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儀表放大器是精密增益模塊，輸入為差分式，輸出可以是差分式，也可以是相對于參考端的單端式。這些器件能夠放大兩個(gè)輸入信號電壓之間的差值，同時(shí)抑制兩個(gè)輸入端共有的任何信號。儀表放大器廣泛用于許多工業(yè)、測量、數(shù)據(jù)采集和醫(yī)療應(yīng)用，這些應(yīng)用要求在高噪聲環(huán)境下保持直流精度和增益精度，而且其中存在大共模信號（通常為交流電力線頻率）。

儀表放大器有什么作用？ 

儀表放大器用來測量噪聲環(huán)境中的弱信號。由于噪聲通常是共模的，而信號應(yīng)該是差分的，所以儀表放大器利 用其共模抑制(CMR)特性將有用信號 與噪聲區(qū)分開。 

在儀表放大器應(yīng)用中的信號源通常具有幾千歐姆(kΩ)甚至更大的輸出阻抗，因此儀表放大器應(yīng)該具有非常高的輸入阻抗(通常能夠達(dá)到數(shù)吉?dú)W姆)。儀表放大器的工作頻率一般從直流(DC)到大約1MHz之間。

當(dāng)頻率超過1MHz時(shí)，輸入電容問題比輸入電阻更重要。通常使用差分放大器處理高速應(yīng)用，這樣雖然提高了速度，但卻降低了輸入阻抗。 儀表放大器有那些主要技術(shù)指標(biāo)？設(shè)計(jì)儀表放工程師需要考慮的主要性能指標(biāo)包括：電源電流、-3dB 帶寬、共模抑制比(CMRR)、輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電壓隨溫度的漂移以及 輸入端的噪聲和輸入偏置電流。 

儀表放大器的內(nèi)部原理如何？ 

大多數(shù)的儀表放大器是由三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成。這些運(yùn)算放大器可分為兩級：兩個(gè)運(yùn)算放大器用作前置放大器，其后跟隨一個(gè)差分放大器。

圖一

前置放大器提供高輸入阻抗、低噪 聲和增益級。差分放大器抑制共模噪 聲，并能提供必要的額外增益。

儀表放大器僅有三個(gè)運(yùn)算放大器是不是儀表放大器的唯一架構(gòu)？ 

其實(shí)不是，另一種儀表放大器架構(gòu)是采用兩個(gè)運(yùn)算放大器，它可節(jié)省元件數(shù)量，但卻存在兩個(gè)缺點(diǎn)(見圖1b)： 

1. 非對稱的體系結(jié)構(gòu)降低了CMRR， 尤其是在高頻情況下；

2. 僅用一級放 大使其增益受到限制。

由于輸出級的 誤差影響到輸入級，從而導(dǎo)致折合到輸入端的噪聲和失調(diào)誤差變大。

如何防止儀表放大器的輸入端過壓？ 

設(shè)計(jì)工程師需要外部限流電阻器防止 太大的驅(qū)動電流在內(nèi)部ESD箝位二極管產(chǎn)生過壓。限流電阻器的阻值取決于儀表放大器的噪聲水平、電源電壓和所需的過壓保護(hù)。儀表放大器的使用說明中給出了推薦值。由于限流電阻器增加了噪聲，所 以另一種方法是使用外部大電流箝位二極管，以大幅度減小阻值。不幸的是，大多數(shù)普通二極管都具有很高的泄漏電流，會在儀表放大器輸出端產(chǎn)生很大的失調(diào)誤差；由于這種漏電流與溫度呈指數(shù)關(guān)系增加，所以設(shè)計(jì)工程師在高阻抗信號源應(yīng)用中不應(yīng)使用普通二極管。