儀表放大器與運算放大器的區別是什麼?
2020-12-05 電子產品世界
儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環增益單元。大多數情況下，儀表放大器的兩個輸入端阻抗平衡並且阻值很高，典型值≥109 Ω。其輸入偏置電流也應很低，典型值為 1 nA至 50 nA。與運算放大器一樣，其輸出阻抗很低，在低頻段通常僅有幾毫歐(mΩ)。運算放大器的閉環增益是由其反向輸入端和輸出端之間連接的外部電阻決定。與放大器不同的是，儀表放大器使用一個內部反饋電阻網絡，它與其信號輸入端隔離 。對儀表放大器的兩個差分輸入端施加輸入信號，其增益既可由內部預置，也可由用戶通過引腳連接一個內部或者外部增益電阻器設置，該增益電阻器也與信號輸入端隔離。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/281871.htm專用的儀表放大器價格通常比較貴，於是我們就想能否用普通的運放組成儀表放大器?答案是肯定的。使用三個普通運放就可以組成一個儀用放大器。電路如下圖所示：
輸出電壓表達式如圖中所示。
看到這裡大家可能會問上述表達式是如何導出的? 為何上述電路可以實現儀表放大器?下面我們就將探討這些問題。在此之前，我們先來看如下我們很熟悉的差分電路：
如果R1 = R3，R2 = R4，則VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1)
這一電路提供了儀表放大器功能，即放大差分信號的同時抑制共模信號，但它也有些缺陷。首先，同相輸入端和反相輸入端阻抗相當低而且不相等。在這一例子中VIN1反相輸入阻抗等於 100 kΩ，而VIN2同相輸入阻抗等於反相輸入阻抗的兩倍，即200 kΩ。因此，當電壓施加到一個輸入端而另一端接地時，差分電流將會根據輸入端接收的施加電壓而流入。(這種源阻抗的不平衡會降低電路的CMRR。)
另外，這一電路要求電阻對R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否則，每個輸入端的增益會有差異，直接影響共模抑制。例如，當增益等於 1 時，所有電阻值必須相等，在這些電阻器中只要有一隻電 阻 值 有 0.1% 失 配 ， 其CMR便 下 降 到 66 dB(2000:1)。同樣，如果源阻抗有 100 Ω的不平衡將使CMR下降 6 dB。
為解決上述問題，我們在運放的正負輸入端都加上電壓跟隨器以提高輸入阻抗。如下圖所示：
以上前置的兩個運放作為電壓跟隨器使用，我們現在改為同相放大器，電路如下所示：
輸出電壓表達式如上圖所示。上圖所示的電路增加增益(A1 和 A2)時，它對差分信號增加相同的增益，也對共模信號增加相同的增益。也就是說，上述電路相對於原電路共模抑制比並沒有增加。
下面，要開始最巧妙的變化了!看電路先：
這種標準的三運放儀表放大器電路是對帶緩衝減法器電路巧妙的改進。像前面的電路一樣，上圖中A1 和A2 運算放大器緩衝輸入電壓。然而，在這種結構中，單個增益電阻器RG連接在兩個輸入緩衝器的求和點之間，取代了帶緩衝減法器電路的R6和R7。由於每個放大器求和點的電壓等於施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個差分輸入電壓現在都呈現在RG兩端。因為輸入電壓經過放大後(在A1 和A2的輸出端)的差分電壓呈現在R5，RG和R6這三隻電阻上，所以差分增益可以通過僅改變RG進行調整。
這種連接有另外一個優點：一旦這個減法器電路的增益用比率匹配的電阻器設定後，在改變增益時不再對電阻匹配有任何要求。如果R5 = R6，R1= R3和R2 = R4，則VOUT = (VIN2-VIN1)(1+2R5/RG)(R2/R1)由於RG兩端的電壓等於VIN，所以流過RG的電流等於VIN/RG，因此輸入信號將通過A1 和A2 獲得增益並得到放大。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位，從而不會在RG上產生電流。由於沒有電流流過RG(也就無電流流過R5和R6)，放大器A1 和A2 將作為單位增益跟隨器而工作。因此，共模信號將以單位增益通過輸入緩衝器，而差分電壓將按〔1+(2 RF/RG)〕的增益係數被放大。這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來的差分電路增大了〔1+(2 RF/RG)〕倍!
在理論上表明，用戶可以得到所要求的前端增益(由RG來決定)，而不增加共模增益和誤差，即差分信號將按增益成比例增加，而共模誤差則不然，所以比率〔增益(差分輸入電壓)/(共模誤差電壓)〕將增大。因此CMR理論上直接與增益成比例增加，這是一個非常有用的特性。
最後，由於結構上的對稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級的減法器消除。這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差。上述這些特性便是這種三運放結構得到廣泛應用的解釋。
到這裡，我們導出了這個經典電路的;來龍去脈： 差分放大器-->前置電壓跟隨器-->電壓跟隨器變為同相放大器-->三運放組成的儀用放大器。
相關焦點
-
儀表放大器和運算放大器優缺點對比
什麼是儀表放大器 這是一個特殊的差動放大器，具有超高輸入阻抗，極其良好的CMRR，低輸入偏移，低輸出阻抗，能放大那些在共模電壓下的信號。 隨著電子技術的飛速發展，運算放大電路也得到廣泛的應用。儀表放大器是一種精密差分電壓放大器，它源於運算放大器，且優於運算放大器。 -
比較器和運算放大器有什麼區別
打開APP 比較器和運算放大器有什麼區別 英銳恩 發表於 2020-06-09 09:12:17 比較器和運算放大器是模擬電路設計中經常使用的電路，常用於模擬IC的基本電路中，例如：電流鏡電路、恆流電路和運算放大器電路。 -
運算放大器和比較器有什麼區別
打開APP 運算放大器和比較器有什麼區別 電工之家 發表於 2020-04-04 15:49:00 因為從外觀看兩者長發非常相似，以至於有很多初學者會經常混淆兩者究竟是運算放大器還是比較器，現分享一下兩者的區別。 -
什麼是運算放大器
運算放大器（Operational Amplifier，簡稱OP、OPA、OPAMP、運放）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名「運算放大器」。 -
運算放大器裡面是什麼
運算放大器裡面是什麼 姚遠香 發表於 2018-08-16 15:59:36 運算放大器種類 -
電阻的放大器與分立差動放大器有什麼區別
打開APP 電阻的放大器與分立差動放大器有什麼區別 發表於 2019-06-22 10:17:36 經典的分立差動放大器設計非常簡單 -
什麼是運算放大器?
許多教材和參考指南將運算放大器（運放）定義為可以執行各種功能或操作（如放大、加法和減法）的專用集成電路（IC）。雖然我同意這個定義，但仍需注重晶片的輸入引腳的電壓。7NCednc當輸入電壓相等時，運算放大器通常在線性範圍內工作，而運算放大器正是在線性範圍內準確地執行上述功能。 -
運算放大器的作用(運算放大器的實際應用)
運算放大器（簡稱「運放」）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數學運算的結果。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名「運算放大器」。 -
運算放大器同相放大和反相放大的區別
電子電路中的運算放大器，有同相輸入端和反相輸入端，輸入端的極性和輸出端是同一極性的就是同相放大器，而輸入端的極性和輸出端相反極性的則稱為反相放大器。 -
運算放大器的類型有哪些
按照集成運算放大器的參數來分,集成運算放大器可分為如下幾類。 1．通用型運算放大器 通用型運算放大器就是以通用為目的而設計的。它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。 2．高阻型運算放大器 這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點,用場效應管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優點,但輸入失調電壓較大。 -
運算放大器的噪聲
問：有關運算放大器的噪聲我應該知道些什麼?本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/179279.htm答：首先，必須注意到運算放大器及其電路中元器件本身產生的噪聲與外界幹擾或無用信號並且在放大器的某一端產生的電壓或電流噪聲或其相關電路產生的噪聲之間的區別。 -
運算放大器中如何放大倍數的電路單元
為了區別起見，a端和b 端分別用"-"和"+"號標出，但不要將它們誤認為電壓參考方向的正負極性。電壓的正負極性應另外標出或用箭頭表示。反轉放大器和非反轉放大器如下圖： 一般可將運放簡單地視為：具有一個信號輸出埠(Out)和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可採用運放製作同相、反相及差分放大器。 運放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。 -
儀表放大器共模範圍:鑽石圖
簡介對於運算放大器，確定裕量限值是很簡單的。設計人員只需考慮兩個限制：輸入共模電壓範圍和輸出電壓擺幅。然而，確定儀表放大器的裕量限值則較為複雜。最常見的儀表放大器架構是集合兩到三個運算放大器，每個運算放大器都有自己的輸入和輸出範圍。 -
運算放大器的分類與運算放大器在使用中的注意事項
運算放大器（常簡稱為「運放」）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名「運算放大器」，此名稱一直延續至今。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現，也可以實現在半導體晶片當中。隨著半導體技術的發展，如今絕大部分的運放是以單片的形式存在。 -
儀表放大器的特點和電路設計原理
低噪聲 由於儀表放大器必須能夠處理非常低的輸入電壓,因此儀表放大器不能把自身的噪聲加到信號上,在1 kHz 條件下,折合到輸入端的輸入噪聲要求小於10 nV/ Hz.低線性誤差 輸入失調和比例係數誤差能通過外部的調整來修正,但是線性誤差是器件固有缺陷,它不能由外部調整來消除。 -
運算放大器的作用
接下來我們就看一下運算放大器的作用到底有哪些吧。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/271510.htm 運算放大器，簡稱運放，是具有很高放大倍數的電路單元。運算放大器是運用得非常廣泛的一種線性集成電路。 -
如何判別運算放大器的好壞
理想運算放大器具有「虛短」和「虛斷」的特性，這兩個特性對分析線性運放電路十分有用。為了保證線性運用，運放必須在閉環狀態下以負反饋工作(如果沒有負反饋，開環放大下的運放成為一個比較器)。因此要判斷器件的好壞，首先應分清楚運放在電路中是做放大器用還是做比較器用。 -
運算放大器是個什麼鬼?
通過之前的分享我們知道前置放大電路的作用是對音源輸入的聲音電信號進行放大，使其滿足後續處理的要求。在我們學過的元件中，三極體可以完成信號放大的要求，但由於其存在設計複雜、放大精度不易控制、放大增益較小等缺點，無法滿足音箱設計中低噪聲、高放大精度、高放大增益的要求，因此在實際的多媒體音箱中，我們使用運算放大器來擔任前置放大的任務。運算放大器是一種很常見的集成電路，其將若干個三極體、電阻、電容等元件集成到一個很小的晶片中，以特定的電路形式來完成放大任務。 -
什麼原因毀掉了運算放大器?
為闡明如何才能對EOS事件追根溯源，在此用一個實例說明我們是如何幫助一位用戶辯認兩種運算放大器(op amps)的失效原因的。初步、檢查第一種運算放大器OP1遭到一個大型的EOS事件，其許多電路部件受到損壞。第二種運算放大器OP2的情形是EOS事件只損壞了一隻薄膜電阻器。 -
集成運算放大器的特點是什麼
什麼是集成運算放大器 集成運算放大器（Integrated Operational Amplifier）簡稱集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。 集成運算放大器的組成及功能 集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合放大器，主要由輸入、中間、輸出三部分組成。輸入部分是差動放大電路，有同相和反相兩個輸入端；前者的電壓變化和輸出端的電壓變化方向一致，後者則相反。中間部分提供高電壓放大倍數，經輸出部分傳到負載。它的引出端子和功能如圖所示。