仪表放大器是电子仪器中常见的测量设备,也是差分放大器的改良版本,因其有较高的阻抗和良好的增益效果广泛应用。但由于仪表放大器的集成电路价格有些昂贵,很多电子工程师无法购买,一般来说普通运放电路比仪表放大器便宜,那么能不能用普通运放电路组成仪表放大器?今天凡亿教育要告诉你,当然可以!
不会运放电路?不懂电路设计?
来看看这本《运放电路及其电路应用》
为什么普通运放电路可以实现仪表放大器?具体思路如下:
1、差分电路
如图所示,若R1=R3,R2=R4,则Vout=(VIN2-VIN!)*(R2/R1)
该电路的作用是提供仪表放大器的作用,即放大差分信号的同时抑制共模信号。但它的缺陷是同相输入端和反相输入端阻抗相当低且不相等,同时在电阻对R1/R2和R3/R4的比值匹配要求很高。
2、前置电压跟随器
为解决上述缺陷,需要在运放的正负输入端加上电压跟随器,以提高输入阻抗,具体如下:
3、同相放大器
以上前置的两个运放将作为电压跟随器使用,现在将改为同相放大器。
改电路增加增益(A1和A2)时,将对差分信号和共模信号增加相同的增益,也就是说上述电路的共模抑制比还没改变。
4、三运放组成的仪表放大器
该电路是对带缓冲减法器电路巧妙的改进。
像前面的电路一样,上图中A1和A2运算放大器缓冲输入电压。然而,在这种结构中,单个增益电阻器RG连接在两个输入缓冲器的求和点之间,取代了带缓冲减法器电路的R6和R7。由于每个放大器求和点的电压等于施加在各自正输入端的电压,因此,整个差分输入电压现在都呈现在RG两端。因为输入电压经过放大后(在A1和A2的输出端)的差分电压呈现在R5,RG和R6这三只电阻上,所以差分增益可以通过仅改变RG进行调整。
这种连接有另外一个优点:一旦这个减法器电路的增益用比率匹配的电阻器设定后,在改变增益时不再对电阻匹配有任何要求。如果R5=R6,R1=R3和R2=R4,则VOUT=(VIN2-VIN1)(1+2R5/RG)(R2/R1)由于RG两端的电压等于VIN,所以流过RG的电流等于VIN/RG,因此输入信号将通过A1和A2获得增益并得到放大。然而须注意的是对加到放大器输入端的共模电压在RG两端具有相同的电位,从而不会在RG上产生电流。由于没有电流流过RG(也就无电流流过R5和R6),放大器A1和A2将作为单位增益跟随器而工作。因此,共模信号将以单位增益通过输入缓冲器,而差分电压将按〔1+(2RF/RG)〕的增益系数被放大。这也就意味着该电路的共模抑制比相比与原来的差分电路增大了〔1+(2RF/RG)〕倍!
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