儀表放大器應(yīng)用中的相關(guān)問題探究

胡詩文

摘 要：儀表放大器是一種差分輸入和相對參考單端輸出的閉環(huán)增益組件，能夠進(jìn)行差分輸出和相對參考端輸出的單端輸出能力。儀表放大器有著高輸入阻抗、高共模抑制比的特點，因此，常常被應(yīng)用為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端放大器，但是，工作環(huán)境不同，對于儀表放大器的要求也存在差異。該文主要針對儀表放大器應(yīng)用中的相關(guān)問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：儀表放大器 相關(guān)問題 分析

中圖分類號：V233 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0037-02

隨著電子技術(shù)水平的提升，儀表放大器得到了廣泛應(yīng)用，筆者通過對儀表放大器的研究，根據(jù)儀表放大器的概念和特征，探討了儀表放大器與運算放大器之間的差異和儀表放大器的基本原理，最后詳細(xì)敘述了放大器的應(yīng)用問題。

1 儀表放大器

儀表放大器是一種差分輸入和相對參考單端輸出的閉環(huán)增益組件，能夠進(jìn)行差分輸出和相對參考端輸出的單端輸出能力。儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它具有差分輸入、單端輸出的功能。儀表放大器隨著科技的發(fā)展已經(jīng)能夠應(yīng)用到多個領(lǐng)域，它將關(guān)鍵元件集成在放大器內(nèi)，特殊的構(gòu)造使它有著許多優(yōu)秀的性能，尤其是在醫(yī)療器械、音響設(shè)備數(shù)據(jù)采集方面都有很好效果。儀表放大器的應(yīng)用會受到多種因素的影響：第一，由于儀表放大器采用了三運放結(jié)構(gòu)，在平衡輸入時，兩輸入運放差分輸入范圍增大，但是輸出級動態(tài)范圍不變，因此，是無法擴展其有效輸入范圍的；第二，一般情況下，放大器與被測信號之間不會設(shè)置公共端，要保證儀表放大器可以正常工作，離不開偏置電流路徑，如果沒有達(dá)到這一要求，兩端入端就會懸浮起來，致使輸入運放超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，為了解決這一問題，需要設(shè)置好相關(guān)的偏置電流通路，這樣既可由偏置電阻來決定輸入阻抗；第三，如果使用不平衡輸入方式，雖然可以獲取到理想的阻抗，但是，運放輸入范圍較小，共模抑制性也會受到影響?？傊?，要求儀表放大器同時具有寬輸入范圍和高輸入阻抗，并保持優(yōu)秀的共模抑制性能，這在事實上是不可能的。

2 儀表放大器的特性

儀表放大器能夠?qū)崿F(xiàn)低輸入偏置電流和低失調(diào)電流誤差，它擁有偏置電流輸入和輸出兩個端口，并且根據(jù)它的類型不同存在著一定差別。首先，偏置電流經(jīng)過不平衡電阻時會出現(xiàn)一個失調(diào)誤差，而向儀表放大器中輸入失調(diào)電流誤差就是失配程度。其次，由于儀表放大器的工作環(huán)境要求其必須能夠處理低輸入電壓的情況，所以儀表放大器自身產(chǎn)生的噪音信號就絕對不能與電信號一同處理。1 000 Hz的條件下，輸入端的最小噪聲為10 nV/ √ Hz， 微功耗的儀表放大器與其他放大器相比更能接受低的輸入電流，相對得會產(chǎn)生得到的噪音。最后，輸入失調(diào)以及比例系數(shù)誤差等問題都能夠通過外部增加裝置進(jìn)行修正，但是非線性是儀表放大器出廠之后就確定的，是無法經(jīng)過任何方式改變的。低非線性誤差是在儀表放大器出廠時結(jié)構(gòu)設(shè)計來保證的。非線性誤差的規(guī)定是滿度電壓或零電壓的情況下，高質(zhì)量儀表放大器誤差小于等于0.01%。儀表放大器是由兩級差分放大器電路有機組成，差分輸入能夠放大系統(tǒng)的對差信號，對于共模輸入，可以起到相應(yīng)跟隨效果，繼而提高共模抑制比，如果共模抑制比要求沒有變化，即可降低電阻精度匹配要求。依據(jù)儀表放大器的功能和特點，其一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、信號放大、信號調(diào)節(jié)、醫(yī)療儀器和高檔音響設(shè)備等方面。

3 儀表放大器與運算放大器的差別

儀表放大器是能夠進(jìn)行差分輸入和單端輸出的特殊元件，它的輸入端口的電阻大小相近，而且阻值也很大。運算放大器在這一方面與儀表放大器相同，輸出阻抗很低，運算放大器的閉環(huán)增益與反向輸出和輸入之間的外接電阻所決定的。而有差別的是，儀表放大器內(nèi)部擁有一個反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號的隔離，對放大器兩個輸入端同時通入信號，增益可以有內(nèi)部預(yù)先設(shè)定也可以有用戶連接增益電阻器自行設(shè)置，增益電阻器也是與信號輸入端沒有任何聯(lián)系的。

4 儀表放大器的技術(shù)原理

儀表放大器的功能是放大輸入信號的電壓差，達(dá)到一致輸入端共模信號的元件。所以儀表放大器的核心功能就是從傳感器或其它信號源內(nèi)提取信號，共模抑止是指兩個輸入端電位相同時放大電位差。這是儀表放大器最主要的工作。直流和交流共模抑制是儀表放大器的生產(chǎn)指標(biāo)。目前市面上質(zhì)量合格的儀表放大器都能夠做到兩個輸入端的直流電壓保持在80～120 dB之間。但是交流共模抑制不夠大，會出現(xiàn)一定誤差，因為它一般是跟隨頻率的變化規(guī)律運行的，因此，無法在儀表放大器的輸入端消除。共模增益是指輸出電壓與共模輸入電壓之間的變化比值，輸入端通入共模電壓，在輸出端呈現(xiàn)的電壓變化。常模增益是指兩輸入端通入不同的電壓時，輸出和輸入之間出現(xiàn)的電壓增益。

5 儀表放大器的應(yīng)用

AD623是市面上最流行儀表放大器得型號，它具有價格低廉、輸出幅度能達(dá)到電源電壓的優(yōu)點。它的特點是可以外接電阻設(shè)置增益，為用戶帶來了方便，具有性能優(yōu)良的直流特性以及共模抑制比，而且這一類型的儀表放大器的輸入范圍很寬，很容易實現(xiàn)最佳性能、低功耗等。它的出現(xiàn)快速占領(lǐng)了分立器件結(jié)構(gòu)的儀表放大器的市場，以線性度優(yōu)良、價格低廉。溫度穩(wěn)定性高成為了儀表放大器的首選。

6 結(jié)語

隨著科技水平的提升，儀表放大器也應(yīng)用到多個領(lǐng)域當(dāng)中，儀表放大器的出現(xiàn)起源于對運算放大器的探索，并且青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。儀表放大器以其出色的性能在醫(yī)療器械、高速信號調(diào)節(jié)等領(lǐng)域都有杰出表現(xiàn)。國外對于儀表放大器的研究已經(jīng)開展多年，但是由于過去我國經(jīng)濟發(fā)展緩慢，在這一領(lǐng)域也沒有深入研究。因此，需要我國政府對這一方面給予足夠重視，對于這一領(lǐng)域的企業(yè)進(jìn)行政策扶持，加快國家在儀表放大器領(lǐng)域的發(fā)展，同時積極引進(jìn)國外先進(jìn)儀表放大器進(jìn)行研究，吸取國外先進(jìn)的儀表放大器制作經(jīng)驗，爭取快速實現(xiàn)儀表放大器的自主生產(chǎn)，推動企業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而強化我國研發(fā)實力。

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