儀表運(yùn)放AD使用總結(jié)

1、在一般信號(hào)放大的應(yīng)用中通常只要透過(guò)差動(dòng)放大電路即可滿足需求，然而基本 的差動(dòng)放大電路精密度較差，且差動(dòng)放大電路變更放大增益時(shí)，必須滿足兩個(gè) 電阻，影響整個(gè)訊號(hào)放大精確度的變因就更加復(fù)雜。儀表放大電路則無(wú)上述的 缺點(diǎn)。1. AD620儀表放大器簡(jiǎn)介圖1儀表放大電路是由三個(gè)放大器所共同組成，其中的電阻R與Rx需在放大器 的電阻適用范圍內(nèi)（1k Q10kQ。固定的電阻R,我們可以調(diào)整Rx來(lái)調(diào)整放大的增益值，其關(guān)系式如式（1）所示，注意避免每個(gè)放大器的飽和現(xiàn)象（放大器最 大輸出為其工作電壓 Vdc）圖1儀表放大電路示意圖般而言，上述儀表放大器都有包裝好的成品可以買到，只需外接一電阻（即 式中Rx），依

2、照其特有的關(guān)系式去調(diào)整至所需的放大倍率即可。AD620儀表放大器的引腳圖如圖2所示。其中1、8引腳要跨接一個(gè)電阻來(lái)調(diào)整放大倍率，4、7引腳需提供正負(fù)相等的工作電壓，由2、3引腳輸入的電壓即可從引腳6輸出放大后的電壓值。引腳5是參考基準(zhǔn)，如果接地則引腳6的輸出即為與地之間的相對(duì)電壓。AD620的放大增益關(guān)系式如式（2）、式（3）所示,通過(guò)以上二式可推算出各種增益所要使用的電阻值RG。圖2 AD620儀表放大器的引腳圖G-l的基本特點(diǎn)為精度高、使用簡(jiǎn)單、低噪聲，增益范圍11000,只需一個(gè)電阻即可設(shè)定，電源供電范圍 戈.3V18V，而且耗電量低，可用電池驅(qū)動(dòng)，方 便應(yīng)用于可攜式儀器中。2. AD6

3、20儀表放大器基本放大電路圖3為AD620電壓放大電路圖，其中電阻RG需根據(jù)所要放大的倍率由式(3-22)求得,圖3 AD620電壓放大電路圖由式（3）可以計(jì)算出放大2倍所需要的電阻為49.4 KQAD620非常適合壓力測(cè)量方面的應(yīng)用，如血壓測(cè)量、一般壓力測(cè)量器的電橋電路的信號(hào)放大等。AD620也可以作為ECG測(cè)量使用由于AD620的耗電量低, 電路中電源可用3V干電池驅(qū)動(dòng)；也因此AD620可以應(yīng)用在許多可攜式的醫(yī)療器材中。AD620的5腳標(biāo)明VREF，這是為了使遠(yuǎn)距傳輸信號(hào)時(shí)消除地電位的不平衡而設(shè)定的，輸出信號(hào)若為V，則會(huì)跌加到VREF上，也就是輸出為Vout二V+Vref。般把VERF接地

4、就可以了，或者你想抬高或拉低信號(hào)，也可以給VREF加個(gè)電壓值。=AD620的Vout=(V+ - V-)*G + VrefAD6202.供電電壓等使用問(wèn)題1)大家都知道，放大器的輸出電壓范圍取決于其供電電壓.但是，在AD620的使用過(guò)程中，更值得注意的是它的放大倍數(shù)的線性度受電源電壓制約這一點(diǎn)。+5V和-5V供電時(shí)，線性度只在-3.6V+3.6V間。提高供電電壓，可以擴(kuò)寬線性區(qū)。2)共模輸入對(duì)輸出為負(fù)這一區(qū)域的放大倍數(shù)線性度有較大影響。當(dāng)共模輸入為負(fù)的1v左右時(shí)，在+5V和-5v供電之下，負(fù)向輸出的線性度只能達(dá)到-2.4V左右。這一點(diǎn)要特別注意。一般在使用AD620時(shí)都忽略共模問(wèn)題，一味使用提

5、高電源的方法來(lái)改善線性度是不行的。3)AD620得5腳的作用只能上拉/下拉輸出電壓。5腳作為參考端，一般情況下接地。當(dāng)需要運(yùn)用5腳拉高或降低輸出時(shí)，可以接某一參考電壓。但在這種情 況下，要注意放大倍數(shù)的線性區(qū)不會(huì)因?yàn)?腳的改變來(lái)變化。例如+5V和-5V供電，5腳接地時(shí)，輸出超過(guò)3.6V都為非線性段；當(dāng)5腳接+1V時(shí)，不要認(rèn)為此時(shí)輸出超過(guò)+4.6V(+3.6V+1V)才線性，這是同樣是超過(guò)3.6V都為非線性段。還有一點(diǎn)提醒大家，市面上十幾塊錢的AD620都是次品，最好用好的AD620，不然。3.常見(jiàn)使用問(wèn)題解答問(wèn)：我最近想用Ad620作一個(gè)可調(diào)節(jié)增益的放大電路，后面接16位的ADC，所以對(duì)放大電

6、路的精度要求挺高。使用模擬幵關(guān)調(diào)節(jié)增益電阻達(dá)到增益倍數(shù)的 改變。問(wèn)題是：Ad620的輸入不為差分信號(hào)。我測(cè)量的信號(hào)輸入為單端信號(hào), 接 單端信號(hào)的信號(hào)端”，IN-接 傳感器GND，輸出為單端電壓信號(hào)，ref輸出接我將IN+地（和傳感器GND連接）。但是我不知道這樣接是不是不好？可能共模誤差大。有沒(méi)有更好的設(shè)計(jì)方案。如何降低共模誤差？輸入就是兩根線，一個(gè)是傳感器信號(hào)線，另一根是傳感器地線。如果IN-接地，則IN-上的共模干擾信號(hào)會(huì)直接接到地上減弱，而IN+上的共模干擾信號(hào)依然存在，則AD620輸出不能降低共模噪聲?？刹豢梢詫⑤斎敫】?，也就是將IN+接 單端信號(hào)的信號(hào)端”，IN-接 傳 感器GND

7、，但是 傳感器GND和Ad620供電的地相互隔離，ref輸出接電源 地。這樣輸出信號(hào)為IN+和IN-的差值，如同差分信號(hào)一樣可以降低共模干擾。但是兩個(gè)地電位不同，應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，如何才能實(shí)現(xiàn)如上的思路。如何保證IN-接的地和真正的電源地接近，同時(shí)IN-上的共模噪聲依然存在（IN-地和ref引腳接地之間 隔離”，這樣AD620的輸出可以最大限度的降低共模噪聲。這種設(shè)計(jì)需要注意什么？如何才能提高信號(hào)精度，因?yàn)楹竺媸?6位的AD 0答：該問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)單端信號(hào)與差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題非常普遍。問(wèn)題已經(jīng)清楚地表述了：如IN-接地，則IN-上的共模干擾信號(hào)會(huì)直接接到地上減弱，而IN+上的

8、共模干擾信號(hào)依然存在，則AD620輸出不能降低共模噪聲?！弊屑?xì)分析這個(gè)問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)我們只要搞清楚AD620是否可以單端使用就可以了。可以把問(wèn)題分成兩種情況看一下:a）如果AD620的IN-可以直接接地使用。因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪且粋€(gè)單端信號(hào)，本來(lái)就有一端是地，如此接法實(shí)質(zhì)上就是把傳感器和測(cè)量電路這兩個(gè)系統(tǒng)共地而已，不存在不能降低共模噪聲這樣的問(wèn)題。當(dāng)然前提確認(rèn)是IN-引腳是否能夠直接接地就可以了，這是AD620自身的問(wèn)題，與傳感器無(wú)關(guān)。b）如果AD620的IN-不能接地使用。可以考慮把傳感器的單端信號(hào)通過(guò)一個(gè)差分放大器轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)即可。因此，只要測(cè)量電路可以接收單端信號(hào)就可以了，接法不是問(wèn)題的關(guān)鍵。

9、4.補(bǔ)充資料：儀表放大器各種非電量的測(cè)量，通常由傳感器把它轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）信號(hào)，此電壓信 號(hào)一般都較弱，最小的到0.1 fV，而且動(dòng)態(tài)范圍較寬，往往有很大的共模干擾電壓。因此，在傳感器后面大都需要接儀表放大器，主要作用是對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn) 行精密的電壓放大，同時(shí)對(duì)共模干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，以提高信號(hào)的質(zhì)量。由于傳感器輸出阻抗一般很高，輸出電壓幅度很小，再加上工作環(huán)境惡劣，因 此，儀器放大器與一般的通用放大器相比，有其特殊的要求，主要表現(xiàn)在高輸 入阻抗，高共模抑制比、低失調(diào)與漂移、低噪聲、及高閉環(huán)增益穩(wěn)定性等。本 節(jié)介紹幾種由運(yùn)算放大器構(gòu)成的高共模抑制比儀表放大器（一）同相串聯(lián)差動(dòng)放大器 圖4為一同

10、相串聯(lián)差動(dòng)放大器。電路要求兩只運(yùn)算放大器性能參數(shù)基本匹配, 且在外接電阻元件對(duì)稱情況下（即RI=R4，R2= R3），電路可獲得很高的共模抑 制比，此外還可以抵消失調(diào)及漂移誤差電壓的作用。圖4同相串聯(lián)差動(dòng)放大器 該電路的輸出電壓由疊加原理可得 從而求得差模閉環(huán)增益（二）同相并聯(lián)差動(dòng)放大器圖5為同相并聯(lián)差動(dòng)放大器。該電路與圖4電路一樣，仍具有輸入阻抗高、直流效益好、零點(diǎn)漂移小、共模抑制比高等特點(diǎn)，在傳感器信號(hào)放大中得到廣泛 應(yīng)用。圖5同相并聯(lián)差動(dòng)放大器 由圖5可知: 將I代入V01，V02可得 由此可得電路差模閉環(huán)增益 該電路若用一可調(diào)電位器代替R7，可以調(diào)整差模增益Ad的大小。該電路要求A3的

11、外接電阻嚴(yán)格匹配，因?yàn)锳3放大的是Ai，A2輸出之差。電路的失調(diào)電壓是由A3引起的，降低A3的增益可以減小輸出溫度漂移。（三）增益線性可調(diào)差動(dòng)放大器 圖6是電壓增益可線性調(diào)節(jié)的差動(dòng)放大器。 可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器Rw的線性刻度來(lái)直接讀取電壓增益，給使用帶來(lái)很大的方便。圖6增益線性可調(diào)差動(dòng)放大器 圖6中， 由疊加原理可得 因VA=VB， 整理上兩式， 且當(dāng)RI= R2=R3=R4時(shí)，輸出電壓電路閉環(huán)增益 可見(jiàn)，電路增益與RPw成線性關(guān)系，改變Rw大小不影響電路的共模抑制比（四）高共模抑制比差動(dòng)放大器 前面討論的電路中，沒(méi)有考慮寄生電容、輸入電容和輸入?yún)?shù)不對(duì)稱對(duì)抑制比 的影響。當(dāng)要求提高交流放大電路

12、的共模抑制比時(shí)，這些影響就必須考慮。在 檢測(cè)和控制系統(tǒng)中，常用屏蔽電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸，信號(hào)線與屏蔽層之間有不可忽略的電容存在。習(xí)慣上采用屏蔽層接地的方法，這樣該電容就成為 放大器輸入端對(duì)地的寄生電容，加上放大器本身的輸入電容。如果差動(dòng)放大器 兩個(gè)輸入端各自對(duì)地的電容不相等，就會(huì)使電路的共模抑制比變壞，測(cè)量精度 下降。為了消除信號(hào)線與屏蔽層之間寄生電容的影響，最簡(jiǎn)單的方法是采用等電位屏 蔽的措施，即不把電纜的屏蔽層接地，而是接到與輸入共模信號(hào)相等的某等電位點(diǎn)上，亦即使電纜芯線與屏蔽層之間處于等電位，從而消除了共模輸入信號(hào)圖7高共模抑制比差動(dòng)放大器圖中兩只電阻Ro的連接點(diǎn)電位正好等于輸入共模電壓，將連接點(diǎn)電位通過(guò)A4電壓跟隨器連到輸入信號(hào)電纜屏蔽層上，使屏蔽層電位也等于共模電壓。參照同相并聯(lián)差動(dòng)放大器的分析可知 當(dāng)RI=R2時(shí)，可證明連接點(diǎn)電位 正好等于共模輸入電壓，也即是電纜屏蔽層的電位與共模輸入電纜芯線電位相 等，因此不再因電纜電容的不平衡而造成很大的誤差電壓。由圖7還可見(jiàn)，A4的輸出端還接到輸入運(yùn)放Ai、A2供電電源Ec的公共端，因此使其電源處于隨共模電壓而變的浮動(dòng)狀態(tài)，即使正負(fù)電源的漲落幅度與共模 輸入電壓的大小完全相同。由于電源對(duì)共模電壓的跟蹤作用，會(huì)使共模電壓造 成的影響大大地削弱。（五）集成儀器放大器 在差分放大電路中，電阻匹配問(wèn)題是影響共模抑制比的主要因素。如果