AN-244
应用笔记
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仪表放大器 10-3
IC 仪表放大器用户指南
作者:Jeffrey R. Riskin
简介
传统上,开始讨论仪表放大器时,都要声明仪表放大器不是运算
放大器。尽管对资深用户来说这是显而易见之事,尽管排除式说
明法显得非常笨拙,但这是不可回避的选择,也是十分必要的。
当工程师需要一个信号调节增益模块时,首先想到的几乎是现有
低成本IC运算放大器具有的最大灵活性。虽然运算放大器作为给
定增益模块的一个元件是毫无问题的,但在要求十分苛刻的应用
中,运算放大器电路往往需要多种昂贵的额外电路元件、专业化
的生产仪表和/或测试仪表,还需要技能娴熟的工作人员以确保正
常运行。本文旨在说明仪表放大器的最佳应用时机和环境,同时
探讨仪表放大器相对于更灵活的运算放大器所具有的独特优势。
什么是仪表放大器?
仪表放大器是一种精密差分电压增益器件,专门针对不利于精密
测量的环境而优化。现实世界与理想状态之间总是存在偏差;温
度波动、电噪声以及通过远程站点导线电阻的电流所产生的电压
降,这些都是符合物理规律的必然现象。此外,真实
传感器很少
在零输出阻抗的同时,还具有优良、整齐划一的 0-10 伏电压范
围。在一定程度上,感生、泄漏、耦合电干扰(噪声)始终是存
在的。简言之,即使对最好的“食谱”也必须有所保留。
仪表放大器设计用于难以采集到有用信号的情况下。仪表放大器
必须具有极高的输入阻抗,因为源阻抗可能较高且/或失衡。偏置
电流和失调电流较低且相对稳定,这样源阻抗就不必恒定。这里
提供的是平衡差分输入,从而信号源便能以独立于仪表放大器输
出负载基准电压的任何合理电平为基准。作为衡量输入平衡的一
项指标,共模抑制极高,以便最大限度地降低远程传感器应用所
特有的噪声影响和接地降。
必须倍加谨慎,以使关键参数在不同条件下(如不同温度、不同
电源电压)获得较高的良好特性稳定性。最后,对仪表放大器性
能至关重要的所有元件都属于器件内部(增益确定单电阻或电阻
对除外)。在此基础上,制造厂商可以优化、制定相应的规格参
数并提供担保,用户则可响应的获得一定
水平的性能,无需自行
提供精密应用元件或专业设计知识。
仪表放大器的精度是以灵活性为代价的。通过专注于放大电压这
一具体任务,仪表放大器厂商可以在这个方面对性能进行优化。
仪表放大器不适用于积分、微分、整流及任何其他非电压增益函
数。虽然仪表放大器支持这些函数,但运算放大器才是最佳选
择。
为使仪表放大器正常运行,用户无需对其内部构造有着深入的了
解。图 1(一种基本仪表放大器的功能框图)为众多应用提供了
充足的信息。
图 1. 基本仪表放大器功能框图