三、仪用放大器

第三节 仪器放大器(三运放) 在工业测量，医疗仪器以及各种传感器探测等应用中，信号是由传感器对各种物理量（如：温度、压力、流量、血流等）进行相应的变换而来的。这些换能器产生的信号往往很微弱，而且其中其中包含有很高的共模电压信号及各种共模干扰。被测对象有一定的（甚至很高）的内阻。如：人体的心电信号为1mv左右，而共模电压可能达到10V左右，（共模/差模=10000倍），人体的阻抗几千欧到几百千欧。 基本作用：仪用放大器常用来精确放大载于高共模电压上的微弱差动信号。 主要特点： ① 差动输入，具有很高的共模抑制比； ② 有很高的电压增益； ③ 低噪声； ④ 高输入阻抗。 应用领域： ① 信号放大。如：应变计、热电偶和电阻式热探测器； ② 医用仪器仪表：心电、脑电等人体生物信号的放大。 3.1基本仪用放大器的工作原理 ⑴电路结构： 仪用放大器是在差动放大器基础上发展起来的一种比较完善的放大器。它由三个运放（A1、A2、A3）和一些精密电阻（R1--R7）构成。 A1、A2为高输入阻抗的同相放大器。A3为差动放大器。 注意：两个同相放大器不是通过R1直接接地而是相连。这是很有必要的，下面加以说明。 ⑵电路分析： ① A3为差动放大器，取匹配电阻R5=R4，R7=R6，采用电路理论中的迭加原理及运放的虚短虚断的概念可以求出放大器的输出为： ② 仪用放大器的差模放大信号为： 可见，放大器只要求R5=R4，R7=R6两个电阻匹配。若将A1、A2接成两个独立的同相放大器，另外需要保证A1、A2的放大器数相等，两个R1相等，否则会带来较大误差。这在制造时有很大的困难。 ③ 通常选取 R2--R6为同一电阻R，则： 差模放大倍数： 由上式可见，只要改变 R1，即可改变增益，很方便。 ④ 讨论：制造时，应尽量将A1，A2特性 相等，R2和 R3，R4和 R2，R1和 R7要尽量配成对，才能减少电路的误差。 由于 A1和 A2为近似相同的同相放大器，由共模电压引起的输出也近似相等，位差动放大器A3相差后可以补偿掉 A1和A2共模放大倍数引起的误差。这时放大器的共模误差主要取决于 A3的共模抑制比。由于 A1A2具有相同的温度漂移特性，通过差动放大器A3的相减作用而达到补偿，改善了其温度特性。 ⑤ 仪用放大器已被制造成一块集成的放大器。其内部各电阻对运放较好地保证匹配关系。器件中温度特性也比较一致。可以在很宽的温度范围内保证放大器数的精度和稳定性。 3.2应用举例 (1)压力测量 (2)心电信号测量 3.3 仪...