淺析儀表放大器的發展與應用趨勢

發布：2018-12-18 | 點擊：人次

摘要：淺析儀表放大器的發展與應用趨勢資訊由優秀的流量計、流量儀生產報價廠家為您提供。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，而作為一種精密差分電壓放大器，儀表放大器在電子技術領域的應用場景也愈加的豐富。儀表放大器是一種高增益、直流。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是淺析儀表放大器的發展與應用趨勢文章詳情。

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，而作為一種精密差分電壓放大器，儀表放大器在電子技術領域的應用場景也愈加的豐富。

儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比等特點，適用于壓力或溫度測量等各種應用領域。它的主要作用包括信號放大和阻抗適配。利用差分小信號疊加在較大的共模信號之上的特性，儀表放大器能夠去除共模信號，而又同時將差分信號放大。其關鍵參數是共模抑制比，這個性能可以用來衡量差分增益與共模衰減之比。

在許多情況下，儀表放大器具有參考輸入引腳。在參考引腳上增加電壓會使輸出信號升高同等電壓。這樣就能簡單精確地將儀表放大器的輸出調整到ADC所需的輸入電平，從而可以使用ADC的完整輸入范圍，同時提高分辨率。在具有高共模信號的情況下，另一優勢是極為出色的共模抑制比和高精度。

然而，設計工程師在使用它們時，卻經常會出現不當使用的情形。具體來說，盡管現代儀表放大器具有優異的共模抑制CMR，但設計工程師必須限制總共模電壓及信號電壓，以避免放大器內部輸入緩衝的飽和。然而，設計工程師經常忽略此一要求。

其常見的應用問題多是由以下因素所引起的：以高阻抗源驅動儀表放大器的基準端；在增益很高的情況下，操作低供應電壓的儀表放大器電路；儀表放大器輸入端與交流耦合，但卻沒有提供直流對地的返回路徑；使用不匹配的RC輸入耦合元件。

滿足不同需求的不同拓樸結構

儀表放大器的內部架構各不相同，具體取決于儀表放大器的zui終應用目標和預定用途。每種架構相對于其它架構而言都有各自的優缺點。例如，傳統三運放儀表放大器會限制共模電壓范圍，因此不適合接地傳感應用。而且其共模抑制比(CMRR)受電阻器匹配要求限制。

另一方面，電流反饋拓樸結構提供與電阻器未匹配無關的CMRR，它可以具備接地傳感功能，而無需增加可能會產生大量噪聲的電荷泵。結合了自動歸零和斬波技術的電流反饋拓樸結構，在需要進行精確測量的應用領域具有極多優勢。

儀表放大器快速入門

儀表放大器是具有差分輸入和單端輸出的死循環增益電路區塊。儀表放大器一般還有一個基準輸入端，以便讓使用者可以對輸出電壓進行上或下的位準移位(level-shift)。使用者還可以一個或多個的內部或外部電阻來設定增益。

儀表放大器與運算放大器對比

對許多應用來說，要從噪聲、嗡嗡聲或直流偏移電壓背景中提取出微弱的信號，CMR特性非常重要。運算放大器和儀表放大器都具有某種CMR特性。但是，儀表放大器能阻止共模信號出現在放大器的輸出端。而運算放大器雖然也有CMR，但共模電壓通常會以單一增益(unity gain)，隨著信號傳送到輸出端。

大多數儀表放大器采用3個運算放大器排成兩級：一個由兩運放組成的前置放大器，后面跟一個差分放大器。前置放大器提供高輸入阻抗、低噪聲和增益。差分放大器抑制共模噪聲，還能在需要時提供一定的附加增益。

從發明至今，儀表放大器經歷了漫長的發展過程，zui初是采用兩運放和三運放大器的傳統儀表放大器，或者是簡單的差動差分放大器(DDA)。它們具有不同的拓樸結構，用于滿足來自各種不同應用領域的廣泛需求。

美國ADI 公司*個研制成功了單片集成儀表放大器。以AD620為例，絕對值的校準使用戶僅用一個電阻就能對增益進行校準，在G = 100 時準確度為0.15 %。單片結構和激光晶片修整技術使電路中的元件緊密匹配，并保證了該電路固有的高性能。

長期以來，為儀表放大器供電的傳統方法是采用雙電源或雙極性電源，這具有允許正負輸入擺幅和輸出擺幅的明顯優勢。隨著元器件技術的發展，單電源工作已經成為現代儀表放大器一個越來越有用的特性。現在許多數據采集系統都是采用低電壓單電源供電。

在經過多年的研發之后，儀表放大器形成了多種特點，如：高共模抑制比、高輸入阻抗。、低噪聲、低線性誤差、低失調電壓和失調電壓漂移、低輸入偏置電流和失調電流誤差、充裕的帶寬、具有“檢測”端和“參考”端，這也是我們辨識儀表放大器的重要標準和依據。

同時，隨著應用和數據轉換器中都使用低電壓對信號進行了數字化處理，CMOS工藝在儀表放大器領域有了較大的發展。基于CMOS工藝的儀表放大器，具有同等雙極和JFET儀表放大器所無法比擬的優點。

如今，隨著科學技術的發展，儀表放大器正廣泛應用于馬達控制、熱偶和橋式傳感器到電流傳感和醫療儀表應用(如ECG和EEG)等各類不同的市場。

據Databeans統計，放大器市場在2008年已經超過25億美元，而且全球市場預計將以每年8%的速度增長。縱觀半導體行業的信號鏈，現實世界中的溫度、壓力、濕度、速度、流量，聲音等模擬信號，要經過數字化處理，其中包括各式各樣的數據轉換器、各式各樣的數字信號處理器以及不可或缺電源治理芯片。其中，放大器基本處于信號鏈的zui前端，實施對模擬信號的處理。作為其中的一個重要分支，儀表放大器產業發展空間十分廣闊！

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