仪表放大器应用中的相关问题探究

胡诗文

摘 要：仪表放大器是一种差分输入和相对参考单端输出的闭环增益组件，能够进行差分输出和相对参考端输出的单端输出能力。仪表放大器有着高输入阻抗、高共模抑制比的特点，因此，常常被应用为数据采集系统的前端放大器，但是，工作环境不同，对于仪表放大器的要求也存在差异。该文主要针对仪表放大器应用中的相关问题进行分析。

关键词：仪表放大器 相关问题 分析

中图分类号：V233 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0037-02

随着电子技术水平的提升，仪表放大器得到了广泛应用，笔者通过对仪表放大器的研究，根据仪表放大器的概念和特征，探讨了仪表放大器与运算放大器之间的差异和仪表放大器的基本原理，最后详细叙述了放大器的应用问题。

1 仪表放大器

仪表放大器是一种差分输入和相对参考单端输出的闭环增益组件，能够进行差分输出和相对参考端输出的单端输出能力。仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出的功能。仪表放大器随着科技的发展已经能够应用到多个领域，它将关键元件集成在放大器内，特殊的构造使它有着许多优秀的性能，尤其是在医疗器械、音响设备数据采集方面都有很好效果。仪表放大器的应用会受到多种因素的影响：第一，由于仪表放大器采用了三运放结构，在平衡输入时，两输入运放差分输入范围增大，但是输出级动态范围不变，因此，是无法扩展其有效输入范围的；第二，一般情况下，放大器與被测信号之间不会设置公共端，要保证仪表放大器可以正常工作，离不开偏置电流路径，如果没有达到这一要求，两端入端就会悬浮起来，致使输入运放超过标准范围，为了解决这一问题，需要设置好相关的偏置电流通路，这样既可由偏置电阻来决定输入阻抗；第三，如果使用不平衡输入方式，虽然可以获取到理想的阻抗，但是，运放输入范围较小，共模抑制性也会受到影响。总之，要求仪表放大器同时具有宽输入范围和高输入阻抗，并保持优秀的共模抑制性能，这在事实上是不可能的。

2 仪表放大器的特性

仪表放大器能够实现低输入偏置电流和低失调电流误差，它拥有偏置电流输入和输出两个端口，并且根据它的类型不同存在着一定差别。首先，偏置电流经过不平衡电阻时会出现一个失调误差，而向仪表放大器中输入失调电流误差就是失配程度。其次，由于仪表放大器的工作环境要求其必须能够处理低输入电压的情况，所以仪表放大器自身产生的噪音信号就绝对不能与电信号一同处理。1 000 Hz的条件下，输入端的最小噪声为10 nV/ √ Hz， 微功耗的仪表放大器与其他放大器相比更能接受低的输入电流，相对得会产生得到的噪音。最后，输入失调以及比例系数误差等问题都能够通过外部增加装置进行修正，但是非线性是仪表放大器出厂之后就确定的，是无法经过任何方式改变的。低非线性误差是在仪表放大器出厂时结构设计来保证的。非线性误差的规定是满度电压或零电压的情况下，高质量仪表放大器误差小于等于0.01%。仪表放大器是由两级差分放大器电路有机组成，差分输入能够放大系统的对差信号，对于共模输入，可以起到相应跟随效果，继而提高共模抑制比，如果共模抑制比要求没有变化，即可降低电阻精度匹配要求。依据仪表放大器的功能和特点，其一般应用于数据采集、信号放大、信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面。

3 仪表放大器与运算放大器的差别

仪表放大器是能够进行差分输入和单端输出的特殊元件，它的输入端口的电阻大小相近，而且阻值也很大。运算放大器在这一方面与仪表放大器相同，输出阻抗很低，运算放大器的闭环增益与反向输出和输入之间的外接电阻所决定的。而有差别的是，仪表放大器内部拥有一个反馈电阻网络，能够实现信号的隔离，对放大器两个输入端同时通入信号，增益可以有内部预先设定也可以有用户连接增益电阻器自行设置，增益电阻器也是与信号输入端没有任何联系的。

4 仪表放大器的技术原理

仪表放大器的功能是放大输入信号的电压差，达到一致输入端共模信号的元件。所以仪表放大器的核心功能就是从传感器或其它信号源内提取信号，共模抑止是指两个输入端电位相同时放大电位差。这是仪表放大器最主要的工作。直流和交流共模抑制是仪表放大器的生产指标。目前市面上质量合格的仪表放大器都能够做到两个输入端的直流电压保持在80～120 dB之间。但是交流共模抑制不够大，会出现一定误差，因为它一般是跟随频率的变化规律运行的，因此，无法在仪表放大器的输入端消除。共模增益是指输出电压与共模输入电压之间的变化比值，输入端通入共模电压，在输出端呈现的电压变化。常模增益是指两输入端通入不同的电压时，输出和输入之间出现的电压增益。

5 仪表放大器的应用

AD623是市面上最流行仪表放大器得型号，它具有价格低廉、输出幅度能达到电源电压的优点。它的特点是可以外接电阻设置增益，为用户带来了方便，具有性能优良的直流特性以及共模抑制比，而且这一类型的仪表放大器的输入范围很宽，很容易实现最佳性能、低功耗等。它的出现快速占领了分立器件结构的仪表放大器的市场，以线性度优良、价格低廉。温度稳定性高成为了仪表放大器的首选。

6 结语

随着科技水平的提升，仪表放大器也应用到多个领域当中，仪表放大器的出现起源于对运算放大器的探索，并且青出于蓝而胜于蓝。仪表放大器以其出色的性能在医疗器械、高速信号调节等领域都有杰出表现。国外对于仪表放大器的研究已经开展多年，但是由于过去我国经济发展缓慢，在这一领域也没有深入研究。因此，需要我国政府对这一方面给予足够重视，对于这一领域的企业进行政策扶持，加快国家在仪表放大器领域的发展，同时积极引进国外先进仪表放大器进行研究，吸取国外先进的仪表放大器制作经验，争取快速实现仪表放大器的自主生产，推动企业的发展，进而强化我国研发实力。

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