信号进行高精度处理。
常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。
单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件仪表放大器电路的实现放大主要分为两大类：第一类由单运算放大器（例如集成运放LM424）组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下：由三运算放大器构成的仪表放大器具有以下特点：输入缓冲电路增加了输入阻抗，差分电压按[12*(/)]F G R R 的增益系数被放大，而共模信号讲义单位增益通过输入缓冲器，即不增加共模增益和误差；改变滑动变阻器的阻值即可调整差分增益；用实现了输出级点则比率匹配方式调节共模抑制比CMRR 。
因为调节电阻的比率比调整电阻的绝对值要容易；另外，由于仪表放大器在结构上的对称性，输入放大器的共模误差将被输出级的减法器消除。
因此，仪表放大器常被用来放大桥接传感器的差分输出以及维系哦啊的桥接器输出信号，并同时抑制较大的共模电压。
装订线利用右图简化图推导仪用放大器的差模电压放大倍数为13(12*)*fVDgRRAR R=+，所以实验过程中调节GR，即滑动变阻器的大小即可调整差模放大倍数另一类仪表放大器的实现方法的实现由单片集成芯片（例如：INA128）为核心，设计出不同的仪表放大器电路如下：INA128采用单个外部电阻可实现从1~10000的任一增益选择。
INA128提供工业标准的增益等式与AD620兼容。
具有最大为50μV的低偏置电压、0.5μV/℃的低温度漂移、5nA的低输入偏置电流，最小为120dB的高共模抑制比CMR，±2.25~±18V的宽电源电压范围，700μA的低静态电流等特点。
该电路增益计算公式为501VDGKARΩ=+。
INA128仪表放大器可广泛地应用于桥式放大器、热电偶放大器、RTD传感放大器、医疗仪器、数据获得等本实验过程中主要利用以上设计出的两种仪表放大器测量仪表放大器的如下性能：A、电压增益测量：从信号源SV输入正弦波，改变输入信号幅度或频率，用示波器监视输出波形，B、在不失真的情况下，测量输入电压iV为最大或最小时的电压增益，及最大不失真增益，并计算出共模抑制比C、通频带的测量：在保持输入电压不变的情况下，测量当电压放大倍数变为中频带的0.707倍时的频率大小三、主要仪器设备电路实验板、通用运算放大器、电阻电容等元器件、MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源。
装订线四、实验数据记录、处理与分析仪表放大器是一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。
仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。
标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定；而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比KCMR ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。
当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。
常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。
单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。
①【差模共模信号】实验仿真：（1）电桥输入电路：由电路图可知，改变滑动变阻器的阻值即可改变A点的电压。
左图中A与B点的共模电压为V1=VA+VB2=10+82=9V，差模电压为V2=V A−V B=10−8=2V。
同理右图中共模电压为V1=VA+VB2=8.571+82=8.285V，差模电压为V2=V A−V B=0.571V。
（2）信号源输入电路将信号源输出信号转化为差分信号的电路如下所示：共模电压峰峰值为V1=VA+VB2=49.99+49.982=49.985mV，差模为V2=V A−V B=0.01mV。
装订线②【单运放仪用放大器】实验仿真（电压增益）仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由单运算放大器(例如：集成四运放LM324)组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一的仿真如下所示（波形反向）：由电路可得理论电路增益G1=-（1+2R1/Rg）×(Rf/R3)=-15.3倍。
而由仿真可得电路增益G2=-782.3/50.53=-15.48倍装订线实验记录（由于在做实验时发现若输入的电压过大，则在测量该电路通频带时输出电压会出现严重的失真，所以为了得到较好的输出波形，在仿真与实验时都用了较小的电压值）实验电路如仿真电路，由此得到示波器波形如下：由实验记录可得电压增益G3=780mV/46.9Mv=16.63倍。
绘制成表格如下：实验仿真（通频带）装订线而当保持输入电压大小不变而改变其频率时，记录下输出电压减小到原来0.707时的频率即可得该电路的通频带。
先仿真如下，则可得其带宽为220kHz。
实验记录如下：由此可得该电路的通频带为294kHz。
（实验时虽然保持了输入电压大小不变，但实际上随着频率的增大，输入电压的值会由此而改变，由下图中的输入电压值与先前不同变可得知。
）与仿真值相比，结果比较接近。
实验仿真（最大不失真电压）当set=0.5，即滑动变阻器的阻值为5kΩ时的最大不失真：装订线当输入电压最大值Vampl=330mV 350mV 时输出为标准正弦波，当Vampl=370mV 时输出电压已表现出一定的非线性失真，当Vampl=390mV 时输出电压明显失真；所以最大不失真输入电压最大值为350mV~370mV ，最大不失真输出电压最大值为11V 左右实验记录（最大不失真输出电压）将滑动变阻器调至正中间使R 5p k =Ω，增大信号源电压，当输出电压恰好不失真时，用示波器双踪差模输入电压与输出电压（通道一为输入电压，通道二为输出电压）Time2.0ms2.2ms 2.4ms 2.6ms 2.8ms3.0ms 3.2ms 3.4ms 3.6ms 3.8ms4.0msV(Vo)-20V-10V0V10V20V装订线在达到最大不失真输出电压后，当输入电压进一步增大时，输出波形会出现非线性失真，用示波器双踪波形如下：③【单片集成芯片仪用放大器】实验仿真（电压增益）仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第二类由单片集成芯片(例如：INA128) 为核心，设计出不同的仪表放大器电路，INA128基本连接方案的仿真如下：由仿真可得电压增益G1=2.514V/12.494mV=201倍（电压幅值）。
根据仿真做出实验如下所示，则可得电压增益G2=4.242V/53.9mV=78.7倍（峰峰值）。
很显然，实验值与仿真值差距较大，究其原因，主要还是对小信号的测量有较大的偏差。
由实验记录可知小信号的波形存在较多的毛刺，就算取平均也不能将其变得平整。
因此，仿真与实验存在较大的差距。
通频带实验仿真如下：装订线所以可得仿真的通频带宽为223.7kHz。
而实验时测得输出电压降为原来的0.707时的频率为234.7kHz，所以可知该电路的通频带为234.7kHz。
装订线实验仿真（最大不失真电压）放大倍数为100倍时最大不失真电压的仿真测量：装订线当输入电压最大值Vampl=130mV时，输出标准正弦波，当vampl=140mV时，输出波形恰好不失真，当vampl=150mv 、160mv时，输出波形明显失真；所以当电压放大倍数为100倍时最大不失真输入电压为140mV，最大不失真输出电压最大值为12V左右实验记录（最大不失真输出电压）将滑动变阻器调至正中间使R5pk=Ω，增大信号源电压，当输出电压恰好不失真时，用示波器双踪差模输入电压与输出电压（通道一为输入电压，通道二为输出电压）在达到最大不失真输出电压后，当输入电压进一步增大时，输出波形会出现非线性失真，用示波器双踪波形如下：Time2.0ms 2.2ms 2.4ms 2.6ms 2.8ms3.0ms 3.2ms 3.4ms 3.6ms 3.8ms4.0msV(Vo)-20V-10V0V10V20V装订线五、实验心得【实验主要误差分析】1. 信号源输出电压太小导致示波器波形不稳定产生的误差2. 测量仪器本身具有的系统误差3. 示波器测量电压，频率时测量值是跳跃的，很难读出准确值产生的误差4. 稳压源输出电压不恒定，且不完全等于输出值而引起的误差5. 导线的电阻以及导线连接造成的接触电阻6. 探头的老化误差7. 信号源的频率在实验时产生波动，不稳定产生的误差8. 实验器件实际值与标称值不同引起的误差【实验心得】（一）对于集成运放基本运算电路实验，在做实验前先进行软件仿真了解其基本特性是一个很好的方法。
这样能够使得自己在自己动手做实验对于实验结果有一定的预期，不但可以提高做实验的效率，而且也是减小实验失误的有效方法之一。
（二）在做运放实验时，接线需要小心谨慎，特别是对于偏置电压的接入，一定要判断清楚恒压源的正负极才能接入。
否则一旦出现线路接错，很容易就会烧掉运放。
（三）此实验中正确使用示波器又是一大难点。
但经过第一个学期的使用训练，可以说现在对示波器的调节已经相对来说比较娴熟。
但实验时仍需注意示波器共地问题以及两个通道之间的干扰问题。
（四）实际用的运放器件肯定不是理想运放，会有很多参数的限制，所以要合理选择并核算；。