常用仪表放大器详解
仪表放大器在信号处理系统中主要用于放大电压信号，其应用广泛且至关重要。
一、OP07 基本放大电路
OP07 是一款常见的运算放大器，可构成基本放大电路。例如，当电阻 RI33 为 68kΩ，RI34 为 2kΩ 时，放大倍数 G=RI33/RI34=68/2=34。
二、三运放仪表放大器
三运放仪表放大器具有独特设计。第一级电路使共模信号有效通过而无放大或衰减，第二级差动放大器去除共模信号。虽然电阻匹配未改善，但系统有效共模抑制能力增强。
实际应用注意事项
第一级必须提供增益。
系统的共模抑制不取决于前两个放大器的共模抑制比性能，而取决于两个共模抑制的匹配程度。由于双运算放大器不提供这一指标，选择时要求 CMRR 性能指标比目标性能至少好 6dB。
若电阻器存在对地泄露通路，CMRR 指标会降低。
仪表放大器前面的元件设计要平衡。若同相通路和反相通路的低通滤波器截止频率不同，系统 CMRR 特性会随频率升高而降低。
对于第一级，每个运算放大器保持两个电压输入端电压相同。图中 R4 两端差分电压应与两个输入端电压相同，此电压产生电流流过 R3，形成放大器增益。
常见问题
该结构放大差分信号并去除共模信号。两级间中间节点承载约一半差分信号加共模信号，需确保其处于运放工作范围内。若改变输入电压共模成分出现饱和现象，应检查此处。
高增益设置使 R4 很小，差分电压大时，R4 上电流也大，需检查对系统的影响。
反馈通路走线要短，过大电容会使高频时共模抑制比性能降低。
三、两运放仪表放大器
若无需三运放结构的高性能，可采用两运放结构，其优点是结构简单，仅需两个运算放大器和四个电阻器，在能耗方面更低。
与三运放结构相比，两运放仪表放大器性能稍差。其共模抑制比对电阻器阻值变化的灵敏度略高于差分放大器结构。最坏情况下，0.1% 电阻器匹配条件下 CMRR 为 50.5dB，且不随增益增加而改善。由于通路不平衡，同相通路信号频率响应与反相通路不同，反相通路存在相位延迟，压摆率和带宽特性也不同，噪声性能较差。
常见问题
第一级输出电压是放大后的输入电压（含共模电压），需关注其电压值。
CMRR 对电阻匹配极为敏感，需注重电阻器匹配。
高频性能方面，差动放大器结构简单，但输入阻抗、噪声和 CMRR 性能较差；三运放仪表放大器第一级提供高输入阻抗，引入增益还可提高噪声和 CMRR 性能；两运放结构虽简单且输入阻抗高，但噪声和 CMRR 性能无法随增益增加而改善。
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