单电源仪表放大器电路图

文章摘要：如通常一样,热电偶的一端接地,使偏置电流流入仪表放大器。因此,同相、反相输入电压中间的共模电压非常接近地电平。实际上,从热电偶而来的电压开始变负时,有效共模电压也变负。 在传统的三运放仪表放大器中,当热电偶电压开始大于零时,输入级的电压扩展效果会导致输入级的一个运放的输出电压变为地。图6的电平偏置结构通过有效的在共模电压上加0.6V,避免了这个问题,从而对地有更多的摆动范围,并且使A1和A2满幅度运放的输出电压处于线性区域,即使输入电压和共模电压低于地电平。输入电压可以负到150mV,这由编程增益和共模电压控制。 在此例中,仪表放大器的设置增益为91.9（RG=1.1kΩ）,

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如通常一样,热电偶的一端接地,使偏置电流流入仪表放大器。因此,同相、反相输入电压中间的共模电压非常接近地电平。实际上,从热电偶而来的电压开始变负时,有效共模电压也变负。  

    在传统的三运放仪表放大器中,当热电偶电压开始大于零时,输入级的电压扩展效果会导致输入级的一个运放的输出电压变为地。图6的电平偏置结构通过有效的在共模电压上加0.6V,避免了这个问题,从而对地有更多的摆动范围,并且使A1和A2满幅度运放的输出电压处于线性区域,即使输入电压和共模电压低于地电平。输入电压可以负到150mV,这由编程增益和共模电压控制。

    在此例中,仪表放大器的设置增益为91.9（R_G=1.1kΩ）,基准脚的电压设为2V,只要热电偶电压处在温度为－200～+200℃间变化,仪表放大器的输出电压范围就为1.274～2.990V（对地）,这个电压摆动范围很适合A/D转换器的输入电压范围（2V±1V）。

3.2.5 单电源二运放仪表放大器在低共模电压中的应用

    加一个V_be电压降使共模电压升高的方法可应用于二运放仪表放大器。图8是AD627的简图,它是一个集成二运放仪表放大器,运用特殊技术来获得整个频率范围内的高CMRR。必须指出,对于三运放仪表放大器而言,必须注意补偿内部节点电压,避免信号饱和,这在单电源应用中格外严格。一般说来,最大增益由输出有效信号的范围决定（反相通道大于50mV,同相通道为100mV以内）。而在输入共模电压接近或等于零的单电源应用中,编程增益有一定限制。当输入、输出和基准引脚（REF）的电压范围由技术说明所规定时,这些引脚的电压范围是互相影响的。在图8中,由含有共模分量V_cm的差模电压V_diff驱动,运放A1输出端电压是V_diff、V_cm、V_ref引脚电压和编程增益的函数：   

    V_A1=1.25（V_cm +0.5V）- 0.25V_ref -V_diff（25kΩ/R_G－0.625）

    也可用-IN和+IN（V_－和V₊）脚上的实际电压来表示：

    V_A1=1.25（V_－+0.5V）- 0.25V_ref -（V_＋ -V_－）25kΩ/R_G

    A1的输出电压在反相通道为50mV以内,同相通道为200mV以内摆动,上述等式可用以验证A1的电压是否在此范围内。从以上任何一个等式可以看到,当V_ref作为AD627的输出(A2)正偏置增加时,A1的输出电压会减小。此外,增加输入共模电压会增加A1的输出电压。在共模电压较低的单电源应用中,差模输入电压或REF上的电压太高会使A1的输出变为地电平。输入电压有效上偏0.5V（如T1和T2的V_be）可以增加一些摆动范围。

表1给出AD627在不同单电源输入条件下的最大增益值,输出摆幅是根据REF脚上的电压得到的,REF上的电压已经被设置为2V或1V,以使增益和输出摆动范围最大。注意在很多情况下,使单电源电压值大于5V毫无好处（输入范围为0V至1V时除外）。

表1 AD627低共模单电源应用的最大增益

Vin	REF Pin	Supply Voltage	Resulting max Gain	RG tolerance）	Output Swing w.r.t 0V
+/- 100mV,Vcm=0V	2V	+5 to +15V	12.0	28.7kΩ	0.8 to 3.2V
+/- 50mV,Vcm=0V	2V	+5 to +15V	23.7	10.7kΩ	0.8 to 3.2V
+/- 10mV,Vcm=0V	2V	+5 to +15V	119.9	1.74kΩ	0.8 to 3.2V
V- = 0V,V+= 0 to 1V	1V	+10 to +15V	7.5	78.7kΩ	1 to 8.5V
V- =0V,V+=0 to 100mV	1V	+5 to +15V	31	7.87kΩ	1 to 4.1V
V- =0V,V+= 0 to 10mV	1V	+5 to +15V	259.1	787kΩ	1 to 3.6V

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