仪用放大器的应用电路设计
仪用放大器设计
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。
TL431放大器电路反馈回路设计方案
TL431放大器电路反馈回路设计在众多电路设计当中，TL431是一种被广泛应用于开关电源的可 控精密稳压源。
并且TL431拥有良好的参考电压和运放，所以能够很 好的减少在控制回路上的成本投入。
本篇文章主要对TL431的反馈回 路设计进行了探讨。
通常放大器反馈STAGEon* c on*Ci2 trVL lc, k- l(.♦I q f Vcc jjPWM Ve—* f. Ap口 I AGonirol Error'V rofVoltagef ii ；nrv hi ： If( turtfn tfuifuru f t rtlbm A1为R RPOWERPower Supply Output如图1,由运放和参考构成的电路（在非隔离电路通常由脉宽控制器提供）2型补偿网络.适用于被多数工程师采用的电流模控制.低频增益由R1C1提供.数倍低于带宽的频率有一个零点，中频带增益由R2比R1决定.根据功率部分特性确定的高频段，电路又是积分形式，增益由R1C2决定.波特图如下：Fifttfv 2- ?7 J?I (廿dm a Tyftt It \ittpifpt t•r ・ d *4rIl ■r| U< ■■ Jl10100tk10K100k 1MFraquonc> (Hz)尸妙w lb: Type " Gw 炉Boje Ph/i z 订 i "「n con用TL431实现分立器件的功能没什么不同.如图2.Stifp y i hripnfg 咁［Jb 1pnasfi {deg) n-40 '_「「亠100Vex13 Gnd区别是1. R5上拉电阻（提供足够电流）。
2. 431电路驱动能力不强，但输出接高阻抗，工作很好。
也是一个2型补偿网络。
TL431隔离应用图3是隔离的应用.ft5-AAArErrorVoltageVok i^urt J: I epical 1L43I with fhifpuf (tftdOptocoupler $ .uryiriv^ (11anuon* com与图2最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流.电流由:TL431电压增益;R5; Vo决定.（图2传函与R5,Vo无关）.C3代表光耦输出电容和频响rolloff. 图3也是一个2型补偿网络.A.低频段：TL431放大器由C1R1构成的积分器的增益高，是补偿网络的主图4a给出低频等值电路B.中频段：TL431积分器达到单位增益，超过这点，积分器输出减弱.然而总 有Vo 通过R5流过光耦提供增益（它是中频段的主导）.图5给出中频 等值电路.交越频率在中频段，设计R5达到想要的交越频率。
ad620用法介绍以及典型电路连接解读
单片仪表放大器为了满足对更容易应用的仪表放大器的需求，ADI公司研发出单片IC仪表放大器。
这些IC包含对如前所述的三运放和双运放仪表放大器电路的改进，同时提供激光微调的电阻器和其它有益於单片IC的技术。
由於有源器件和无源器件现在都在同一颗管芯内，所以它们能够精密匹配——这保证了器件提供高CMR。
另外，这些器件在整个温度范围内保持匹配，从而保证了在宽温度范围内优良的性能。
IC技术（例如，激光晶圆微调）能够使单片集成电路调整到极高精度并且提供低成本、高量产。
单片仪表放大器的另一个优点是它们可以采用尺寸极小、成本极低的SOIC或MSOP封装，适合用於高量产。
表1提供一个ADI公司仪表放大器性能快速一览表。
图1. AD8221原理图一、采用仪表放大器还是差分放大器尽管仪表放大器和差分放大器有很多共性，但设计过程的第一步应当是选择使用何种类型的放大器。
差分放大器本质上是一个运放减法器，通常使用大阻值输入电阻器。
电阻器通过限制放大器的输入电流提供保护。
它们还将输入共模电压和差分电压减小到可被内部减法放大器处理的范围。
总之，差分放大器应当用於共模电压或瞬态电压可能会超过电源电压的应用中。
与差分放大器相比，仪表放大器通常是带有两个输入缓冲放大器的运放减法器。
当总输入共模电压加上输入差分电压（包括瞬态电压）小於电源电压时，应当使用仪表放大器。
在最高精度、最高信噪比（SNR）和最低输入偏置电流（IB）是至关重要的应用中，也需要使用仪表放大器。
二、单片仪表放大器内部描述1、高性能仪表放大器ADI公司於1971年推出了第一款高性能单片仪表放大器AD520，2003年推出AD8221。
这款仪表放大器采用超小型MSOP封装并且在高於其它同类仪表放大器的带宽内提供增加的CMR。
它还比工业标准AD620系列仪表放大器有很多关键的性能提高。
图2. AD8221的引脚排列AD8221是一种基於传统的三运放结构的单片仪表放大器（见图1）。
AD623单电源、电源限输出仪表放大器的原理及应
摘 要： 介绍了美国ADI公司最新推出的单电源供电(+3~+12V)输出摆幅能达到电源电压的集成仪表放大器AD623的基本原理、使用方法和典型应用。AD623具有低功耗、宽电源范围和电源限输出特性，它非常适合电池供电应用场合。
关键词： 仪表放大器 电源限输出 单电源
AD623的误差很低，有两个误差源：输入误差和输出误差。当折合到输入端(RTI)时，输出误
差除以增益，实际上在增益很高时，输入误差起主要作用；在低增益时，输出误差起主要作
用。对给定增益，总失调电压(V OS )由下式计算：
总误差(RTI)=输入误差+输出误差/增益
总误差(RTO)=输入误差×增益+输出误差
(7)AD623可以取代分立器件搭成的仪表放大器具有优良的线性度、温度稳定性和小体积可靠
性。
(8)AD623仪表放大器采用8脚工业标准封装形式，即DIP，SOIC和小型SOIC三种形式，其引脚排列如图1所示。
迄今为止，尚未见到一种仪表放大器的性能能达到AD623的水平。AD623主要用于低功耗医用
1 概述
AD623仪表放大器是美国模拟器件公司(Analog Devices Inc.,简称ADI)最近推出的一种低价格、单电源、输出摆幅能达到电源电压(通常称之为电源限输出，即rail to rail output)的最新仪表放大器。主要特点是：
(1)AD623使用一只外接电阻设置增益(G)，高达1000，从而给用户带来极大方便。
3 4 抗射频干扰措施
所有的仪表放大器能对通带外高频信号检波，被检波的信号以直流失调误差的形式出现在输
出端。为了防
运算放大器的应用实验报告
运算放大器的应用实验报告仪用运算放大器及其应用实验报告实验报告课程名称：电路与模拟电子技术实验指导老师：张冶沁成绩：__________________ 实验名称：仪用运算放大器及其应用实验类型：电路实验同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求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、实验内容和原理1．用通用运算放大器设计一个仪表放大器（用LM358芯片）2．用INA128 精密低功耗仪器放大器设计一个仪表放大器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。
三、主要仪器设备LM358芯片INA128 精密低功耗仪器放大器四、操作方法和实验步骤两种仪表放大器的性能测量：一、电压增益和最大不失真输出，并计算出共模抑制比输入正弦波，改变输入信号幅度或频率，用示波器监测输出波形，在不失真的情况下，测量输入电压为最大或最小时的电压增益，及最大不失真输出电压，并计算共模抑制比。
二、输出端噪声电压输入为0，用示波器测量峰峰值。
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。
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）。
精密仪用放大器INA114原理及应用
精密仪用放大器INA114原理及应用摘要：第一章引言INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器，具有成本低、精度高通用性强等优点，三运放结构设计，减小了尺寸，拓宽了应用范围。
利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节，内部输入防护可承受高达±40V的共模电压而不会损坏。
INA114具有低失调电压(50μV)、低漂移μV/︒C)和高共模抑制比(当G = 1000时为115dB )。
能在±低电源情况下工作，也可用5V单电源工作。
静态工作电流最大3mA。
第二章INA114结构原理及特点一、特性1．低失调电压: 最大50μV2．低漂移: 最大μV/︒C3．低输入偏流: 最大2nA4．高共模抑制:最小115dB5．输入过压保护:±40V6．宽电源范围: ±2.25 —±18V7．低静态电流: 最大3mA二、应用1．电桥放大器2．热电偶放大器3．RTD感测放大器4．医用放大器5．数据采集三、结构原理图INA114结构原理图如图1所示：图1 结构原理图1． V IN-(脚2)：信号反向输入端。
该端与信号同相输入端（脚3）构成差分输入。
2． V IN+(脚3)：信号同向输入端。
3．增益调整(脚1、8)：该端接外接增益调整电阻器R G。
4． V O(脚6)：放大器输出端。
5． Ref(脚5)：参考电压输入端，通常接地。
为确保良好的共模抑制，连接必须是低阻抗的，如果一个5 的电阻串接在此脚，将引起共模抑制比典型值下降到80dB（G=1）。
三、工作原理分析1．三运放仪用放大器电路结构仪用放大器的三运放结构，是在差动运放的基础上发展起来的一种比较完善的结构形式，如图2所示，其中，A1、A2为同相放大器，A3为差动放大器，三个运放都具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声等特性，且A1、A2性能完全匹配。
图2 三运放仪用放大器电路结构2．工作原理分析(1)当Ui1单独作用，即Ui2 = 0时：Ui2 = 0， UN = 0(2)当U i2单独作用(Ui1= 0)时：Ui1 = 0， UM = 0(3)当Ui1、Ui2同时作用时：当满足电阻匹配条件，即 R5 = R4 , R7 = R6 , R3 = R2时，输出电压为：选择R2～R6=R ，则增益为：因此，INA114的增益为： GR k G Ω+=501 i1121o1U R R R U +='i113o2U R R U -='i2121o2U R R R U +=''i212o1U R R U -=''o1o1o1U U U '''=+122i1i211R R RU U R R +=-o2o2o2U U U '''=+133i2i111R R RU U R R +=-6o o2o14()R U U U R =-6123i2i114()()R R R R U U R R ++=-121)(413216R RR R R R R R G +=++=其中，R是外接电阻器，50k 是内部两个反馈电阻值的和。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ指导老师：成绩：__________________
实验名称：仪用放大器的应用电路设计类型：___________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.学习并了解仪用放大器与运算放大器的性能区别。
2.掌握仪用放大器的电路结构及设计方法。
3.掌握仪用放大器的测试方法。
4.学习仪用放大器在电子设计中的应用。
二、实验内容和原理
1. 仪用放大器
仪用放大器是一种精密差动电压放大电路。
在实际的生产生活中，实际的信号获取单元经常需要面对强噪声背景下的微弱信号，这些强噪声将以共模的形式进入测量单元。
虽然运放具有共模抑制比，但信号电压和共模电压一起被传送到输出端，将降低放大器的有效输出范围。
2.基本差动放大器与带输入缓冲的差动放大器
基本差动放大器：带输入缓冲的差动放大器：
3.标准的三运放构成的仪用放大器
造成差动放大器误差的两个主要因素为：运算放大器的参数和电阻器匹配的精确度。
若在输入运算放大器周围增加匹配电阻，把增益设臵放在前端实现，就构成了仪用放大器。
仪用放大器的传输函数为：
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，来提高共模抑制比。
4.单片仪用放大器
5.双孔梁应变式传感器
力传感器单元是这个实验的传感器，为信号输入部分。
它内部含有由4个全桥电路。
7.单个通用放大器设计电子秤电路
三、主要实验仪器
综合实验箱、DG01万用表
四、操作方法和实验步骤
1.单片仪用放大器构成的电子秤电路
①检查实验箱、万用表，检查放大电路的完整性。
②按电路图连接电路，分别将集成仪表放大器、力传感器、增益调节电路、万用表一起构成电子秤，万用表选择2V量程。
③当力传感器上没有放置任何物体时，调节调零旋钮，使得万用表的读数为0V。
④在力传感器上放置一定重量的物体，调节RW3，使万用表的测量值×100为该物体的质量。
此时电子秤的连接和调节已经完成。
⑤在电子秤的量程0~200g内，合适分布测量值，得到不同物体质量的测量值与准确值并记录。
⑥质量从小到大依次放置测量物体并记录重量，再从大到小依次放置并记录重量。
①检查实验箱、万用表，检查放大电路的完整性。
②按电路图连接电路，分别将单个通用放大器、力传感器、增益调节电路、万用表一起构成电子秤，万用表选择2V量程。
③当力传感器上没有放置任何物体时，调节调零旋钮，使得万用表的读数为0V。
④在力传感器上放置一定重量的物体，调节RW3，使万用表的测量值×100为该物体的质量。
此时电子秤的连接和调节已经完成。
⑤在电子秤的量程0~200g内，合适分布测量值，得到不同物体质量的测量值与准确值并记录。
⑥质量从小到大依次放置测量物体并记录重量，再从大到小依次放置并记录重量。
⑦比较两个电子秤电路的异同。
五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析
七、讨论、心得
与以前的自顾自做实验不同，这次实验最大的特点是可以合作完成，在合作的过程中与很多同学都有交流，可以碰撞出很多的新想法。
加上老师布置的实验题目很灵活，许多步骤都可以自己设计完成，而且每个人想到的方法都不同，交流的过程中就掌握了很多人的方法。
做电子秤的实验与之前验证定理和测量参数的实验相比，少了一点点枯燥，有了更多的趣味性。
当放上小物体后，万用表的屏幕上真的显示出了物体的重量时，成就感会油然而生，也体会到了电路实验的魅力所在。
在实验过程中，我们最初想使用示波器进行电子秤的调零，发现结果不尽人意，在后来的查找资料和询问老师时我们意识到，输入信号过小，示波器无法精确地识别这么小的信号，导致调零会出现很大误差。
这又加深了我们对示波器的理解。