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  • 仪表放大器

    2018-09-04 10:04:56
    仪表放大器及其应用一 仪表放大器及其应用二 仪表放大器及其应用三 仪表放大器及其应用四 仪表放大器及其应用五—SPGA仪表放大器的应用
  • 用于数据采集、医疗仪器、电流/电压监测等的电路是仪表放大器,它是用运算放大器构建的
  • 仪表放大器电路设计

    2020-10-24 16:39:36
    仪表放大器电路以其高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移等特点在传感器输出的小信号放大领域得到了广泛的应用。在阐述仪表放大器电路结构、原理的基础上,基于不同电子元器件设计了四种仪表放大器电路实现方案。通过...
  • 本文介绍了仪表放大器和运算放大器之间的区别以及代换电路。
  • AD620放大器 AD623放大器 仪表放大器 差分放大器 微弱信号放大 原理图和PCB设计 目录AD620放大器 AD623放大器 仪表放大器 差分放大器 微弱信号放大 原理图和PCB设计基本原理芯片选型原理图&3D-PCB具体讲解模块...

    AD620放大器 AD623放大器 仪表放大器 差分放大器 微弱信号放大 原理图和PCB设计

    基本原理

    仪表放大器是差分放大器的一种改良,具有输入缓冲器,不需要输入阻抗匹配,使放大器适用于测量以及电子仪器上。特性包括非常低直流偏移、低漂移、低噪声、非常高的开环增益、非常大的共模抑制比、高输入阻抗。仪表放大器用于需要精确性和稳定性非常高的电路。

    芯片选型

    今天要介绍的是AD620和AD623芯片,一款低成本、高精度仪表放大器,仅需要一个外部电阻来设置增益,增益范围为1至10000(ad623为1000)倍。在管脚上两个芯片是互用的,只是增益的运算公式不一样。AD620的增益G =49.4 kΩ/R G + 1,AD623的增益G =100 kΩ/R G + 1。增益带宽积参数上也是差不多,都在1M以内,基本是用于低频的信号。如需较高增益带宽的仪表放大器可以使用AD8421,但是注意芯片管脚不是兼容的。

    原理图&3D-PCB

    AD620的供电范围是大于AD623的,为了兼容AD623芯片我们设计采用了正负5V的供电。由单电源降压后再转换为负电源。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    具体讲解

    1、单端模式下,P1跳线端子插上跳线帽,R3的阻值选用0欧,IN-直接接地,信号从IN+输入,一般单端输入可以使用SMA座子或者IN+和GND输入信号。
    2、单端模式下,R6为IN+的偏置调节电位器,也是单端使用时候的调零电阻。R7,R8选取10K是为了限制偏置的过度调节。
    3、差分输入模式下,需要去掉电位器和P1的跳线帽。输入端的电阻R3,R5和C1,C3,C5构成的是一个低通滤波器,模块实际没有焊接电容,用户可以根据自己需求焊接。
    4、单端和差分模式的放大倍率配置,RG等于R2和R1的并联,实际使用中模块默认为焊接R2固定电阻。如需滑变调节可将R2电阻去掉,焊接R1电位器即可。AD620:G=49.4K/RG+1
    AD623:G=100K/RG+1。
    在这里插入图片描述
    5、芯片的REF脚是输出电压基准,由于芯片是正负电源供电,这里将REF脚接GND,输出的就是以0为中心。如需调节输出基准,这里可以接一个可变电压。
    6、D2二极管是输入防反接的,LM317降压芯片有两点注意,一就是D1是LM317的保护二极管,二就是需要C25的滤波电容可以减小纹波,一般取值为0.1uF到1uF。
    7、转负电源使用的是ICL7660电荷泵芯片,能将正压转为负压,但是会有一定的压降。对于供电电压要求不高的场合还是可以使用的。C9为储能电容,一般采用10uF以上的,特别需要注意的是,C13的极性和容值大小,一般采用10uF以上电解电容。
    在这里插入图片描述
    以下为原文地址,

    模块原理图-PDF、原理图库、PCB库下载

    仅供参考:AD620&623资料

    展开全文
  • 本应用笔记讨论了电流检测放大器与仪表放大器之间的差异,并说明如何用标准的升压变换器(MAX668)和电流检测放大器(MAX4080)构成一个调节器,从-48V产生+5V电源(非隔离),这在电信行业非常实用。
  • 如何构建仪表放大器

    2020-10-18 18:27:37
    仪表放大器是在有噪声的环境下放大小信号的器件。它利用的是差分小信号叠加在较大的共模信号之上的特性,能够去除共模信号,而又同时将差分信号放大。仪表放大器的关键参数是共模抑制比,这个性能可以用来衡量差分...
  • 仪表放大器设计

    2012-10-16 12:47:24
    仪表放大器设计,仪表放大器集锦!!!!!!!!!!!!!!!!
  • 什么是仪表放大器  这是一个特殊的差动放大器,具有超高输入阻抗,极其良好的CMRR,低输入偏移,低输出阻抗,能放大那些在共模电压下的信号。  随着电子技术的飞速发展,运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大...

    什么是仪表放大器

      这是一个特殊的差动放大器,具有超高输入阻抗,极其良好的CMRR,低输入偏移,低输出阻抗,能放大那些在共模电压下的信号。

      随着电子技术的飞速发展,运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大器是一种精密差分电压放大器,它源于运算放大器,且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部,其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定,而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的 2 个差分输入端施加输入信号,其增益即可由内部预置,也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。

    仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      什么是运算放大器

      运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。[1] 由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展,大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多,广泛应用于电子行业当中。

      运放如图有两个输入端a(反相输入端),b(同相输入端)和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端(公共端是电压为零的点,它相当于电路中的参考结点。)之间,且其实际方向从a 端高于公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。

    仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      仪表放大器的优缺点

      优点:精度高。缺点:贵

      仪表放大器的优缺点

      在集成电路工艺中还难与于制造电感元件;制造容量大于200pF的电容也比较困难,而且性能很不稳定,所以集成电路中应避免使用电容器。而运算放大器各级之间都采用直接耦合,基本不采用电容元件,因此适合用于集成化的要求。

      高速运放,从饱和退出的时间,与比较器相比较,依然相当长。

      仪表放大器与运算放大器的区别是什么?

      仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下,仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高,典型值≥109 Ω。其输入偏置电流也应很低,典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样,其输出阻抗很低,在低频段通常仅有几毫欧(mΩ)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是,仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络,它与其信号输入端隔离 。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号,其增益既可由内部预置,也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置,该增益电阻器也与信号输入端隔离。

      专用的仪表放大器价格通常比较贵,于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器?答案是肯定的。使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示:

      仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      输出电压表达式如图中所示。

      看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的? 为何上述电路可以实现仪表放大器?下面我们就将探讨这些问题。在此之前,我们先来看如下我们很熟悉的差分电路:

      仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      如果R1 = R3,R2 = R4,则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1)

      这一电路提供了仪表放大器功能,即放大差分信号的同时抑制共模信号,但它也有些缺陷。首先,同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 kΩ,而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍,即200 kΩ。因此,当电压施加到一个输入端而另一端接地时,差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。(这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。)

      另外,这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密,否则,每个输入端的增益会有差异,直接影响共模抑制。例如,当增益等于 1 时,所有电阻值必须相等,在这些电阻器中只要有一只电 阻 值 有 0.1% 失 配 , 其CMR便 下 降 到 66 dB(2000:1)。同样,如果源阻抗有 100 Ω的不平衡将使CMR下降 6 dB。

      为解决上述问题,我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示:

      仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      以上前置的两个运放作为电压跟随器使用,我们现在改为同相放大器,电路如下所示:

      仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增加增益(A1 和 A2)时,它对差分信号增加相同的增益,也对共模信号增加相同的增益。也就是说,上述电路相对于原电路共模抑制比并没有增加。

      下面,要开始最巧妙的变化了!看电路先:

      仪表放大器和运算放大器优缺点对比

      这种标准的三运放仪表放大器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+(2 RF/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+(2 RF/RG)〕倍!

      在理论上表明,用户可以得到所要求的前端增益(由RG来决定),而不增加共模增益和误差,即差分信号将按增益成比例增加,而共模误差则不然,所以比率〔增益(差分输入电压)/(共模误差电压)〕将增大。因此CMR理论上直接与增益成比例增加,这是一个非常有用的特性。

      最后,由于结构上的对称性,输入放大器的共模误差,如果它们跟踪,将被输出级的减法器消除。这包括诸如共模抑制随频率变换的误差。上述这些特性便是这种三运放结构得到广泛应用的解释。

      到这里,我们导出了这个经典电路的;来龙去脉: 差分放大器--》前置电压跟随器--》电压跟随器变为同相放大器--》三运放组成的仪用放大器。

    展开全文
  • 仪器仪表放大器电路

    2021-01-20 05:25:31
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  • 关于仪表放大器

    千次阅读 2016-06-16 11:16:31
    仪表放大器使用参考 仪表放大器(又称测量放大器)测量噪声环境下的小信号。噪声通常是共模噪声,所以,当信号是差分时,仪表放大器利用其共模抑制(CMR)将需要的信号从噪声中分离出来。  在这些应用中,...

    仪表放大器使用参考

    仪表放大器(又称测量放大器)测量噪声环境下的小信号。噪声通常是共模噪声,所以,当信号是差分时,仪表放大器利用其共模抑制(CMR)将需要的信号从噪声中分离出来。 

    在这些应用中,信号源的输出阻抗常常达几或更大,因此,仪表放大器的输入阻抗非常大——通常达数。在更高频率处,输入容抗的问题比输入阻抗更大。高速应用通常采用差分放大器,差分放大器速度更快,但输入阻抗要低。 

    设计工程师确定放大器时,主要关心的是电源电流、–3dB带宽、共模抑制比(CMRR)、输入电压补偿和补偿电压温漂、噪声(指输入)以及输入偏置电流。

    如何保护仪表放大器的输入免受过电压的影响? 

    设计师需要采用外部限流电阻来防止过电压通过内部静电放电(ESD)箝位二极管驱动过高的电流。这些电阻的值取决于仪表放大器的噪声水平、电源电压,以及需要的过压保护,详见器件的datasheet。 

    这些电阻增加了噪声,所以一种可替代的方案是使用外部高电流箝位二极管和阻值非常小的电阻。遗憾的是,大多数普通二极管的漏电流太大,会产生大的输出漂移误差,该误差随温度变化呈指数关系增加,所以设计师不应该将标准二极管用于高阻抗信号源。 

    传感器与仪表放大器之间的长引线会引起RF。仪表放大器随之将此RF整流为DC偏移。图2给出了一个方案,可在RF到达仪表放大器前就将其滤掉。元件R1aC1a在同相端构成一低通滤波器,R1b和 C1b在反相端同样构成低通滤波器。 


                                               图2

            这两个低通滤波器截止频率的很好匹配很重要。否则,共模信号将会被转换为差分信号。C2在高频段将输入短路,能在一定程度上降低这种要求,C2值的大小应该至少为C110倍。虽然如此,C1aC1b的匹配仍很关键,应该选用±5% C0G薄膜电容。该滤波器的差分带宽为[1/2πR(2C2 + C1)],共模带宽为[1/2πR1C1)]

    在许多测试场合,传感器输出的信号往往很微弱,而且伴随有很大的共模电压(包括干扰电压),一般对这种信号需要采用测量放大器。



    上图是目前广泛应用的三运放测量放大器电路。测量放大器电路还具有增益调节功能,调节RG可以改变增益而不影响电路的对称性。其中A1A2为两个性能一致(主要指输入阻抗、共模抑制比和开环增益)的通用集成运放,工作于同相放大方式,构成平衡对称的差动放大输入级,A3工作于差动放大方式,用来进一步抑制A1A2的共模信号,并接成单端输出方式适应接地负载的需要。

    该电路分析如下: 


    输入回路的重要性

    测量放大器的共模抑制比主要取决于输入级运放A1A2的对称性以及输出级运放 A3的共模抑制比和输出级外接电阻R3R5R4R6的匹配精度(±0.1%以内)。一般其共模抑制比可达120dB以上。

     此外,测量放大器电路还具有增益调节功能,调节RG可以改变增益而不影响电路的对称性。而且由于输入级采用了对称的同相放大器,输入电阻可达数百兆欧以上。

     目前,许多公司已开发出各种高质量的单片集成测量放大器,通常只需外接电阻RG用于设定增益,外接元件少,使用灵活,能够处理几微伏到几伏的电压信号。


    AC耦合是一种屏蔽出现在仪表放大器输入端的DC电压的简便方法。但是在不提供DC回路的情况下当AC耦合到高阻抗的仪表放大器的输入端时,常常导致电路不能工作!这是使用仪表放大器时一个最常见的应用问题。图5-3示出了两种常见的不正确连接。

    仪器仪表放大器--输入回路的重要性
        在图5-3A中,输入偏置电流对AC耦合电容器充电,直至其电压超过输入共模电压。换言之,电容器将充电到电源电压或放电到地电位,取决于输入偏置电流的方向。目前,对于FET输入放大器和电容值非常大的电容器,这个过程会花数分钟才能使仪表放大器开始工作,从而出现临时的实验室测试可能检测不出这一问题,因此如何完全避免该问题是非常重要的。图5-3B示出了没有中心抽头或其它用于DC返回的器件的变压器耦合输入,因此出现了相同的问题。

    运算放大器内部输入级如图所示:
    仪器仪表放大器--输入回路的重要性
    分析可知,由于输入级是三极管电路,其在工作时必须有静态偏置电流,因此输入的必须有DC回路!!!!
        用于解决图5-3A 中电路问题的一种简单解决方案是,在每个输入端和地之间添加一只高阻值的电阻器(R1和R2),如图5-4所示。现在输入偏置电流可以自由地流到地,并且不会像以前一样产生大的输入失调。
    仪器仪表放大器--输入回路的重要性
    这对于双电源仪表放大器电路是一种简单实用的解决方案。这些电阻器可为输入偏置电流提供放电路径。现在两个输入端均以地电位为参考电位。由于流过这两个阻值不等的电阻器的输入偏置电流不是匹配的,因此会产生小的失调电压误差。为了避免由于R1/R2失配引起的误差,可以在仪表放大器的两个输入端之间连接第三只电阻器,其阻值为R1或R2的十分之一。
    同向输出端的接地电阻对放大器的影响,由于静态的电流的存在,因此不同阻值的接地电阻会影响偏置电压(即输入为0时的输出!!!!)

    图5-5示出了推荐用于变压器耦合输入的DC回路。
    仪器仪表放大器--输入回路的重要性
    对于没有中心抽头的变压器,可以使用两只电阻器提供DC返回路径,这两只电阻器分别连接在输入引脚和地之间。

    TL084布线参考

    1.电源处添加低ESR(EquivalentSeriesResistance)旁路电容;2.元件布局尽量靠近运放以减少寄生误差;3.信号输入要尽可能的远离电源。



    展开全文
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空空如也

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仪表放大器的作用