单电源仪表放大器电路图

文章摘要：三运放仪表放大器 图5是三运放仪表放大器的结构,是分离和集成仪表放大器最常选的结构。整个增益的传输函数很复杂,当R1=R2=R3=R4时,传输函数可以简化为 （6） R5和R6设置为相同值（通常在10～50kΩ）。简单地调节RG的值,电路的整个增益可由单位值调至任意高的值。3.2.1 三运放仪表放大器的共模增益如所期望的,仪表放大器的共模增益的理论值为0。为计算共模增益,设定输入端只有一个Vcm共模电压（也即Vin+=Vin-=Vcm）。RG上没有电压降,A1,A2的输出电压也等于Vcm,设A1和A2理想匹配,因此第一个近似值即第一级共模增益等于单位值并独立于编程增益。 假定运放A3是

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三运放仪表放大器

图5是三运放仪表放大器的结构,是分离和集成仪表放大器最常选的结构。整个增益的传输函数很复杂,当R₁=R₂=R₃=R₄时,传输函数可以简化为

 （6）

     R₅和R₆设置为相同值（通常在10～50kΩ）。简单地调节R_G的值,电路的整个增益可由单位值调至任意高的值。

3.2.1 三运放仪表放大器的共模增益

如所期望的,仪表放大器的共模增益的理论值为0。为计算共模增益,设定输入端只有一个V_cm共模电压（也即V_in+=V_in-=V_cm）。R_G上没有电压降,A1,A2的输出电压也等于V_cm,设A1和A2理想匹配,因此第一个近似值即第一级共模增益等于单位值并独立于编程增益。

假定运放A3是理想的,第二级共模增益由式（7）得到

    代入式（1）,共模抑制比就变为式（8）

    式中的分母比二运放仪表放大器时复杂得多,而正如式（4）所示,分母可用电阻的失配百分率来表示,即

    在式（8）中,如果4个电阻都相等（或R₁=R₃,R₂=R₄）,其分母就会变为0,而这几个电阻的任何失配都会使共模电压的一部分出现在输出端。与二运放仪表放大器相似：任何电阻间温度漂移的失配都会降低CMRR。

3.2.2 三运放仪表放大器的交流CMRR

    如果A1,A2很好的匹配（即相同的闭环带宽）,CMRR就不会像二运放那样迅速下降。对比一下图2和图4,三运放仪表放大器的CMRR在100Hz之前相对平坦,而二运放仪表放大器的CMRR在大约10Hz时就开始降低。

3.2.3 三运放仪表放大器的共模范围     三运放仪表放大器的第一级共模增益为单位值,共模电压原封不动的出现在图5中A1,A2的输出端,而差模输入电压（Vdiff）降落在增益电阻上,结果电流流过R5,R6,这意味着当输入差模电压增加时,A1的电压将高于Vcm,A2的电压将低于Vcm。因此,当增益和（或）输入信号增加时,A1,A2的电压范围也会增加,最终被电源电压的范围所限制。可以知道,共模电压可以达到的范围、差模输入电压、增益这三者之间是互相关联的。例如,增加增益会减小共模范围和输入电压范围,同样,增加共模电压会限制差模输入范围并限制增益可能达到的最大值。如果输入级运放的输出摆动已知,那么就能很好地表示输入范围,共模范围和增益之间的关系,以服务于特殊的三运放仪表放大器。     工业应用中运用低电源电压时,可用的摆动范围也越来越少。至于二运放仪表放大器,可以用满幅度运放来解决这个问题,三运放仪表放大器中,因为过度的输入电压、共模电压或增益会削减输入级（A1,A2）的输出电压,所以满幅度输出级（A3）在这里根本起不了什么作用。 3.2.4 低共模应用中优化的单电源三运放仪表放大器     图6是AD623（低耗单电源满幅度仪表放大器）的简图,沿用传统的三运放仪表放大器结构,在用作输入级运放之前,正反相输入电压通过一个PNP管,电压上偏了0.6V。     要理解电平偏移的重要性,先要考虑仪表放大器工作的通常条件。图7示出了AD623的一个典型应用,仪表放大器放大的信号来自一个J型热电偶,仪表放大器连同A/D转换器共同由+5V单电源供电。此应用中。所测温度范围从－200～+200℃,相应的热电偶的电压范围为－7.890～10.777mV。

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