儀表放大器放大倍數(shù)分析

儀表放大器是一種非常特殊的精密差分電壓放大器，它的主要特點是采用差分輸入、具有很高的輸入阻抗和共模抑制比，能夠有效放大在共模電壓干擾下的信號。本文簡單分析一下三運放儀表放大器的放大倍數(shù)。

一、放大倍數(shù)理論分析

三運放儀表放大器的電路結構如下圖所示，可以將整個電路分為兩級：第一級為兩個同相比例運算電路，第二級為差分運算電路。

1、第一級電路分析

根據(jù)運放的虛短可以得到：

同時根據(jù)虛斷可以得到流經(jīng)電阻R1、R2、R3的電流近似相等，記為I。

易知

此時可以得到

因此，第一級電路的電壓放大倍數(shù)

值得注意的是，該放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)。

當輸入信號為共模信號時，

因此，流經(jīng)電阻R3的電流

此時兩個運放相當于兩個電壓跟隨器，因此其共模增益為1。

根據(jù)上述分析可以得到：

（1）輸入端的兩個同相比例運算電路可以提高整個電路的輸入阻抗；

（2）差模增益可調(diào)，共模增益始終為1，提高差模增益可以提高共模抑制比。

2、第二級電路分析

假設R4=R5、R6=R7，此時根據(jù)差分放大電路的放大倍數(shù)計算公式可以得到第二級電路的差模放大倍數(shù)

因此該儀表放大器的差模放大倍數(shù)

二、仿真分析

令電阻R1=20kΩ，R2=R3=R4=R5=R6=R7=10kΩ，在電路的兩端輸入頻率為10Hz，直流分量為1V，峰峰值為200mV，相位相差180°的兩路正弦信號。根據(jù)上述理論分析可得，第一級電路的差模放大倍數(shù)為2，共模放大倍數(shù)為1；整個電路的放大倍數(shù)為2。

1、觀察第一級電路的輸入與輸出波形，即（V2-V1）與（Vo2-Vo1）的波形，可以看出，第一級電路的放大倍數(shù)近似為2，符合上述理論計算。

2、觀察第一級電路的單端輸入輸出波形，即V1與Vo1的波形，可以看出，輸入共模信號為1V，輸出共模信號仍為1V，共模增益為1，與理論分析相符。

3、觀察整個電路的傳遞函數(shù)，可以看出，整個電路的放大倍數(shù)近似為2，符合理論計算，同時根據(jù)仿真結果也可以看出，儀表放大器具有很大的輸入阻抗，其輸出阻抗則很小。

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