仪表放大器电路图、原理、优点和应用

仪表放大器是一种IC（集成电路），主要用于放大信号。该放大器属于差分放大器系列，因为它增加了两个输入之间的差异。

仪表放大器的主要功能是减少电路选择的多余噪声，每个IC引脚都熟悉抑制噪声的能力，即CMRR（共模抑制比）。仪表放大器IC具有高CMRR、高开环增益、低漂移、低直流偏移等特点，是电路设计中必不可少的元件。

仪表放大器的主要特点

仪表放大器用于放大非常低电平的信号，抑制噪声和干扰信号，例如可以是心跳、血压、温度、地震等信号。因此，一个好的仪表放大器的基本特征包括以下几点：

• 仪表放大器的输入信号能量非常低，因此仪表放大器应该具有高增益并且应该是准确的。
• 增益应该可以使用单个控件轻松调节。
• 必须具有高输入阻抗和低输出阻抗以防止负载。
• 仪表放大器应具有高CMRR，因为当通过长线传输时，传感器输出通常会包含共模信号，例如噪声。
• 还必须具有高摆率来处理事件的急剧上升时间并提供最大的不失真输出电压摆幅。

使用运算放大器的仪表放大器

使用运算放大器电路的仪表放大器如下图所示。运算放大器1和2是同相放大器，运算放大器3是差分放大器，这三个运算放大器一起构成一个仪表放大器。仪表放大器的最终输出Vout是施加到运放3输入端的输入信号的放大差值。另外，运算放大器1和运算放大器2的输出分别为Vo1和Vo2。

仪表放大器的工作原理是：理想情况下，输入级运算放大器的电流为零。因此，通过电阻器R1、Rgain和R1的电流 I 保持不变。

在节点E和F之间应用欧姆定律，既有：

I = (Vo1-Vo2) / (R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)

I = (Vo1-Vo2) / (2R1 + Rgain)

由于没有电流流向运算放大器1和2的输入，因此节点G和H之间的电流 I可以给出为：

I = (VG-VH) / Rgain = (V1-V2) / Rgain ……………………….(2)

联合等式1和2，既有：

(Vo1-Vo2)/(2R1+Rgain) = (V1-V2)/Rgain

(Vo1-Vo2) = (2R1+Rgain)(V1-V2)/Rgain ………………………….(3)

差动放大器的输出为：

Vout = (R3/R2) (Vo1-Vo2)

因此就有：(Vo1 – Vo2) = (R2/R3)Vout，代入等式3中的(Vo1 – Vo2)值，可以得到：

(R2/R3)Vout = (2R1+Rgain)(V1-V2)/Rgain

即：Vout = (R3/R2){(2R1+Rgain)/Rgain}(V1-V2)

上述等式给出了仪表放大器的输出电压。

放大器的总增益由(R3/R2){(2R1+Rgain)/Rgain} 项给出。

仪表放大器的总电压增益可以通过调整电阻器Rgain的值来控制，而仪表放大器的共模信号衰减由差动放大器提供。

仪表放大器的优点

仪表放大器的优点主要包括以下几点内容：

• 只需调整一个电阻器Rgain的值，即可轻松改变三运放仪表放大器电路的增益。
• 放大器的增益仅取决于使用的外部电阻器。
• 由于放大器1和2的射极跟随器配置，输入阻抗非常。
• 由于差分放大器3，仪表放大器的输出阻抗非常低。
• 运算放大器3的CMRR非常高，几乎所有的共模信号都会被抑制。

仪表放大器的应用

仪表放大器的主要应用包括以下几点内容：

• 主要涉及需要高差分增益精度的地方，在嘈杂的环境中必须保持强度，以及存在巨大的共模信号的地方。
• 用于从小型 o/p传感器（如热电偶、应变仪、惠斯通电桥测量等）采集数据。
• 用于导航、医疗、雷达等。
• 用于提高音频应用中的信噪比（信噪比），例如低幅度音频信号。
• 用于高速信号调节中的成像和视频数据采集。
• 用于射频电缆系统中，用于放大高频信号。

运算放大器和仪表放大器的主要区别

运算放大器和仪表放大器之间的主要区别包括以下几点内容：

• 运算放大器是一种集成电路；
• 仪表放大器是一种差分放大器；
• 仪表放大器可以用三个运算放大器构建；
• 差分放大器可以用单个运算放大器构建；
• 由于失配电阻，差分放大器的输出电压受到影响；
• 仪表放大器通过其初级相位的单个电阻器提供增益，不需要电阻器匹配。

总结

以上就是关于仪表放大器的电路图、原理、优点和应用特性相关知识整理。根据以上内容不难发现，仪表放大器是处理低压条件时必不可少的集成电路，而且仪表放大器增益可以通过改变输入侧的电阻来改变。更重要的是，仪表放大器具有高输入电阻以及高CMRR。