什么时候是仪表放大器(In-Amp)而不是运算放大器(Op-Amp)?


20

我已经看到了仪表放大器的许多不同配置,包括2个运算放大器版本。这个

在此处输入图片说明

也是之一。但这只是一个差分放大器,其前面是输入缓冲器。何时称其为仪表放大器,换句话说,它有什么特别之处,以至于它应该单独命名?


1
好问题。赞赏zebonaut的答案。但是,毕竟,这似乎是供应商营销的一个很好的借口,可以向大多数应用程序完全没有真正需求的设计师提供更多运维。

Answers:


24

“仪表放大器是一种精密的差分电压增益设备。” 这里重要的词之一是“获得”。运算放大器具有无限的增益(理论上),并且只能通过在其周围添加电路来获得定义的增益。通常,仅使用一个运算放大器时,至少一个输入会失去其极高的输入阻抗,因为需要外部电阻。

如果您需要两个(差分)输入同时具有很高的输入阻抗定义的增益,则可以使用您正在谈论的两个OpAmp-InAmp或您的图片显示的三个OpAmp-InAmp配置。线性技术公司(Linear Technology)或模拟设备(Analog Devices)等公司也提供现成的IC InAmp。

问题图片中的三个OpAmp-InAmp电路表明,两个OpAmp被用作缓冲器,在它们未连接的同相输入引脚(“ +”)上,它们仍然具有高阻抗。通过将它们的输出馈送到另一个运算放大器,上部同相输入(“ +”)成为反相输入(“-”),因为它已连接到第三运算放大器的反相(“-”)输入。较低的同相输入(“ +”)由于与第三运算放大器相连而保持同相。

与您的图片相比,常见的三个OpAmp-InAmps使用稍微不同的配置来仅使用一个电阻器来设置增益(对于完全集成的InAmps,则使用外部增益电阻器)。请参阅我提供的链接以获取更多详细信息。

使用三路运算放大器-InAmp时,两个差分输入具有非常高的输入阻抗(而使用常规的运算放大器只有一个输入具有如此高的输入阻抗),并且您可以很好地抑制公共-模式信号(也可以使用一个OpAmp实现),但要付出代价,即必须使用电阻将输入阻抗降低,才能将OpAmp转换为差动放大器。

两路运算放大器InAmp电路所需的零件较少,但代价是共模抑制比(CMRR)不太理想。

这是指向Analogs的Charles Kitchin和Lew Counts撰写的关于InAmps的非常好的书的链接,您可以在其中找到对所有这些问题的更深入的了解。


与简单的差分放大器相比,Federico原理图中的设置如何增加CMRR?
stevenvh 2011年

// @ stevenvh:不是。我只是试图澄清我的措辞,以包括这条信息。该设置所做的是在高CMRR差动放大器的输入中增加了高Z属性。
zebonaut 2011年

@stevenvh:共模噪声抑制要求电阻器匹配得非常好。如果使用带内置电阻器的单片仪表放大器,则电阻匹配可能比使用分立放大器和电阻器容易实现的更好。并不是说使用分立零件的设备不能做得非常精确,但是单片零件可以廉价地提供精度水平,这需要使用分立零件进行大量工作(可能还需要对单个零件进行校准)。
supercat

很高兴找到。我也一直怀疑并且仍然怀疑它有点营销名称或销售更多运算放大器的技巧

+1 Charles Kitchin和Lew Counts撰写的《仪表放大器设计人员指南》(第3版)是一本很好的书。恕我直言,非常值得一读前几章,即使是对于“数字人”也是如此。谢谢。
gbulmer 2014年

10

我同意Zebonaut所说的话,但是更简洁地说,这是我成为“乐器放大器”的标准:

  • 增益必须是有限的并且是已知的。有时增益是固定的,例如10倍或100倍。其他设备允许选择预设增益,或者提供电阻器或设置增益的东西。

  • 输入是差分的。共模抑制通常非常好,通常比使用运算放大器和分立器件要好得多。

  • 输入为高阻抗。您可以用一个运算放大器制成一个差分放大器,但是输入不再是高阻抗,其中一个由另一信号部分驱动。

  • 如果以“仪表放大器”芯片的形式出售,则全部集成在一个封装中。


最后一个条件是什么?这将使我的原理图(以及我遇到的其他许多原理图)不再是InAmps。
Federico Russo

1
@Fedrico是的,这有点误导。您可以从其他部分自己制作仪表放大器。我已经编辑了我的帖子。
奥林·拉斯洛普

1
芯片中的仪表放大器的行为有所不同,可能具有bipolair / JFET晶体管输入级来实现高增益。无论是电压噪声还是电流噪声,JFET / bipolair都不同。这部分的增益最高。末级(差分放大器)将类似。需要注意的是,单片解决方案更加精确:非常高的增益(可以购买高达10000x),更低的噪声,更高的CMRR和更小的电路板布局。
汉斯(Hans)

5

理想的运算放大器具有无限的输入阻抗无限的放大率。通过反馈,您可以将放大倍数设置为切合实际的水平,但这是以高输入阻抗为代价的。一个仪表放大器(仪表放大器)是一个差分放大器,其解决了这个。
仪表放大器有几种配置,这可能是最容易理解的:

在此处输入图片说明

×ΩΩ

在此处输入图片说明

[RG一种一世ñ

VØüŤ=1个+2[R[RG一种一世ñ×V2-V1个


4

仪表放大器是一种产生与两个高阻抗输入之间的电压差成比例的输出的器件。运算放大器是一种试图产生输出的设备,该输出将使两个(通常为高阻抗)输入之间的差为零。可以使用运算放大器和一些电阻来构建电路,该电路将产生与两个非高阻抗输入之间的差成比例的输出。也可以使用运算放大器来产生等于高阻抗输入的低阻抗输出。仪表放大器在概念上类似于一对运算放大器,后者将高阻抗输入信号转换为低阻抗输出,并馈入第三运算放大器,后者产生与这些缓冲信号之间的差成比例的输出。在实践中,

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.