仪表放大器。工作原理，应用，优点

仪表放大器(In-Amp)是所有测量仪器和测试设备的基本部件。仪表放大器是一种差分放大器，具有较高的共模抑制。仪表放大器以集成电路形式提供，也可以使用运算放大器和电阻，它们具有非常低的公差值，称为精密电阻。这篇文章将让你更好地了解什么是仪表放大器，它的工作原理，应用，优缺点。

什么是仪表放大器

仪表放大器主要用于放大小的差分信号。仪表放大器提供了共模抑制(CMR)最重要的功能。它抵消了在两个输入端有相同电位的任何信号。输入之间有电位差的信号被放大。

仪表放大器(In-Amp)用于接收低频信号(1mhz)，以提供大量增益。它放大输入信号，拒绝输入信号中存在的共模噪声。

图1 -仪表放大器简介

基本上，典型的仪表放大器配置由三个运算放大器和几个电阻组成。为了达到最高的CMRR(共模抑制比)，使用高精度电阻(0.1%的公差或更好)。

下面的图2显示了IC, AD620 In-Amp(仪表放大器)的引脚配置和物理视图。这已经成为业界标准，高性能，低成本的功放。它是完全单片可在8引脚DIP和SOIC封装。使用单个外部电阻，用户可以获得从1到1000的任何所需增益。根据设计，增益为10和100的固定电阻值是标准的1%金属薄膜电阻值。

图2 - (a)引脚配置(b) AD620仪表放大器

仪表放大器的工作原理

下面的图3表示了使用两个运放的仪表放大器的配置，其中V1和V2是输入电压，V01, Vo2分别是运放1和运放2的输出电压。R1, R2, R3是电阻，仪表放大器的输出级是差分放大器，其输出V_出是输入信号放大后的差值。

两个缓冲运放的输入不产生电流，因此Rg上的压降与差压V1和V2成正比。这产生了一个电流，完全通过电阻R和产生的电压作为输入差分放大器或减速器电路。

除Rg外的所有电阻都相等。Rg可以是连接IC的两个引脚的外部电阻。如果引脚没有连接，则放大器的增益为1，但最好通过连接一个相关值的电阻来获得不同的增益。或者，可以在芯片上制造多个电阻，以获得1,10,100和1000的增益。

图3 -仪表放大器配置

与运放电路类似，仪表放大器的输入缓冲放大器(运放1和运放2)以单位增益传递共模信号。信号被两个缓冲器放大。两个缓冲器的输出信号连接到仪表放大器的减速器部分。差分信号以低增益或单位放大，共模电压衰减。

节点A处的电势是输入电压V的反转₁．从虚短的概念来看，节点B和G的电势也是V₁．节点D处的电势为非反向输入电压V₂．因此C和H点的电势也是V₂．

电流I通过电阻R₁, R_获得和R₁保持不变，理想情况下输入级运算放大器的电流为零。

在节点E和F之间应用欧姆定律

I = (v_o1群- v_o2) / (R₁+ R_获得+ R₁）

I = (v_o1群- v_o2) / (2 r₁+ R_获得）

由于运算放大器1和2的输入端没有电流，所以节点G和H之间的电流I可以表示为:

I = (v_G- v_H) / R_获得= (V₁- v₂) / R_获得

差分放大器的输出由:-给出

V_o= (R_3./ R₂) (V_o1群- v_o2）

从理论上讲，这意味着终端用户可以在不增加共模增益和误差的情况下获得所需的前端增益。也就是说，差分信号将随着增益的增加而增加，因此CMRR与增益成正比。

仪表放大器的应用

仪表放大器的应用有:

• 它们被广泛应用于生物医学，如心电图和脑电图。
• 仪表放大器用于长期稳定是必不可少的，如工业应用，包括自动化。
• 仪表放大器与称重系统中的压力传感器相结合，以监测各种物理量，如重量、力、压力、位移和扭矩。
• 它们被用于游戏行业。
• 仪表放大器也用于手持电池。

仪表放大器的优点

仪表放大器的优点是:

• 偏移电压最小化。
• 电压增益高，因为配置使用高精度电阻。
• 电路的增益可以通过电阻器的特定值来改变。
• 非线性非常低。这是设备固有的性能限制，不能通过外部调整来消除，只能由制造商自行设计。
• 输入阻抗非常高，以避免输入信号源负载下降，输出阻抗非常低。
• 共模抑制非常高。

仪表放大器的缺点

仪表放大器的最大缺点是用于远距离传输时产生噪声

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