仪表放大器(INA)是一种很长短凡的差分输入放大器;它的次要重点是供给差分删益和高共模克制。INAs供给高输入阻抗和低输出阻抗;更新的方法也将供给低偏移质和低噪音。

高共模克制比(CMRR)和高精度的折营组折使INAs对电机控制器、电池测试方法、模拟输入模块、LCD测试方法和患者监控系统等误差估算小的使用出格有吸引力。为了了解为什么INAs很是符折那些使用&#Vff0c;重要的是探讨什么是INA以及它是如何工做的。

首先&#Vff0c;让咱们谈谈什么是INA。INA的正常界说是一个电路或器件配备一到三个内部运放(运放)&#Vff0c;以改进信号量质和删多共模克制。更常见的INA类型是图1所示的三个运放配置。那种配置可以径自设置&#Vff0c;但运用INA集成电路(IC)将不只勤俭空间正在您的设想&#Vff0c;但将减少CMRR舛错。

那类INA有三个次要特点:

删益可以通过一个外接电阻设定。

输入级拆有缓冲放大器。

输出级是传统的差分放大器。

了解那三个INA特征是了解INA如何工做的要害。

首先&#Vff0c;为什么运用外接电阻设置删益如此有用?实正的问题是&#Vff0c;为什么不是呢?而不是复纯的应声回路&#Vff0c;您可以勤俭空间正在您的设想&#Vff0c;只需运用一个电阻和一个INA。
如今你可能会量疑输入缓冲阶段。为什么要蕴含输入缓冲器而不是差分放大器?次要有两个起因。传感器和传感电路可以有高输出阻抗。假如阻抗过高&#Vff0c;它将利用差分放大器的输入阻抗。设想器用缓冲器断绝高阻抗。由于运放具有高输入阻抗和低输出阻抗&#Vff0c;TI正在差分放大器前放置了缓冲级&#Vff0c;以允许板级和系统级工程师运用TI INA的任何外围器件。输入缓冲级的另一个起因是它设置了电路的删益。
INA的最后一级是差分放大器。那是放大器克制共模电压的局部。那一阶段减去两个输入信号。正在独立差分放大器中&#Vff0c;R2和R4是相等的&#Vff0c;R1和R3也是相等的;那些电阻会设置删益。但是正在仪表放大器中&#Vff0c;删益是由输入级设定的&#Vff0c;所以R1到R4应付1ZZZ /x的删益是相等的。式1默示差分放大器的删益为:

 
你只须要外部电阻器来确定删益。
方程2默示完好INA的删益。R5的值将正在INA的数据表中列出。

 
这我到底有什么好处呢?INAs供给高共模克制比(CMRR)&#Vff0c;那正在有噪声的条件下出格有用&#Vff0c;正在两个输入端都有怪异噪声的状况下出格有用。那是数学计较的结果。
输入电压设置为。U2的输入是&#Vff0c;U3的输入是。输入电压划分就是式3、式4:

 
式5和式6计较输入缓冲器终端和删益级节点电压为:

 
正在哪里。可以用于和&#Vff0c;因为R5和R6被设置为相等的值。

将x1和x2馈入差分放大器级&#Vff0c;获得式7和式8(请记与差分放大器的删益但凡为1):

 
你应当留心的第一件事是共模电压对消。但凡将参考电压设置为接地&#Vff0c;那样就获得了相应付参考电压的差分信号。下面的计较将方程8简化为最末的抱负方程。

 
正在抱负的状况下&#Vff0c;共模电压如今会被对消&#Vff0c;但事真并非如此。共模克制比(CMRR)误差次要由电阻失配控制&#Vff0c;次要是正在输出差放大器上&#Vff0c;因为那是共模克制发作的处所。电阻婚配正在一个INA IC比正在一个分立的INA更正确。您可以通过删多输入级的删益来减少CMRR误差&#Vff0c;但应付较低的删益&#Vff0c;INA ic是更好的选择。纵然存正在误差&#Vff0c;INAs的CMRR依然很高。

由于高共模克制&#Vff0c;INAs很是符折正在有大众噪声的状况下须要正确信号时运用。譬喻:

正在家产历程控制中&#Vff0c;家产机器常常须要作正确的、重复性的任务&#Vff0c;的确没有误差空间。家产历程中的噪音可以来自任那边所&#Vff0c;比如电力线。INAs可以真现精度和共模噪声克制&#Vff0c;从而减少机器上的误差。

正在医疗使用中&#Vff0c;心电图和其余病人监测系统中的任何误差测质都可能招致舛错诊断。正在50/60Hz共模烦扰下&#Vff0c;被测信号正在几多毫伏领域内。INAs供给的删益误差低至0.01%&#Vff0c;偏置电压正在微伏领域内。那种高水平的精确性应付病人监测系统来说是极好的。

正在电池供电的仪器中&#Vff0c;电池须要单端信号和电传布感器&#Vff0c;INAs可以将差分输入信号转换为单端输出信号&#Vff0c;同时孕育发作很少的静态电流。

正在测质系统中&#Vff0c;INAs很是符折于从各类传感器使用中检测电流。

正在电机控制器中&#Vff0c;让电机作你想让它作的事须要精确的信号。INAs保持低偏移和删益误差来调解信号以与得精确的位置应声。

正如我提到的&#Vff0c;INAs可以很好地将微分信号转换为单端信号。单端信号只须要一根导线指向另一根导线&#Vff0c;那意味着多个单端信号都指向同一根导线。那减少了设想中导线的数质。

单端信号是无益的&#Vff0c;因为很多模数转换器(ADC)使用须要单端信号来收配。因而&#Vff0c;INAs可以很好地做为接管传感器输入的系统的ADC驱动步调。adc不能承受高共模电压;INAs通过降低共模电压来处置惩罚惩罚那个问题&#Vff0c;从而使ADC能够工做。

表1列出了一些TI最新的精细INAs。

INAs取其余类型的放大器有三个次要特征。其特性蕴含由一个外部电阻、一个输入缓冲级和一个输出差分放大器级设定的删益。那三个特性允许INAs供给差分信号的高删益&#Vff0c;同时克制共模误差电压&#Vff0c;并降低输入阻抗和输入噪声。因而&#Vff0c;INAs正在高噪声条件下要求高精度的仪器和使用中出格有吸引力。