單電源儀表放大器電路圖

儀表放大器將兩個信號的差值放大。典型的差模信號來自傳感器件,諸如電阻橋或熱電偶。圖1示出了儀表放大器的典型應(yīng)用,來自電阻橋的差模電壓被AD620（低功耗,低成本,集成儀表放大器）放大。在熱電偶和電阻橋的應(yīng)用中,差模電壓總是相當小（幾毫伏到十幾毫伏）。而兩個輸入端輸入的同極性、同幅值的電壓約為2.5V,還有對測量無用的共模分量,所以理想的儀表放大器應(yīng)該放大輸入端兩信號的差值,任何共模分量都必須被抑制。事實上,抑制共模分量是使用儀表放大器的唯一原因。實踐中,儀表放大器從沒有徹底抑制掉共模信號,輸出端總會有一些殘余成份。

共模抑制比（CMRR）是用來衡量共模信號被放大器抑制程度的一個綜合指標,它由下式定義

圖1 在一個典型的儀表放大器的應(yīng)用中,輸入共模電壓由來自橋的直流偏壓（V_S/2）和輸入線中檢拾的任何共模噪聲組成。共模電壓的一部分總會出現(xiàn)在儀表放大器的輸出端。

式中的Gain是放大器的差模增益,V_cm是輸入端存在的共模電壓,V_out是輸入共模電壓在輸出端的結(jié)果。

代入具體值,如AD620集成儀表放大器所設(shè)置增益為10時,CMRR為100dB,圖1中共模電壓為2.5V,由（1）式求出它在輸出端的電壓為250m V。有上面設(shè)定,注意到由輸入和輸出失調(diào)電壓所引起的輸出電壓約為1.5mV,這說明作為誤差源,CMRR并沒有失調(diào)電壓重要。至此,只討論了直流信號的共模抑制比。

交流和直流共模抑制比

在圖1中,共模信號可以是穩(wěn)態(tài)的直流電壓（如來自電橋的2.5V電壓）,或是來自外部干擾。在工業(yè)應(yīng)用中,最普通的外部干擾從50Hz/60Hz輸電干線檢拾而來（例如來自led/' target='_blank'>照明燈,電機或任何在輸電干線上運行的設(shè)備）。在不同的測量應(yīng)用中,儀表放大器輸入端的干擾基本相等,因此在這里干擾信號也被看作共模信號,被疊加在輸入直流共模電壓上,在輸出端得到的是這個輸入共模信號的衰減形式,衰減程度取決于該頻率下的CMRR。

雖然直流失調(diào)電壓可以通過微調(diào)和校準輕易除去,而輸出端的交流誤差卻很麻煩。例如,如果輸入回路從輸電干線檢拾到50Hz或60Hz的干擾,那么輸出端的交流電壓會降低整個應(yīng)用的分辨度。濾除干擾代價很昂貴,并且僅在對速度要求不高的應(yīng)用中才可行。顯然,整個頻率范圍內(nèi)的高共模抑制有助于減小外部共模干擾的影響。

所以,實踐中在整個頻率范圍內(nèi)來討論CMRR比討論它在直流時的情況要有意義得多。集成儀表放大器數(shù)據(jù)手冊列出了在50Hz/60Hz時的CMRR,圖解部分給出CMRR隨頻率變化的曲線（見圖2）。

圖2表明AD623（低價格集成儀表放大器）CMRR在頻率范圍內(nèi)變化的情況。100Hz以前保持平坦,之后（大于100Hz）開始下降,可以看出,50Hz/60Hz電網(wǎng)干擾會被很好的抑制。還要注意電網(wǎng)頻率的諧波干擾,在工業(yè)環(huán)境中,電網(wǎng)頻率諧波可以達到第七諧波（350Hz/420Hz）。此時,CMRR降到大約90dB（增益為10）。這使得- 70dB的共模增益仍足以抑制大多數(shù)共模干擾。

不同結(jié)構(gòu)的儀表放大器

現(xiàn)在考察儀表放大器的不同結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的選擇和無源元件的精確度會影響交直流的CMRR。3.1 二運放儀表放大器

圖3是一個基本二運放儀表放大器的電路圖,差模增益可由式（2）給出

（2）

這里R₁=R₄,R₂=R₃,如果R₁=10kΩ,R₂=1kΩ,差模增益為11,從式（2）可知,根本不可能使編程增益為1。

3.1.1 二運放儀表放大器的共模增益

直流共模電壓引起的輸出電壓由式（3）給出

運用式（1）,可得電路的CMRR的表達式為

因為分母中的電阻比總是接近1,不需要考慮儀表放大器的增益,我們可得到,二運放儀表放大器的CMRR隨差模增益的增加而增加。

在上述電阻網(wǎng)絡(luò)中,由于存在誤差,實際電阻值不可能完全等于標稱值,即存在失配,可以將R₁R₃的實際值比它與R₂R₄之差值的百分率定義為失配。式（4）可以改寫為

式中Mismatch為失配率。

編程增益的四個電阻間的任何不匹配都會直接影響CMRR。在環(huán)境溫度下,精密的電阻網(wǎng)絡(luò)通過微調(diào)可以達到最大精確度。電阻的溫度漂移造成的任何失配都會加劇CMRR的降低。

顯而易見,高共模抑制的關(guān)鍵是電阻網(wǎng)絡(luò),因此電阻比和相對應(yīng)的漂移兩者都要很好的匹配,而電阻的絕對值和他們的絕對漂移卻不重要,關(guān)鍵在于匹配。

集成儀表放大器特別適合于增益編程電阻的比值匹配和溫度跟蹤。制作在硅片上的薄膜電阻的最初容差達到± 20%,制作過程中的激光修整使電阻間的比例誤差減小至0.01%。此外,各薄膜電阻值和溫度系數(shù)之間的相關(guān)變化很小,通常小于3×10- ⁶/℃。

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圖4說明在環(huán)境溫度下電阻失配的實踐結(jié)果。圖3中,電路CMRR的測量(增益為11)用到4個電阻,其失配約為0.1%(R1=9999.5Ω,R2=999.76Ω,R3=1000.2Ω,R4=9997.7Ω)。直流CMRR的值約為84dB（理論值為85dB）,當頻率增加時,CMRR迅速下降。圖4同時給出了電網(wǎng)干擾的輸出電壓的示波器波形。180Hz時200mV(峰-峰)諧波引起的輸出電壓約為800m V。由上述設(shè)定,一個輸入范圍為0～2.5V的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的1sb權(quán)重為610mV。 A1同相端的Vin- 信號經(jīng)A1后產(chǎn)生的相移或延時將導(dǎo)致Vin- 和A1的輸出信號間出現(xiàn)向量誤差,引起整個頻率范圍內(nèi)CMRR的降低。為保證一定的CMRR,Vin- 和A1輸出端的共模信號應(yīng)有相同的相位和幅度,這只有在A1沒有延時時才可能做到。選擇一個匹配的高速雙運放可以擴展頻率范圍,從而使CMRR保持平坦,但另一方面,高速運放會檢拾外部高頻干擾。另一個解決方法是在A1的反相輸入端和地端之間接一個微調(diào)電容,缺點是必須手動微調(diào)。 所以圖4的CMRR（在頻率范圍內(nèi)）受兩個截然不同的參數(shù)的影響。在低頻時,CMRR與編程增益電阻的失配直接 電路圖符號相關(guān)文章:電路圖符號大全 熱電偶相關(guān)文章:熱電偶原理 上一頁 1 2 3 4 下一頁 關(guān)鍵詞： 模擬電路 模擬芯片 德州儀器 放大器 ADI 模擬電子 評論 我來說兩句…… 驗證碼： 相關(guān)推薦 放大器的類別 liujt_ic | 2002-12-31 德州儀器閃耀上海慕展 三大板塊更顯產(chǎn)品實力 模擬技術(shù) 德州儀器 慕尼黑電子展 汽車電子 機器人 能源 | 2024-07-15 論模擬電路的人才培養(yǎng)之道(沙龍紀實) 視頻 模擬/混合信號IC 模擬電路 | 2009-02-18 利用功率放大器作為差動放大器的電流控制方式電路 設(shè)計方案 利用 功率放大器 作為 差動 放大器 電流 控制 方式 電路 | 2009-07-06 晶體管低頻放大器 設(shè)計方案 晶體管 低頻 放大器 | 2009-07-06 西門子新基站選擇德州儀器單片系統(tǒng)方案 hpnet | 2002-10-05 心電儀研討專場 視頻 TI MSP430 放大器 心跳 | 2009-10-19 運放作直流調(diào)速電路 名家設(shè)計.pdf 資源下載 德州儀器 運放 直流調(diào)速電路 | 2007-12-16 20個常用模擬電路總結(jié)，電路圖+掌握要點 模擬技術(shù) 模擬電路 電路設(shè)計 | 2024-07-23 如何才能獲得ADC的最佳SNR性能？ 電源與新能源 ADI ADC SNR | 2024-07-17 低噪聲放大器 資源下載 重慶郵電大學(xué) 放大器 網(wǎng)絡(luò)匹配 低噪聲 | 2007-12-14 納芯微模擬芯片創(chuàng)新助力光儲系統(tǒng)“三高一降” 模擬技術(shù) 納芯微 模擬芯片 光儲系統(tǒng) | 2024-07-18 高性能放大器設(shè)計的考量因素 資源下載 放大器 高性能放大器 考量因素 | 2007-12-12 德州儀器推出用于OMAPTM無線處理器的新型開發(fā)套件 hpnet | 2002-06-03 模擬電子教學(xué)方法的改進 視頻 模擬/混合信號IC 模擬電路 | 2009-02-18 器件資料\\Lm339 資源下載 QUAD COMPARATOR Lm339 放大器 | 2007-12-16 大幅提高48V至12V調(diào)節(jié)第一級的效率 模擬技術(shù) 調(diào)節(jié)第一級 效率 ADI | 2024-07-18 RF ADC為什么有如此多電源軌和電源域？ 模擬技術(shù) ADI RF ADC | 2024-07-10 如何使用珀爾帖裝置實現(xiàn)更高功率的熱電冷卻 電源與新能源 ADI 珀爾帖 熱電冷卻 | 2024-07-23 德州儀器推出最新低成本 DSP 入門開發(fā)套件 hpnet | 2002-05-17 模擬信號處理 視頻 模擬/混合信號IC 模擬電路 | 2009-02-18 采用運算放大器改變輸入量電路 設(shè)計方案 采用 運算 放大器 改變 輸入 電路 | 2009-07-06 穩(wěn)壓用運算放大器基本電路 設(shè)計方案 穩(wěn)壓 運算 放大器 基本 電路 | 2009-07-06 低噪聲放大器的選用與電路設(shè)計 資源下載 中國移動 放大器 選用 電路設(shè)計 低噪聲 | 2007-12-14 運用返馳轉(zhuǎn)換器的高功率應(yīng)用設(shè)計 電源與新能源 返馳轉(zhuǎn)換器 高功率 ADI | 2024-07-22 模擬電路教學(xué)心得 視頻 模擬/混合信號IC 模擬電路 | 2009-02-18 LTspice中邏輯門的使用介紹 元件/連接器 SPICE LTspice，模擬電路 邏輯門 | 2024-07-15 德州儀器Eureka DAB進入數(shù)字廣播接收機市場 hpnet | 2002-06-26 采用雙電源和單電源的基本運算放大器電路 設(shè)計方案 采用 電源 單電源 基本 運算 放大器 電路 | 2009-07-06 ADI 2024 慕尼黑上海電子展：直通技術(shù)、低噪聲電源、無線BMS、高精度傳感器等創(chuàng)新解決方案亮相 電源與新能源 ADI 上海慕尼黑電子展 | 2024-07-18 上一篇：采樣電路的形式 下一篇：采樣電路的概述 技術(shù)專區(qū) FPGA DSP MCU 示波器 步進電機 Zigbee LabVIEW Arduino RFID NFC STM32 Protel GPS MSP430 Multisim 濾波器 CAN總線 開關(guān)電源 單片機 PCB USB ARM CPLD 連接器 MEMS CMOS MIPS EMC EDA ROM 陀螺儀 VHDL 比較器 Verilog 穩(wěn)壓電源 RAM AVR 傳感器 可控硅 IGBT 嵌入式開發(fā) 逆變器 Quartus RS-232 Cyclone 電位器 電機控制 藍牙 PLC PWM 汽車電子 轉(zhuǎn)換器 電源管理 信號放大器 關(guān)閉