仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下,仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高,典型值≥109 Ω。其输入偏置电流也应很低,典型值为 1 nA 至 50 nA。

 

与运算放大器一样,其输出阻抗很低,在低频段通常仅有几毫欧(mΩ)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是,仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络,它与其信号输入端隔离 。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号,其增益既可由内部预置,也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置,该增益电阻器也与信号输入端隔离。

 

 

关于信号采集中的运放应用设计可以说很简单又比较复杂,简单因为大家都知道运放是用来放大的,复杂是因为运放的设计是模拟电路设计的核心,单就应用而言我们需要知道的知识还是有很多,从运放的类型到具体参数如带宽,噪声等等,在一些特殊应用场合如果仅仅知道运放的放大功能,很可能就要在运放应用上挖坑了。在仪器仪表设计里经常用到的是一种仪表放大器,那么仪表放大器和一般放大器有何不同呢?


一、差分运放和单端运放

差分运放是相对于单级运放而言的,因为我们知道一个三极管就可以组成一个放大器,单输入单输出。而差分运放的结构如图:

 

 

因此,差分运放因为是对输入信号之差进行放大所以有更好的噪声处理特性。当然目前的运放设计基本都是这种结构。


二、仪表运放和一般运放

其实仪表运放和一般运放的功能是一样的,主要在于针对性的一些参数优化上,因为对于仪表设计里的小信号为主的信号检测而言,对于更高的输入阻抗和更高的 PSRR,低失调电压电流等参数要求比较高,因此才会有仪表运放一说。

典型的仪表运放结构:

 


三、运放的目的可以提高参数性能

一般仪表运放会比普通的贵一点,ADI 的相关产品最多在数十元人民币,一般消费类产品还是用不起的,工业产品就不太考虑成本了,但总体而言随着技术的进步尤其是半导体工艺水平的提高,芯片的成本在下降,而且如果未来国产芯片雄起,芯片的成本更将是难以想象。

这种昂贵的芯片主要是应用场合非常特殊,尤其是在可靠性上非常突出,而且有的也是因为年代太久远导致的成本高。

在运放的选型应用上我见过比较难受的是不分场合的随便用,几元的运放能胜任的还是用几十元的仪表运放,根本原因还是水平所限无法评估方案性能,可成本差的真不是一点,只不过工业品不差电子这点成本,只是看着难受。因此,我们对于运放的理解还是尽可能深一点,这样才能真正的提高技术能力,并且体现在硬件设计中。