TI-INA121放大器介紹

最近在忙著研究微小電壓放大功能，想起來(lái)好像很久沒(méi)有寫(xiě)東西了。接觸了幾個(gè)放大器都是TI的，因?yàn)槲也皇菍W(xué)電子的，所以放大器這種東西還是比較陌生的，不過(guò)已經(jīng)從一竅不通到稍微不堵的情況了。

讓我們來(lái)先看一個(gè)FET的放大器

在TI的產(chǎn)線的上面有

好像還是沒(méi)有說(shuō)明白什么是儀表放大器，那我換個(gè)說(shuō)法~

（英語(yǔ)：instrumentation amplifier或稱(chēng)精密放大器簡(jiǎn)稱(chēng)INA，也就是TI對(duì)應(yīng)的一些放大器的名字），屬于差分放大器的一種改良，具有輸入緩沖器。

主要用于放大小差分信號(hào)，儀表放大器提供最重要的共模抑制 (CMR) 功能。它消除了在兩個(gè)輸入上具有相同電位的任何信號(hào)。輸入之間具有電位差的信號(hào)被放大。

儀表放大器 (In-Amp) 用于低頻信號(hào) (<1 MHz) 以提供大量增益。它放大輸入信號(hào)，抑制輸入信號(hào)中存在的共模噪聲。

不需要輸入阻抗匹配，使放大器適用于測(cè)量以及電子儀器上，也就是說(shuō)常用于需要高增益精度和高直流精度的場(chǎng)合。

在數(shù)據(jù)采集、傳感器信號(hào)放大（測(cè)試測(cè)量和實(shí)驗(yàn)儀器）、高速信號(hào)調(diào)節(jié)、醫(yī)療儀器和高檔音響設(shè)備等方面倍受青睞，但這類(lèi)器件成本較高。而電流檢測(cè)放大器價(jià)格便宜，能夠處理較高的共模電壓，部分特性與儀表放大器類(lèi)似，因而，在某些應(yīng)用中，比如從-48V-+5V電源變換器中，可以用電流檢測(cè)放大器替代儀表放大器。

儀表放大器通常用于放大低電平信號(hào)，抑制噪聲和干擾信號(hào)。一個(gè)好的儀表放大器必須滿足以下規(guī)格：

1、有限、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的增益

由于儀表放大器需要放大來(lái)自換能器設(shè)備得非常低電平的信號(hào)，因此高和有限增益是基本要求，增益還需要準(zhǔn)確，閉環(huán)增益必須穩(wěn)定。

2、更容易的增益調(diào)整

除了有限和穩(wěn)定的增益外，增益因子在規(guī)定的值范圍內(nèi)的變化也是必要的。增益調(diào)整必須更容易和精確。

3、高輸入阻抗

為避免輸入源負(fù)載，儀表放大器的輸入阻抗必須非常高（理想情況下是無(wú)限大）。

4、低輸出阻抗

好的儀表放大器的輸出阻抗必須非常低（理想情況下為零），以避免對(duì)下一級(jí)直接產(chǎn)生負(fù)載影響。

5、高 CMRR

當(dāng)通過(guò)長(zhǎng)線傳輸時(shí)，傳感器的輸出通常包含共模信號(hào)。一個(gè)好的儀表放大器必須只放大差分輸入，完全抑制共模輸入。因此，儀表放大器的 CMRR 在理想情況下必須是無(wú)限的。

6、高擺率

儀表放大器的擺率必須盡可能高，以提供最大的不失真輸出電壓擺幅。

什么是輸入阻抗？

輸入阻抗跟一個(gè)普通的電抗元件沒(méi)什么兩樣，它反映了對(duì)電流阻礙作用的大小。對(duì)于電壓驅(qū)動(dòng)的電路，輸入阻抗越大，則對(duì)電壓源的負(fù)載就越輕，因而就越容易驅(qū)動(dòng)，也不會(huì)對(duì)信號(hào)源有影響；而對(duì)于電流驅(qū)動(dòng)型的電路，輸入阻抗越小，則對(duì)電流源的負(fù)載就越輕。

因此，我們可以這樣認(rèn)為：如果是用電壓源來(lái)驅(qū)動(dòng)的，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來(lái)驅(qū)動(dòng)的，則阻抗越小越好

（注：只適合于低頻電路）

什么是雙極性電源？

這個(gè)是我找到的最好的雙電源示意圖

當(dāng)電流或電壓的差值較小并且需要進(jìn)行精確測(cè)量時(shí)，就需要使用低輸入偏置電流運(yùn)算放大器。使用這些運(yùn)算放大器時(shí)，放大器的輸入不會(huì)淹沒(méi)信號(hào)。低輸入偏置電流運(yùn)算放大器在與傳感器接口的應(yīng)用中，如光電二極管、pH計(jì)或其他靜電計(jì)及下游電子產(chǎn)品。

已經(jīng)在我的購(gòu)物車(chē)了

首先大類(lèi)還是放大器，儀表放大器具有很高的輸入抗阻性。這是所有的儀表放大器都不需要具有的一項(xiàng)特點(diǎn)。

1，它的 高輸入抗阻性與反向輸入端的抗阻性都十分的高 ，這樣才能起到相互制約平衡的作用。而且，不需要輸入阻抗匹配。直接懟上來(lái)就好了。

2、儀表放大器它的用處是使用來(lái)處理相對(duì)來(lái)說(shuō) 非常低的輸入電壓 , 所以在運(yùn)行的時(shí)候它的自身所帶的噪音不能夠過(guò)高，并且不能將噪音帶到信號(hào)上。所以它的噪音就十分的低。

3、儀表放大器它具有十分低的輸入偏置電流，而且它的失調(diào)電流誤差也是很低。并且一個(gè)高質(zhì)量的儀表放大器它的線性誤差也是非常小的。

4、儀表放大器它之所以能夠使用在如此之多的電路當(dāng)中，是因?yàn)樗哂衅洫?dú)特之處，也就是它自身就帶有檢測(cè)端以及參考端，儀表放大器它是可以允許遠(yuǎn)距離的進(jìn)行電壓的輸出并且內(nèi)部的電阻壓降以及地線壓降( IR) 的影響是可以被減小到最小處。

這個(gè)就是放大器內(nèi)部的框圖了，可以看到是三個(gè)放大器

典型的儀表放大器配置由三個(gè)運(yùn)算放大器和幾個(gè)電阻組成。為了實(shí)現(xiàn)最高的 CMRR（共模抑制比），使用了高精度電阻（0.1 % 容差或更好）。這里可以看我的下一個(gè)文章說(shuō)的CMRR的意思。

它主要由兩級(jí)差分放大器電路構(gòu)成。其中，運(yùn)放A1，A2為同相差分輸入方式，同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對(duì)微弱輸入信號(hào)的衰減；差分輸入可以使電路只對(duì)差模信號(hào)放大，而對(duì)共模輸入信號(hào)只起跟隨作用，使得送到后級(jí)的差模信號(hào)與共模信號(hào)的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。

這樣在以運(yùn)放A3為核心部件組成的差分放大電路中，在CMRR要求不變情況下，可明顯降低對(duì)電阻R3和R4，Rf和R5（方框內(nèi)的兩個(gè)25k歐，中間的兩個(gè)40k歐的電阻，A3上面的電阻）的精度匹配要求，從而使儀表放大器電路比簡(jiǎn)單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的條件下，電路的增益為：G=(1+2R1/Rg)Rf/R3。由公式可見(jiàn)，電路增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變Rg阻值實(shí)現(xiàn)。