精密低功耗仪表放大器INA118及其应用
低电压精密仪表放大器
低电压精密仪表放大器
佚名
【期刊名称】《《今日电子》》
【年(卷),期】2005(000)008
【摘要】精密仪表放大器AD8553具有25mV的最大失调电压、0．1mV／℃的最大失调电压漂移和仅0．7mVP-P（0．1～10Hz）的电压噪声，采用1．5～5．5V单电源，在待机模式下的总电流为4mA。
与VREF引脚串联的寄生电阻不会降低性能，从而在低增益时也有很高的共模抑制比（CMR）。
在增益为100时的最小CMR为120dB，满电源摆幅输出使其适合驱动和缓冲ADC。
【总页数】1页(P101)
【正文语种】中文
【中图分类】TN722
【相关文献】
1.Intersil推出业内首款集成ADO驱动器的40V低噪声精密仪表放大器 [J],
2.低电压通用型双通道仪表放大器INA2128 [J], 翟俊祥
3.使用电可调电阻和精密仪表放大器支持高增益应用 [J], Maurizio Gavardoni
4.设计精密差分输出仪表放大器的应用电路 [J], Moshe Gerstenhaber;Stephen Lee
5.AD8295:带有信号处理放大器的精密仪表放大器 [J],
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智能化传感器中应用仪表放大器时应注意的问题知识分享
智能化传感器中应用仪表放大器时应注意的问题1 序言仪表放大器（IA）由于其本身所具有的低漂移、低功耗、高共模抑制比、宽电源供电范围及小体积等一系列优点，在数据采集系统、电桥、热电偶及温度传感器的放大电路中得到了广泛的应用，它既能对单端信号又能对差分信号进行放大。
在数据采集系统中，一般需要实现对多路信号进行数据采集，这主要是通过多路开关来实现对多路信号的切换。
实际应用中，针对不同的测量对象可以分别选择单端信号或差分信号的输入方式来实现对信号的获取，一般市场上所有的多路信号采集系统基本上都具备这种功能。
差分仪表放大器具有对差分信号进行放大，对共模信号加以抑制的功能，但是并非所有差分信号输出的场合可以直接使用仪表放大器作为前置信号放大级，具体来说必须考虑到共模信号的大小、差分信号的大小、放大倍数的选择、输入信号的频率范围等因素，同时针对输入信号的具体情况可以选择单端信号输入方式或者差分信号输入方式。
下面对仪表放大器在实际应用中所涉及到的这些问题分别加以阐述。
2 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。
精密仪用放大器INA114
精密仪用放大器INA114原理及应用摘要：INA114是一种通用仪用放大器，尺寸小、精度高、价格低廉，可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等。
INA114只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值，内部输入保护能够长期耐受±40V，失调电压低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），共模抑制比高（G=1000时为50dB），用激光进行调整，可以在±2.25V的电压下工作，使用电池（组）或5V单电源系统，静态电流最大为3mA。
INA114采用8引脚塑料封装或SOL-16表面封装贴件，使用环境温度为-40℃～+85℃。
还有就是INA114的电气参数、建立增益、噪声特性、失调/偏移的修正、偏置电压返回路径、输入共模范围、输入保护。
结束语综上所述，INA114精密仪用放大器精度高、增益范围大、性能优良、价格低廉，非常适合于精密仪器的使用。
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(50V)、低漂移(0.25V/C)和高共模抑制比(当G = 1000时为115dB )。
能在 2.25V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50V2．低漂移: 最大0.25V/ 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-(脚2)：信号反向输入端。
全国电子竞赛放大器类赛题
“放大器类”赛题2.1.1 “放大器类赛题” 历届都有在9届电子设计竞赛中，“放大器类赛题” 除了1994年外，其它每届都有，共有9题：①实用低频功率放大器（1995年A题）；②测量放大器（1999年A题）；③高效率音频功率放大器（2001年D题）；④宽带放大器（2003年B题）；⑤程控滤波器（2007年D 题本科组）；⑥可控放大器（2007年I题高职高专组）；⑦宽带直流放大器（2009年C题）；⑧数字幅频均衡的功率放大器（2009年F题）；⑨低频功率放大器（2009年G题）。
其中：与音频功率放大器有关的有4题。
与宽带放大器有关的有2题。
与直流、低频放大器有关的有3题。
比较历届赛题可以看到，“放大器类”赛题的要求是越来越高，如：在“程控滤波器（2007年D题本科组）”中要求放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV。
制作“简易幅频特性测试仪”，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
在“数字幅频均衡的功率放大器（2009年F题）” 中要求：当输入正弦信号v i电压有效值为5mV、功率放大器接8Ω电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W。
功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。
功率放大电路的效率≥60％。
宽带放大器（2003年B题）”中要求3dB通频带10kHz～6MHz，最大增益≥58dB(3dB 通频带10kHz～6MHz，最大输出电压有效值≥6V，数字显示输出正弦电压有效值。
“宽带直流放大器（2009年C题）”中要求最大电压增益A V≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。
放大器的输入电阻≥50Ω，3dB通频带0～10MHz；负载电阻（50±2）Ω，最大输出电压正弦波有效值V o≥10V。
注意：放大器同时也是各赛题中一个必不可少的组成部分。
2.1.2 常用的一些放大器（包含OP）芯片历届的“放大器类赛题” （包括其他赛题）中使用到的一些放大器（包含OP）芯片有：AD526精确程控放大器ADI公司，AD603，低噪声、90 MHz可变增益放大器.，ADI公司，AD605双通道、低噪声、单电源可变增益放大器，ADI公司，AD620低漂移、低功耗仪表放大器，增益设置范围1～10000 ADI公司， AD783，采样保持电路，ADI公司，AD811高性能视频运算放大器（电流反馈型宽带运放），ADI公司，AD818高速低噪声电压反馈型运放，ADI公司，AD8011 300 MHz、1 mA 电流反馈放大器，ADI公司，AD8056双路、低成本、300 MHz电压反馈型放大器ADI公司，AD8564，四路7 ns单电源高速比较器，ADI公司，AC524/AC525 5~500 MHz级联放大器，teledyne 公司，BUF634，250mA高速缓冲器，TI公司，/cnCA3140单运算直流放大器，Intersil Corporation，HFA1100 850MHz、低失真电流反馈放大器，Intersil Corporation，INA118精密低功耗仪表放大器，TI公司，/cnLF356 JFET输入运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM311具有选通信号的差动比较器，National Semiconductor Corpora，LF356，JFET输入运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM393电压比较器，National Semiconductor Corpora，LM7171高速电压反馈运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM358/LM158/LM258/LM2904双运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM2902,LM324/LM324A,LM224/ LM224A四运算放大器，National Semiconductor Corpora，LT1210 1.1A，35MHz电流反馈放大器，linear公司，/product/LT1210 MAX4256，UCSP封装、单电源、低噪声、低失真、满摆幅运算放大器，Maxim公司，MAX912, MAX913单/双路、超高速、低功耗、精密的TTL比较器，Maxim公司，MAX477 ，300MHz、高速运算放大器，Maxim公司，MAX427/ MAX437低噪声、高精度运算放大器，Maxim公司MAX900高速、低功耗、电压比较器，Maxim公司NE5532双路低噪声高速音频运算放大器，TI公司，/cnNE5534低噪声高速音频运算放大器，TI公司，/cnOP27低噪声、精密运算放大器ADI公司，OP37低噪声、精密运算放大器ADI公司，OPA637，精密、高速、低漂移、高增益放大器，TI公司，/cnOPA637，精密、高速、低漂移高增益放大器，TI公司，/cnOPA642高速低噪声电压反馈型运放，TI公司，/cnOPA690，宽带50MHz、电压反馈运算放大器，TI公司，/cnOPA690 高速、电压反馈型运放（大于等于50MHz），TI公司，/cn PGA202KP，数字可编程仪表放大器，TI公司，/cnTHS3091单路高压低失真电流反馈运算放大器，TI公司，/cnTHS3092高压低失真电流反馈运算放大器，TI公司，/cnTL084，JFET 输入运算放大器，TI公司，/cnµA741标准线性放大器，TI公司，/cn以上各放大器IC和OP的更多资料，可以登录有关网站查询得到（以运算放大器的型号为关键词）。
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。
电子设计竞赛需准备的主要集成芯片
电子设计竞赛需准备的主要器件一、放大电路类1、集成运算放大器类（1）通用运算放大器LM741、LM1458、LM324、OP07（精密/低噪声运算放大器）（2）优值运算放大器TL080、TL082、TL084（3）宽带/高速运算放大器OP147（4）低压满幅运算放大器SGM321、SGM322|、SGM324（5）仪表放大器AD624、PGA206/207、INA121、LT1102、2、差分放大器AD8132、AD83513、隔离放大器电路ISO120/121、AD2154、可编程增益放大器AD603、VCA26125、采样/保持电路AD783、SHC5320、MAX51656、宽带放大器设计所需器件RF3377、ABA52563、OPA642、TLV5618（D/A）、2M3004MSC、2M3006MSC、AD6377、高效音频功率放大器所需器件LM4766、LM311（高速精密电压比较器）、TLC4502（运算放大器）、2SA8050、2SA8550、IRFD9120、IRFD120、NE5532、LM5532、LM393、CD7666GP（电平指示驱动电路）8、测量放大器设计所需器件OP077、AD7520（D/A）、OP079、实用低频功率放大器设计所需器件NE5532、u PC1228H、NE5534、TN9NP10（大功率配对管模块TN9NP10）LM1875、u PC1188H、HA1397、LF357、9014、9012、9013、9018二、信号源类1、乘法器AD835、MC1495、2、V/F和F/V变换电路VFC121、AD6503、数字电位器X9541、MAX5494～MAX54994、正弦信号发生器设计所需器件AD8320、AD9852（正弦波发生器）、50MHZ晶振、74HC573、74HC14、MAX038、MC145151、MAX412、MAX7547、2N3904、2N3906、MAX427、晶振8.192MhzAD9851、AD98565、波形发生器设计所需器件74HC04、CD4060、32.768KHz晶振、CD4046、82C54（可编程计数器）、CC4040（地址计数器）IDT7132（RAM）、TLC7254（D/A）、DAC0832、LF351、AD817、X5043/456、实用信号源设计所需器件36MHz晶振、MC12022、MC145152、DAC0808（D/A）、DAC0832、LM311、CD4051、NE5532、11.0592MHz三、电源类1、开关电源电路设计所需器件TOP242P～TOP244P、TOP242G～TOP244G、TOP242R～TOP250R、TOP242Y～TOP250Y、TOP242F～TOP250F、TEA152X2、DC/DC变换电路MC34063、TL497A、MAX756/MAX757、MAX649/MAX651/MAX6523、恒流源电路设计LM134/234/334、4、三相正弦波变频电源设计所需器件BUP304、EXB841、U8100（快速恢复二极管）、TLP521（光电耦合器）、2SK1358、IR2111、AD637、AD548JN、TL431（三端可调分流基准源）5、数控直流电流源设计所需器件IRF5210（P沟道MOS管）、SG3525（PWM芯片）、HCNR200（线性光电耦合器）、ADS7841（A/D）、DAC7512（D/A）、AD5846、直流稳定电源设计所需器件TL494、TIP32A（大功率开关管）、MR850（二极管）、TL431（稳压管，2.5V）、MJE3055（达林顿管）、LM324、LM317K。
INA118中文资料
INA118
特性
低偏置电压：最大50µV
低漂移：最大0.5µV/°C
低输入偏置电流：最大5nA
高共模抑制：最小110dB
输入保护±40V
宽供电范围：±1.35到±18V
低静态电流：350µA
8脚塑料DIP、SO-8
应用
桥式放大器
热电Байду номын сангаас放大器
RTD（热电阻）传感器放大器
医疗器械
数据采集
描述
INA118是一款小功率通用仪表放大器，提供良好的精度。电流反馈输入电路提供宽带宽，即使在高增益情形下（70kHz，G=100）。
应用电路
双电源供电
基本连接
可变偏移电压输出
提供输入共模电流路径
单电源供电
单电源桥式放大器
交流耦合仪表放大器
热电偶冷端补偿放大器
差动电压电流变换器
右脚驱动心电放大器
By Josen.2011/7/13.Hubeui University
单个外部电阻设置任何增益，从1到10,000。内部输入保护可承受高达±40V而不受破坏。
INA118是激光裁剪的，很低偏移电压（50µV）、漂移(0.5µV/°C)和高共模抑制（110dB，G=1000）。可于低达±1.35V的电压下运行，静态电流仅为350µA——对电池运行系统很理想。
内部电路
引脚配置
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。
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《国外电子元器件》2000年第6期2000年6月
图1INA118的内部电路
图2
INA118的引脚排列
精密低功耗仪表放大器INA118及其应用
信息产业部电子六所
杨昌金北京联合大学机电工程学院
王涛
Precision And Lo w Po wer Instrument Am p l if ier INA118
Yan g Chan gj in
Wan g Tao
摘要:INA118是美国B -B 公司生产的精密仪表放大器,它在内部集成了输入保护电路,其增益可由外部可调增益电阻R g 进行调节。
本文介绍了INA118的原理、特性及应用电路。
关键词:共模抑制;频带宽度;增益;轨至轨;INA118分类号:TN 722文献标识码:B 文章编号:1006-6977(2000)06-
0014-
02
●新特器件应用
1.概述
INA118是美国B -B 公司生产的精密仪表放
大器系列中的一种,它具有精度高、功耗低、共模抑制比高和工作频带宽等优点,适合对各种微小信号进行放大。
INA118独特的电流反馈结构使得它在较高的增益下也能保持很高的频带宽度(G =100时带宽为70k Hz )。
INA118由三个运算放大器组成差分放大结构,其内部电路如图1所示。
内置输入过压保护,且可通过外置不同大小的电阻实现不同的增益(从1
到1000),因而应用范围很广。
2.引脚图及引脚功能
INA118的引脚排列如图2所示。
各引脚的功
能说明如表1所列。
3.电气参数
INA118的主要参数如下:
●最大偏移电压:50μV ;●最大温漂:0.5μV /℃;●最大输入基极电流:5nA ;
●最小共模抑制比:110dB ;
●输入过压保护电压:±40V ;●电源电压:±1.35V ～±18V ;●溃散电流:350μA ;●带宽:单位增益时为800k Hz ;●稳定时间:单位增益时为25μs ;●过载恢复时间:20μs ;●工作温度范围:-40℃～85℃;●封装形式:8脚D IP 或SO 。
4.工作原理
INA118由于内含输入保护电路,因此,如果输
入过载,保护电路将把
输入电流限制在1.5到5mA 的安全范围内,以保证后续电路的安全。
此外,输入保护电路还
能在无电源供电的情况
-15-
下对INA118提供保护。
其差分输入电压由晶体管Q 1和Q 2缓冲之后送入芯片内部进行放大处理。
INA118通过在脚1和脚8之间外接一电阻R g 来实现不同的增益,该增益可从1到1000不等。
电阻R g 的大小可由下式决定:
R g =50k Ω/(G -1)式中:G 为增益
由于R g 的稳定性和温度漂移对增益有影响,因此,在那些需要获得高精度增益的应用中对R g 的要求也比较高,应采用高精度、低噪声的金属膜电阻。
此外,高增益的电路设计中的R g 值较小,如G =100时的R g 值为1.02k Ω;G =1000时的R g 值
为50.5
Ω。
因此,在高增益时的接线电阻不能忽略,由于它的存在,实际增益可能会有较大的偏差,因而,计算得到的R g 值需要修正。
修正的具体方法是用一个可调电位器替代R g ,调节电位器使得输出电压与输入电压的比值达到设计所要求的增益值。
另外INA118具有很低的偏移电压和偏移电流,但是在很多应用场合中要求外部偏移电压和偏移电流为零,所以必须外加如图3所示的偏移调零电路。
5.注意事项
为了更好的使用INA118,使用时应注意以下几点:
●Ref 引脚应接地或对地串接一个阻值很低的电阻,以获得很好的共模抑制比。
●基极偏置电流回路是INA118正常的关键。
正常情况下基极偏置电流大概在±5nA 左右。
图4所示
是三种不同应用场
合的基极偏置电流回路的接法。
根据不同情况,采用这些电路可使输入回路处于平衡状态。
●共模输入电压应该严格地限制在正电源电压以下0.6V 和负电源电压以下1V 之间,如果共模输入电压超出这个范围,那么差分放大器的输出电压将接近于零。
6.应用
在工业现场,设计人员需要把不同频率、不同大小的脉冲信号通过放大和整形,再由光耦隔离电路将信号送往数字电路进行处理。
由于现场存在各种干扰,尤其是共模干扰比较严重,所以普通单端运算放大器无法对信号进行准确的放大。
而INA118作为精度高、频带宽、共模抑制比高的新型仪表放大器很适合用来完成信号放大的任务。
图5是笔者曾经设计的一个用来对0.05V ～10V (0.5Hz ～15k Hz )的脉冲进行放大、整形的实际电路。
它由二极管限压输入电路、INA118差分放大电路和L M324滞环比较电路组成。
实践证明,IN 2A118不仅在很宽的频带范围内能很好的工作,而且具有很高的抗干扰能力,是一种使用非常方便的仪表放大器。
咨询编号:000604
图3外加偏移调零电路
图5由INA118组成的放大整形电路
图4基极偏置电流回路图
精密低功耗仪表放大器INA118
及其应用。