儀表放大器的特點和電路設計原理

儀表放大器是在三運放電路的基礎上發展起來的,由場效應晶體管( FET) 或雙極型輸入的運算放大器構成。美國ADI 公司第1 個研制成功了單片集成儀表放大器。以AD620為例,其電路原理圖如圖1 所示。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。該電路輸入三級管Q1 和Q2 提供了高精度單差分增益前端, 通過Q1 -A1 - RL 環路和Q2 -A2 - R2 環路的反饋使輸入元件Q1,Q2 的集電極電流恒定,由此使輸入電壓加至外接的增益設置電阻RG 上, 從而產生了一個從輸入端到A 1/ A 2 輸出端的差分增益, G = ( R1 + R2) / RG +1. 單位增益減法器A3 消除了任何共模信號,并產生一個相對于“參考”端電位的單端輸出。RG 的值也決定前置放大級的跨導。為了提高增益,隨著RG 值的減少,前置放大器的跨導逐漸增加到相應輸入三級管的跨導。這有3 個好處:1) 隨著設置增益的增加,開環增益也隨之增加,從而降低了增益相對誤差;2) 增益帶寬(由C1 , C2 和前置放大器跨導決定) 隨設置增益增加而增加, 從而優化了頻率響應特性;3) 輸入電壓噪聲降至9 nV/Hz ,該值主要由輸入部分的集電極電流和基極電阻決定。AD620的內部增益電阻( R1 和R2) 被精確校準到24. 7 kΩ, 從而使只用一個外接電阻來準確地設定增益。增益公式為G = (49. 4 kΩ/ RG) + 1

即RG = 49.4kΩ/(G - 1)。根據該公式設計者很容易計算出放大器增益電阻RG 的值。