仪表放大器在传感器信号调理电路中的应用

仪表器是一种高增益、直流涡合放大器，它具有差分输人、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点。差分放大器和仪表放大器所采用的基础部件(运算放大器)基本相同，它们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。

标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；而差分放大器和仪表放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比(CMR)。它们通常不需要外部反馈网络。

仪表放大器是一种具有差分输人和其输出相对于参考端为单端输出的闭环增益单元。输入阻抗呈现为对称阻抗且具有大的数值(通常为109或更大)。与由接在反向输人端和输出端之间的外部电阻决定的闭环增益运算放大器不同，仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络。利用加到两个差分输人端的输人信号，增益或是从内部预置，或是通过也与信号输入端隔离的内部或外部增益电阻器由用户设置。典型仪表放大器的增益设置范围为1~1000。

仪表放大器的特点如下：

（1）高共模抑制比

共模抑制比(CMRR)则是差模增益(Ad)与共模增益(Ac)之比，即：CMRR=20lg|Ad/Ac|dB;仪表放大器具有很高的共模抑制比，CMRR典型值为70-100dB以上。

(2)高输入阻抗

要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗，仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗都很高而且相互十分平衡，其典型值为109一1012Ω低噪声由于仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压，因此仪表放大器不能把自身的噪声加到信号上，在1kHz条件下，折合到输入端的输入噪声要求小于10nV/Hz。

（3）低线性误差

输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正，但是线性误差是器件固有缺陷，他不能由外部调整来消除。一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为0.01％，有的甚至低于0.0001％。

（4)低失调电压和失调电压漂移

仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成，输入和输出失调电压典型值分别为10μV和2mV。

（5）低输入偏置电流和失调电流误差

双极型输入运算放大器的基极电流，FET型输入运算放大器的栅极电流，这个偏置电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差。双极型输人仪表放大器的偏置电流典型值为1nA一50pA;而FET输入的仪表放大器在常温下的偏置电流典型值为50pA。

（6）充裕的带宽

仪表放大器为特定的应用提供了足够的带宽，典型的单位增益小信号带宽在50kHz一4MHz之间。具有“检测”端和“参考”端仪表放大器的独特之处还在于带有“检测”端和“参考”端，允许远距离检测输出电压而内部电阻压降和地线压降(IR)的影响可减至最小。

为了有效地工作，要求仪表放大器不仅能放大微伏级信号，而且还能抑制其输入端的共模信号。这就要求仪表放大器具有很大的共模抑制(CMR):典型的CMR值为70-l00dB。当增益提高时，CMR通常还能获得改善。