三运放组成的仪表放大器原理分析
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2020-08-13
02:38:42
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三运放组成的仪表放大器原理分析三运放组成的仪表放大器原理分析
我们导出了这个经典电路的来龙去脉： 差分放大器-->前置电压跟随器-->电压跟随器变为同相放大器-->三运放
组成的仪用放大器。
仪表放大器与运算放大器的区别是什么?仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况
下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 Ω。其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至 50 nA。
与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧(mΩ)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之
间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。对仪表放大器
的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增
益电阻器也与信号输入端隔离。
专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器?答案是肯定的。使用三个普通运放就可
以组成一个仪用放大器。电路如下图所示：
图1 标准三运放仪表放大器电路
输出电压表达式如图中所示。
看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的? 为何上述电路可以实现仪表放大器?下面我们就将探讨这些问题。在此之
前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路：
图2 用单运放实现仪表放大器的差分放大电路
如果R1 = R3，R2 = R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1)
这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相输入端和反相输入端阻
抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 kΩ，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200
kΩ。因此，当电压施加到一个输入端而另一端接地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。(这种源阻抗的不平
衡会降低电路的CMRR。)
另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑
制。例如，当增益等于 1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电 阻 值 有 0.1% 失 配 ， 其CMR便 下 降 到
66 dB(2000:1)。同样，如果源阻抗有 100 Ω的不平衡将使CMR下降 6 dB。
为解决上述问题，我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示：
资源评论
行者@2020-08-26很好的资料，安排的明明白白
