仪表放大器及其应用问题研究

一、仪表放大器概述

1 、仪表放大器的概念

仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输出和相对参考端的单端输出，随着电子技术的飞速发展，仪表放大器也得到广泛的应用。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移、增益设置灵活和使用方便等特点，使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面备受青睐。

2 、仪表放大器的特点

仪表放大器主要以下三方面的特点：

（1）低输入偏置电流和低失调电流误差。仪表放大器具有偏置电流流入和流出的两个输入端；对于双极型输入仪表放大器是基极电流；对于场效应管（F E T ）输入仪表放大器是栅极漏电流。这个偏置电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差，输入失调电流误差被定义为流过两个输入端的偏置电流之间的失配程度，双极型输入仪表放大器的偏置电流典型值为 1 nA 至 50 nA；而FET 输入仪表放大器的偏置电流在室温下的典型值为1 pA 至 50 pA。

（2）低噪声。因为仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压，所以它绝对不能把自身的噪声信号加到信号电压上，在 1 kHz（增益大于 100）的条件下，折合到输入端（R T I ）的最小输入噪声为 10 nV/ √ Hz 是允许的，微功耗仪表放大器适合于尽可能最低的输入电流，通常比输入电流较大的仪表放大器具有较高的噪声。

（3）低非线性。输入失调和比例系数误差都能通过外部调整来修正，但是非线性是器件的固有的性能限制，所以它不能由外部调整来消除，低非线性误差必须由仪表放大器生产厂家的结构设计来保证。非线性通常规定为在正满度电压与负满度电压及零电压条件下，厂家测量仪表放大器的误差占满度的百分数，对于一个高质量的仪表放大器典型的非线性误差为 0 . 0 1 % ，有的甚至低于 0 .0001%。

二、仪表放大器的技术原理

1、仪表放大器与运算放大器的区别

仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元，大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值 ≥ 109Ω。其输入偏置电流也应很低，典型值为1 nA 至50 nA，与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧（m Ω）。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定，与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离，对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。