单电源仪表放大器电路图

文章摘要： （2）这里R1=R4,R2=R3,如果R1=10kΩ,R2=1kΩ,差模增益为11,从式（2）可知,根本不可能使编程增益为1。3.1.1 二运放仪表放大器的共模增益直流共模电压引起的输出电压由式（3）给出 运用式（1）,可得电路的CMRR的表达式为 因为分母中的电阻比总是接近1,不需要考虑仪表放大器的增益,我们可得到,二运放仪表放大器的CMRR随差模增益的增加而增加。 在上述电阻网络中,由于存在误差,实际电阻值不可能完全等于标称值,即存在失配,可以将R1R3的实际值比它与R2R4之差值的百分率定义为失配。式（4）可以改写为 式中Mismatch为失配率。 编程增

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 （2）

这里R₁=R₄,R₂=R₃,如果R₁=10kΩ,R₂=1kΩ,差模增益为11,从式（2）可知,根本不可能使编程增益为1。

3.1.1 二运放仪表放大器的共模增益

直流共模电压引起的输出电压由式（3）给出

    运用式（1）,可得电路的CMRR的表达式为

    因为分母中的电阻比总是接近1,不需要考虑仪表放大器的增益,我们可得到,二运放仪表放大器的CMRR随差模增益的增加而增加。

    在上述电阻网络中,由于存在误差,实际电阻值不可能完全等于标称值,即存在失配,可以将R₁R₃的实际值比它与R₂R₄之差值的百分率定义为失配。式（4）可以改写为

    式中Mismatch为失配率。

    编程增益的四个电阻间的任何不匹配都会直接影响CMRR。在环境温度下,精密的电阻网络通过微调可以达到最大精确度。电阻的温度漂移造成的任何失配都会加剧CMRR的降低。

    显而易见,高共模抑制的关键是电阻网络,因此电阻比和相对应的漂移两者都要很好的匹配,而电阻的绝对值和他们的绝对漂移却不重要,关键在于匹配。

    集成仪表放大器特别适合于增益编程电阻的比值匹配和温度跟踪。制作在硅片上的薄膜电阻的最初容差达到± 20%,制作过程中的激光修整使电阻间的比例误差减小至0.01%。此外,各薄膜电阻值和温度系数之间的相关变化很小,通常小于3×10- ⁶/℃。

图4说明在环境温度下电阻失配的实践结果。图3中,电路CMRR的测量(增益为11)用到4个电阻,其失配约为0.1%(R1=9999.5Ω,R2=999.76Ω,R3=1000.2Ω,R4=9997.7Ω)。直流CMRR的值约为84dB（理论值为85dB）,当频率增加时,CMRR迅速下降。图4同时给出了电网干扰的输出电压的示波器波形。180Hz时200mV(峰-峰)谐波引起的输出电压约为800m V。由上述设定,一个输入范围为0～2.5V的12位数据采集系统的1sb权重为610mV。     A1同相端的Vin- 信号经A1后产生的相移或延时将导致Vin- 和A1的输出信号间出现向量误差,引起整个频率范围内CMRR的降低。为保证一定的CMRR,Vin- 和A1输出端的共模信号应有相同的相位和幅度,这只有在A1没有延时时才可能做到。选择一个匹配的高速双运放可以扩展频率范围,从而使CMRR保持平坦,但另一方面,高速运放会检拾外部高频干扰。另一个解决方法是在A1的反相输入端和地端之间接一个微调电容,缺点是必须手动微调。      所以图4的CMRR（在频率范围内）受两个截然不同的参数的影响。在低频时,CMRR与编程增益电阻的失配直接关联,高频时,运放的差模闭环增益引起CMRR的降低。 3.1.2 二运放仪表放大器的共模范围     二运放仪表放大器的输入共模范围受编程增益的影响。图3中,A1工作在闭环增益为1.1时,输入端的任一共模电压都被放大（即输入共模电压经1.1倍放大后出现在A1的输出端）。     现在讨论仪表放大器可编程增益为1.1时的情况（R1=1kΩ,R2=10kΩ,R3=10kΩ,R4=1kΩ）。A1的闭环增益为11,因为共模电压会被放大,所以输入共模范围受A1输出摆动幅度的严格限制。在应用中,强制性使用低电压引起的问题特别严重,这种情况下,运用满幅度放大器会增加一些摆动范围以缓解这个问题。

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