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仪表放大器工程师指南

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标签: 仪表放大器

目录 

 

第I 章-仪表放大器的基本原理  ........................................................................................................................1-1  

前言.........................................................................................................................................................................1-1  

仪表放大器与运算放大器的区别是什么?  .......................................................................................................1-1 

  信号放大与CMR ...............................................................................................................................................1-1 

  运算放大器与仪表放大器的CMR比较 .........................................................................................................1-3 

差分放大器  ............................................................................................................................... ............................1-5  

在何处使用仪表放大器和差分放大器?.............................................................................................................1-5  

  数据采集 …............................................................................................................................. ..........................1-5 

  医用仪器 …............................................................................................................................. ..........................1-6 

  监测和控制电子设备 .......................................................................................................................................1-6 

  软件编程方面的应用 .......................................................................................................................................1-6 

  音频方面的应用 …............................................................................................................................. ..............1-6 

  高速信号调理 ...................................................................................................................................................1-6 

  视频方面的应用 …............................................................................................................................. ..............1-6 

  功率控制方面的应用 …............................................................................................................................. ......1-6 

仪表放大器的外部特性  ............................................................................................................................... ........1-6  

表征高品质仪表放大器的其它特性是什么?.....................................................................................................1-7  

  高AC(和DC)CMR ...........................................................................................................................................1-7 

  低失调电压和低失调电压漂移 .......................................................................................................................1-7 

  匹配的高输入阻抗 ...........................................................................................................................................1-8 

  低输入偏置电流和低失调电流误差 ...............................................................................................................1-8 

  低噪声 ...............................................................................................................................................................1-8 

  低非线性 ...........................................................................................................................................................1-8 

  增益选择方便 ...................................................................................................................................................1-8 

  充裕的带宽 .......................................................................................................................................................1-8 

  差分输入到单端输出的转换 ...........................................................................................................................1-9  

  R-R 输入和输出 ................................................................................................................................................1-9 

  电源与带宽、转换速率和噪声之间的关系 .....................................................................................................1-9 

 

第II 章一仪表放大器的内部原理  .....................................................................................................................2-1  

  单运放减法放大器提供的仪表放大器功能 .................................................................................................2-1 

  用输入缓冲器改进简单的减法放大器 ...........................................................................................................2-1 

  三运放仪表放大器 …………….......................................................................................................................2-2 

  三运放仪表放大器设计考虑 ...........................................................................................................................2-3  

  基本的双运放仪表放大器 ...............................................................................................................................2-4 

  双运放仪表放大器——单电源工作共模电压设计考虑 ...............................................................................2-5 

 

第III 章—单片仪表放大器  ................................................................................................................................3-1  

优于用运放构成的仪表放大器  ...............................................................................................................3-1  

  采用仪表放大器还是差分放大器?......... .......................................................................................................3-1 

单片仪表放大器设计——内部原理  

  高性能仪表放大器 ...........................................................................................................................................3-2 

  低成本仪表放大器 ...........................................................................................................................................3-5 

  引脚可设置精密增益仪表放大器 ...................................................................................................................3-6 

  自稳零仪表放大器 ...........................................................................................................................................3-8 

  固定增益(低漂移)仪表放大器 .....................................................................................................................3-16 

  单电源仪表放大器 ...................................................................................................................................3-17 

  低功耗、单电源仪表放大器 ...........................................................................................................................3-1 9 

  增益可设置仪表放大器 .................................................................................................................................3-20 

 

第IV章—单片差分放大器  ............................................................................................................................... ..4-1  

  差分放大器产品 .............................................................................................................................. ...............4-1 

  AD8205 差分放大器 .........................................................................................................................................4-3 

iii 

 

  增益调节 ...........................................................................................................................................................4-6 

  高频差分(接收器)放大器 ...............................................................................................................................4-9 

 

第V 章——仪表放大器的应用技巧  ...................................................................................................................5-1 

  双电源工作 .......................................................................................................................................................5-1 

  单电源工作 .......................................................................................................................................................5-1 

  低电压、单电源电路中对真正R-RIA 器件的需求 .........................................................................................5-1 

  电源旁路、退耦和稳定性问题 ........................................................................................................................5-1 

输入接地回路的重要性  ............................................................................................................................... ........5-2  

AC耦合单电源IA可时提供充裕的 

  输入和输出摆幅(“ 裕量” ).................................................................................................................5-3 

  阻容耦合元件的选择和匹配 ........................................................................................................................5-3 

  正确地驱动仪表放大器的参考输入端 ...........................................................................................................5-4 

电缆端接  ………………......................................................................................................................... ............5-5  

仪表放大器的输入保护基本原理  ..................................................................................................................5-5 

  防ESD 和DC过载的输入保护 ........................................................................................................................5-5 

  使用外接二极管的输入保护 .........................................................................................................................5-8 

  防ESD 和瞬态过载的输入保护 ......................................................................................................................5-9 

影响DC精度的设计问题  ………….......................................... ......................... ......................... ......... ........... ....5-9  

  针对最低限失调电压漂移的设计 ...................................................................................................................5-9 

  针对最低限增益漂移的设计 ...........................................................................................................................5-9  

  实用解决方案 .................................................................................................................................................5-11 

  方案1:采用优质的增益电阻  ........................................................................................................................5-11 

  方案2:采用固定增益的仪表放大器  ...........................................................................................................5-11 

RTI 和RTO误差  ............................................................................................................................... .................5-11 

  失调误差 ……………………………….........................................................................................................5-12 

  噪声误差 ……………………………….........................................................................................................5-12 

减小仪表放大器电路中的RFI 整流误差  .........................................................................................................5-12 

  设计实用的RFI 滤波器 ………………........................................ ......................... ......................... ................5-12 

  用试选法选择RFI 滤波器元件值 ..................................................................................................................5-14 

  具体的设计案例 ……………………….........................................................................................................5-15 

  用于AD620 系列仪表放大器的RFI 抑制电路 .............................................................................................5-15 

  用于微功耗仪表放大器的RFI 电路 …………..............................................................................................5-15 

  用于AD623 仪表放大器的RFI 滤波器 ……….............................................................................................5-16 

用于AD8555传感器放大器的RFI 滤波器  ......................................................................................................5-17  

  具有内置EMI/RFI 滤波的仪表放大器 .........................................................................................................5-17 

  采用X2Y 电容的共模滤波器 …………................ ......................... ......................... ......................... ......... ....5-19 

  用于仪表放大器RFI 滤波器的共模RF扼流圈 ............................................................................................5-20 

RFI 测试  …………………………………...................................... ......................... ......................... ..................5-21  

采用低通滤波器提高信噪比  ………….................................... ................. .................. ............................... .......5-21  

外部调节CMR和建立时间  ………………............................. ......................... ................................... .............5-23 

 

第VI章—仪表放大器与差分放大器的应用电路  .............................................................................................6-1  

真差分输出仪表放大器电路 …………………...............................................................................................6-1 

使用差分放大器测量高电压信号 ………………...............................................................................................6-1 

  精密电流源 .......................................................................................................................................................6-3 

  用于PID 回路的积分器 ...................................................................................................................................6-3 

  组合仪表放大器具有优良的高频CMR ..........................................................................................................6-3 

采用AC激励的应变计测量............................................................................................................................... ...6-5 

AD628 精密增益电路的应用  ............................................................................................................................... 6-6 

  为什么使用增益电路?............................................................................................................................... ......6-6 

  具有单极点LP滤波器的标准差分输入ADC缓冲器 ....................................................................................6-6 

  改变输出比例系数 ...........................................................................................................................................6-7 

  用一只外部电阻器将AD628 的增益设置在0.1以下......................................................................................6-7 

iv 

 

  具有双极点LP滤波的差分输入电路 .............................................................................................................6-8 

  用AD628 构造精密增益电路 ..........................................................................................................................6-9 

  用AD628 实现+10或-10精密增益电路 .................................................................................................6-9 

  用AD628 实现+11 精密增益电路 ...........................................................................................................6-10 

  用AD628 实现+1 精密增益电路 ............................................................................................................6-10 

  用前馈增加带宽提供-9.91 增益 .................................................................................................................6-11 

电流变送器抑制接地噪声  ............................................................................................................................... ..6-12  

大幅度模拟输入ADC接口  ............................................................................................................................... 6-13  

高速同相求和放大器  ............................................................................................................................... ..........6-15  

高电压监测电路  ............................................................................................................................... ..................6-16  

48 V 总线精密监测电路  ............................................................................................................................... ......6-17  

采用低端开关的高端电流检测  .........................................................................................................................6-18 

采用高端开关的高端电流检测  .........................................................................................................................6-19 

  电机控制 .........................................................................................................................................................6-19 

电桥应用  ............................................................................................................................... ..............................6-19  

  典型电桥电路 .................................................................................................................................................6-19 

  单电源数据采集系统 .....................................................................................................................................6-20 

  低压降双极性电桥驱动器 .............................................................................................................................6-20 

传感器接口的应用  ............................................................................................................................... ..............6-21  

心电图仪的信号处理............................................................................................................................... ........6-21  

远程负载检测技术  ............................................................................................................................... ..............6-24  

精密电压电流转换器  ............................................................................................................................... ........6-24  

电流传感器接口  ............................................................................................................................... ..................6-24  

低功耗仪表放大器的输出缓冲  .........................................................................................................................6-25 

4 mA~20 mA 单电源接收器  ............................................................................................................................6-2 6 

单电源热电偶放大器  ............................................................................................................................... ..........6-26  

专业音频产品  ............................................................................................................................... ......................6-26  

 

第VII章—仪表放大器与现代ADC匹配  ..........................................................................................................7-1  

  计算对ADC分辨率的要求 …………................ ......................... ......................... ......................... ..................7-1 

  ADI 公司仪表放大器与现代ADC匹配 ..........................................................................................................7-2 

  高速数据采集 ...................................................................................................................................................7-7 

  用于高速数据采集的仪表放大器电路 ...........................................................................................................7-8 

附录A—仪表放大器技术指标  ...........................................................................................................................A-1  

(A)技术指标( 工作条件) .............................................................................................................................A-3 

(B)CMR .........................................................................................................................................................A-3 

(C )AC CMR ..................................................................................................................................................A-3 

(D)失调电压  ...............................................................................................................................................A-3 

(E )输入偏置电流和失调电流  .....................................................................................................................A-4 

(F )工作电压范围  ..........................................................................................................................................A-4 

(G)静态电源电流  .........................................................................................................................................A-4 

(H)建立时间  .................................................................................................................................................A-5 

(I )增益  ..........................................................................................................................................................A-5 

(J)增益范围  ..................................................................................................................................................A-5 

(K)增益误差  .................................................................................................................................................A-5 

(L )非线性误差 ..........................................................................................................................................A-6 

(M)增益与温度的关系  ................................................................................................................................A-6 

(N)单电源仪表放大器的关键技术指标  .....................................................................................................A-6 

输入和输出电压摆幅 ......................................................................................................................................A-6 

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