儀表放大器應(yīng)用中的相關(guān)問題探究

胡詩文

成都石室中學(xué)（北湖校區(qū)）

儀表放大器應(yīng)用中的相關(guān)問題探究

胡詩文

成都石室中學(xué)（北湖校區(qū)）

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。本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。

儀表放大器 相關(guān)問題 分析

隨著電子技術(shù)水平的提升，儀表放大器得到了廣泛的應(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(yùn)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)采集方面都有很好的效果。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(yùn)放結(jié)構(gòu)，在平衡輸入時，兩輸入運(yùn)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(kuò)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(yùn)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(yùn)放輸入范圍較小，共模抑制性也會受到影響。總之，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的差別。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。1000赫茲的條件下，輸入端的最小噪聲為10nV/√Hz，微功耗的儀表放大器與其它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(jī)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)的跟隨效果，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(yùn)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(yùn)算放大器在這一方面與儀表放大器相同，輸出阻抗很低，運(yùn)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80dB到120dB之間。但是交流共模抑制不夠大，會出現(xiàn)一定的誤差，因為它一般是跟隨頻率的變化規(guī)律運(yùn)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(yùn)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)域都有杰出的表現(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(jì)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的重視，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(qiáng)化我國研發(fā)實力。

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