如何構(gòu)建儀表放大器
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如果不需要三運放結(jié)構(gòu)如此高的性能，可使用兩運放結(jié)構(gòu)進行簡化。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，它只需要兩個運算放大器和四個電阻器，如圖5所示。由于很少有包含三個運放的器件，因此三運放結(jié)構(gòu)通常需要使用一個四運放器件。而多余的一個運放需要消耗更多的功率，所以兩運放結(jié)構(gòu)在能耗方面也會更低。此外，和三運放結(jié)構(gòu)一樣，兩運放結(jié)構(gòu)電路也具有很高的輸入阻抗。但是兩運放儀表放大器的性能要差一些，通過計算分析，這種結(jié)構(gòu)的共模抑制比對電阻器阻值變化的靈敏度比差分放大器結(jié)構(gòu)略高一些。最壞情況下，對于0.1%的電阻器匹配條件下的CMRR不是54 dB，而是50.5 dB。與三運放儀表放大器不同的是這個CMRR數(shù)值不隨增益的增加而改善。由于兩個通路不平衡，同相通路信號的頻率響應(yīng)與反相通路信號不同。由于反相通路要通過兩級電路而不是一級電路，因此在反相通路中出現(xiàn)了一個相位延遲，并且壓擺率和帶寬特性也會不同，其噪聲性能也會差一些。
1）由于第一級的輸出電壓即放大了的輸入電壓，其中包括共模電壓，因此需要注意第一級的輸出電壓；
2）由于兩運放儀表放大器的CMRR對于電阻的匹配情況極為敏感，因此需要注意電阻器的匹配；
3）高頻性能。因此，對于這三種結(jié)構(gòu)來說：差動放大器 這種放大器很好，也很簡單，只需要一個運算放大器和四個電阻器。然而，它的輸入阻抗與所選電阻器的數(shù)值有關(guān)，而且噪聲和CMRR的性能也較差。
2）三運放儀表放大器 第一級電路提供高輸入阻抗。當我們在第一級電路中引入增益時，還提高了噪聲和CMRR的性能。
兩運放結(jié)構(gòu)儀表放大器 這種電路結(jié)構(gòu)比三運放結(jié)構(gòu)簡單得多，并且也具有很好的輸入阻抗特性。然而，其噪聲和CMRR性能不能隨著增益的增加而改善。
實例分析：混合設(shè)計
如果已經(jīng)找到了基本符合要求的儀表放大器，但某一指標無法滿足需求，此時可以利用現(xiàn)有儀表放大器加上輔助電路達到目的。
噪聲是儀表放大器的一個重要指標，現(xiàn)在很多運放都具有非常低的噪聲系數(shù)，如果要求更低的噪聲，則可以采用分立設(shè)計方法構(gòu)建儀表放大器。然而這需要花費很大的精力來設(shè)計、布局和調(diào)試，而得到的共模抑制比又低于單芯片儀表放大器。圖6所示的混合設(shè)計節(jié)省了設(shè)計時間和電路板空間，同時得到了與單芯片儀表放大器同樣好的共模抑制性能。
這里所示的混合設(shè)計分為三級：運放組成的前置放大器，后面是儀表放大器。每一級的噪聲都比前一級大，然而，由于為每一級都分配了增益，所以各級對系統(tǒng)最后的噪聲沒什么影響。如果用一個2.61 K的電阻將AD8221的增益設(shè)定為20，也可以將所有的增益都放在前置放大級，而使AD8221的增益為1。而AD8599的增益帶寬積為10MHz。如果將總的增益都放在第一級，那么其帶寬將會被限制在20 kHz。在兩個元件之間分配增益，得到總帶寬大約為300 kHz。
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