为什么我的仪表放大器的增益是非线性的？

我将AD8226仪表放大器用作电路中的前置放大器，该电路使用微型燃料电池氧气传感器来测量气流中的氧气含量。前置放大器配置为单端供电模式，电源为5V。选择增益电阻使增益约为80。

然后，仪表放大器的输出将通过有源低通滤波器并到达微控制器的ADC，但我认为这与问题无关。此处讨论的所有内容都是在前置放大器输出端（图中的O2_PRE节点）悬空且仅连接至万用表的情况下完成的。

当用传感器测试该电路时，我发现增益是线性的，直到增益下降的某个点为止（该点约为20mV输入/1.6V输出）。

为了消除传感器的任何问题，我将传感器替换为由固定电阻和多匝线性电位器组成的分压器：

使用电阻器网络时，我观察到了同样的问题（有关仪表放大器输出的图示，请参见下文）。

为了进一步消除周围电路的任何问题，我使用我的bechtop电源作为VCC直接连接到AD8226。给电路看这里：

这显示了与该图中相同的行为：

（“主板”指的是使用分压器驱动原始电路时的输出，“面包板”的增益略低，因为我使用了630R增益电阻器）

AD8226数据手册在单端模式下将输出电压摆幅指定为0.1 V至+ VS-0.1V。我正在测量输出到高质量万用表（即高阻抗）中的输出，尽管当我添加20 K的负载电阻时确实观察到了相同的结果。我用多个AD8226器件重复了该结果。

有人可以解释为什么鉴于我似乎一直处于输出限值之内，所以增益会在〜20 mV的差分输入之上下降？

最有可能是违反共模电压的情况。参见数据表的图15。不幸的是，它并没有为您提供单个电源的限制，而是向您展示了共模和输出电压限制是紧密相连的。

可能解决您的问题的措施：

• 使用双电源。
• 将输入提升到地面以上。
• 使用较低的增益设置。

编辑：

正如Dave Tweed指出的，数据手册确实提供了有关单电源的共模和输出电压范围的信息。请参见数据表第10页上的图13（您的情况是蓝色三角形区域）。您的共模输入实际上是接地的，因此一旦您的输出超过约0.7 V，就会超过该限制，并且您的设备将无法正常工作。即使将Vref更改为2.5 V，也会发生这种情况：对于地的共模输入电压无效，输出限制为3.2V。