利用运算放大器设计仪表放大器

"利用运算放大器设计仪表放大器" 本文旨在讨论利用运算放大器设计仪表放大器的方法和技术。仪表放大器是一种常用的电子元件，用于放大电信号，但传统的仪表放大器架构存在一些缺点，如增益误差、开关非线性等问题。为了解决这些问题，我们可以使用运算放大器设计仪表放大器，特别是使用 LT6372-1芯片来实现精密的增益步进。 传统的仪表放大器架构 传统的仪表放大器架构如图 1 所示。增益由外部电阻器 RG 的值来设定。要使用这类器件创建 PGIA，只需切换 RG 的值即可。但是，模拟开关的一些非理想行为让这项任务变得复杂——例如开关的导通电阻、通道电容，以及通道电阻随施加电压的变化。 基于 LT6372-1 的仪表放大器架构 图 2 所示为基于 LT6372-1 芯片的仪表放大器架构的变化版本。注意 RG 引脚如何被分解成±RG,S 和±RG,F，单独引出，并从器件封装外部进行配置。这个架构有一个重要的实用特性：能够配置仪表放大器，使其可以在几个不同的增益值之间切换，同时将开关电阻造成的增益误差降至最低。 LT6372-1 PGIA 电桥接口 图 3 所示为 LT6372-1 PGIA 电桥接口，提供四种增益设置。利用 LT6372 系列引脚排列，我们可以创建一个 PGIA，以通过改变 RF/RG 比来获得所需的增益值。 仪表放大器的增益设计 为了计算外部电阻的增益，我们可以将反馈电阻计为内部 12.1 kΩ 调整电阻加上 RG,F 到 RG,S 端口连接上与 RG,F 串联的其他电阻。相反，增益设置电阻是+RG,S 和−RG,S 之间的总电阻。总结起来就是：RF =12.1 kΩ + 2 个输入放大器各自上面的 RG,F 和 RG,S 之间的电阻 RG = +RG,S 和–RG,S 之间的电阻。 PGIA 的简化图 图 4 所示为 PGIA 的简化图，展示了梯形电阻的不同抽头（由总共 8 个模拟开关实现，每次短接 2 个来设置增益）如何配置电路。在此图中，2 个开关组由 4 种可能的增益值之一来描述；–RG,S 和+RG,S 引脚短接至 RF3/RF4 结。 增益计算公式 为了计算增益，我们可以使用式（1）依序计算增益网络中的单个电阻的值。该方程确定电阻的方式如图 3 标示，表 1 中的案例 2（增益为 2、20、200 V 和 500 V/V）用作算出的示例。反馈电阻与增益设置电阻是交互式的；因此，公式必须是当前项取决于之前项的一个系列。 本文讨论了利用运算放大器设计仪表放大器的方法和技术，特别是使用 LT6372-1 芯片来实现精密的增益步进。该方法可以解决传统的仪表放大器架构中存在的一些问题，如增益误差、开关非线性等问题。