常用儀表放大器詳解
儀表放大器在信號處理系統(tǒng)中主要用于放大電壓信號，其應(yīng)用廣泛且至關(guān)重要。
一、OP07 基本放大電路
OP07 是一款常見的運(yùn)算放大器，可構(gòu)成基本放大電路。例如，當(dāng)電阻 RI33 為 68kΩ，RI34 為 2kΩ 時，放大倍數(shù) G=RI33/RI34=68/2=34。
二、三運(yùn)放儀表放大器
三運(yùn)放儀表放大器具有獨(dú)特設(shè)計。第一級電路使共模信號有效通過而無放大或衰減，第二級差動放大器去除共模信號。雖然電阻匹配未改善，但系統(tǒng)有效共模抑制能力增強(qiáng)。
實(shí)際應(yīng)用注意事項(xiàng)
第一級必須提供增益。
系統(tǒng)的共模抑制不取決于前兩個放大器的共模抑制比性能，而取決于兩個共模抑制的匹配程度。由于雙運(yùn)算放大器不提供這一指標(biāo)，選擇時要求 CMRR 性能指標(biāo)比目標(biāo)性能至少好 6dB。
若電阻器存在對地泄露通路，CMRR 指標(biāo)會降低。
儀表放大器前面的元件設(shè)計要平衡。若同相通路和反相通路的低通濾波器截止頻率不同，系統(tǒng) CMRR 特性會隨頻率升高而降低。
對于第一級，每個運(yùn)算放大器保持兩個電壓輸入端電壓相同。圖中 R4 兩端差分電壓應(yīng)與兩個輸入端電壓相同，此電壓產(chǎn)生電流流過 R3，形成放大器增益。
常見問題
該結(jié)構(gòu)放大差分信號并去除共模信號。兩級間中間節(jié)點(diǎn)承載約一半差分信號加共模信號，需確保其處于運(yùn)放工作范圍內(nèi)。若改變輸入電壓共模成分出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，應(yīng)檢查此處。
高增益設(shè)置使 R4 很小，差分電壓大時，R4 上電流也大，需檢查對系統(tǒng)的影響。
反饋通路走線要短，過大電容會使高頻時共模抑制比性能降低。
三、兩運(yùn)放儀表放大器
若無需三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的高性能，可采用兩運(yùn)放結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，僅需兩個運(yùn)算放大器和四個電阻器，在能耗方面更低。
與三運(yùn)放結(jié)構(gòu)相比，兩運(yùn)放儀表放大器性能稍差。其共模抑制比對電阻器阻值變化的靈敏度略高于差分放大器結(jié)構(gòu)。最壞情況下，0.1% 電阻器匹配條件下 CMRR 為 50.5dB，且不隨增益增加而改善。由于通路不平衡，同相通路信號頻率響應(yīng)與反相通路不同，反相通路存在相位延遲，壓擺率和帶寬特性也不同，噪聲性能較差。
常見問題
第一級輸出電壓是放大后的輸入電壓（含共模電壓），需關(guān)注其電壓值。
CMRR 對電阻匹配極為敏感，需注重電阻器匹配。
高頻性能方面，差動放大器結(jié)構(gòu)簡單，但輸入阻抗、噪聲和 CMRR 性能較差；三運(yùn)放儀表放大器第一級提供高輸入阻抗，引入增益還可提高噪聲和 CMRR 性能；兩運(yùn)放結(jié)構(gòu)雖簡單且輸入阻抗高，但噪聲和 CMRR 性能無法隨增益增加而改善。
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