精密儀用放大器INA114原理及應(yīng)用摘要：第一章引言INA114是美國BURR—BROWN公司推出的精密儀用放大器，具有成本低、精度高通用性強等優(yōu)點，三運放結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小了尺寸，拓寬了應(yīng)用范圍。利用一個外部電阻器就可在1—10000范圍內(nèi)進行增益調(diào)節(jié)，內(nèi)部輸入防護可承受高達40V的共模電壓而不會損壞。INA114具有低失調(diào)電壓(50V)、低漂移V/C)和高共模抑制比(當(dāng)G=1000時為115dB)。能在低電源情況下工作，也可用5V單電源工作。靜態(tài)工作電流最大3mA。第二章INA114結(jié)構(gòu)原理及特點

一、特性1．低失調(diào)電壓:最大50V2．低漂移:最大V/C3．低輸入偏流:最大2nA4．高共模抑制:最小115dB5．輸入過壓保護:40V6．寬電源范圍:2.25—18V7．低靜態(tài)電流:最大3mA二、應(yīng)用1．電橋放大器2．熱電偶放大器3．RTD感測放大器4．醫(yī)用放大器5．?dāng)?shù)據(jù)采集三、結(jié)構(gòu)原理圖INA114結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示：圖1結(jié)構(gòu)原理圖VIN-(腳2)：信號反向輸入端。該端與信號同相輸入端（腳3）構(gòu)成差分輸入。VIN+(腳3)：信號同向輸入端。增益調(diào)整(腳1、8)：該端接外接增益調(diào)整電阻器RG。VO(腳6)：放大器輸出端。Ref(腳5)：參考電壓輸入端，通常接地。為確保良好的共模抑制，連接必須是低阻抗的，如果一個5的電阻串接在此腳，將引起共模抑制比典型值下降到80dB（G=1）。三、工作原理分析1．三運放儀用放大器電路結(jié)構(gòu)儀用放大器的三運放結(jié)構(gòu)，是在差動運放的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種比較完善的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示，其中，A1、A2為同相放大器，A3為差動放大器，三個運放都具有高輸入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪聲等特性，且A1、A2性能完全匹配。圖2三運放儀用放大器電路結(jié)構(gòu)2．工作原理分析(1)當(dāng)Ui1單獨作用，即Ui2=0時：Ui2=0，UN=0(2)當(dāng)Ui2單獨作用(Ui1=0)時：Ui1=0，UM=0(3)當(dāng)Ui1、Ui2同時作用時：當(dāng)滿足電阻匹配條件，即R5=R4,R7=R6,R3=R2時，輸出電壓為：選擇R2～R6=R，則增益為：因此，INA114的增益為：其中，RG是外接電阻器，50k是內(nèi)部兩個反饋電阻值的和。第三章INA114基本應(yīng)用簡介一、增益設(shè)定INA114的增益由一個外部鏈接電阻RG設(shè)定，常用增益和相應(yīng)的電阻值表示在圖1中。圖3INA114基本應(yīng)用連接圖用來設(shè)置增益的外部電阻RG的穩(wěn)定性和溫漂也對增益有影響。RG對增益精度和增益漂移的影響,可以由增益公式直接推導(dǎo)出來。高增益需要低阻值,所以接線電阻就很重要。管座引入的接線電阻會使增益誤差額外地增加100甚至更多,并且很可能是不穩(wěn)定的誤差。二、失調(diào)電壓調(diào)整INA114用激光來修正微小的失調(diào)電壓和漂移,在多數(shù)應(yīng)用中不需要外部失調(diào)調(diào)整，當(dāng)輸出電壓失調(diào)需要調(diào)整時，可按照圖4連接。為保證低阻抗連接，通過運放對調(diào)整電壓進行緩沖。圖4輸出電壓失調(diào)調(diào)整電路圖在大多數(shù)應(yīng)用中,INA114產(chǎn)生的噪聲都很小。對于小于1kΩ的差動信號源電阻,INA103產(chǎn)生的噪聲更小;信號源電阻大于5kΩ時,INA111型FET輸入儀用放大器產(chǎn)生的噪聲更小一些。INA114的低頻噪聲頻率峰-峰值約為0.4μV(從0.1Hz到10Hz)。這大約是使用斬波穩(wěn)零的“低噪聲”放大器所產(chǎn)生的噪聲的十分之一。三、輸入偏流回路INA114的輸入阻抗近似為1010，輸入偏置電流小于1nA。高輸入阻抗也表示輸入偏置電流隨輸入電壓的變化很小。輸入電路必須為INA114正常工作提供一個偏流路徑，沒有偏流回路，輸入就會浮置在某個超過共模范圍的電平上，并使INA114飽和。如果差分信號源輸入阻抗低，偏流路徑可直接接到一個輸入端上。當(dāng)信號源阻抗較高時，利用兩個電阻器構(gòu)成均衡輸入電路，盡可能降低由于偏流產(chǎn)生的失調(diào)電壓和保證良好的共模抑制比。圖5中表示各種不同情況下提供的偏流回路。圖5各種共模輸入電流路徑第四章應(yīng)用設(shè)計電纜線屏蔽層驅(qū)動電路電纜線屏蔽層驅(qū)動電路如圖6所示。信號在長距離差分傳送時，用電纜線進行連接，為保證電纜線的屏蔽層與INA114共模電壓同電位，通過運放連接，將屏蔽層驅(qū)動到共模電位。圖6屏蔽層驅(qū)動電路為運放提供輸入信號，同時均衡共模電壓。電路增益電阻為：查圖3中的表可知，此電路增益為G=100。二、RTD溫度測量電路利用電阻溫度探測器（RTD）構(gòu)成的溫度測量電路如圖7所示。圖7RTD溫度測量電路圖RZ為RTD溫度測量電阻的最小電阻，兩個100A恒流源分別驅(qū)動RTD和RZ，儀用放大器INA114測量放大RTD和RZ上的電壓差，調(diào)整RZ的值，使在RZ=(RRTD)MIN時，VO=0V。由于電路結(jié)構(gòu)的對稱性，消除了由于接線產(chǎn)生的共模輸入型號的影響。三、具有冷端補償?shù)臒犭娕挤糯笃麟娐穲D示為由INA114構(gòu)成的有冷端補償?shù)臒犭娕挤糯笃鳌２捎肦EF102精密基準(zhǔn)電壓源(10.0V)對熱電偶供電，熱電偶產(chǎn)生的電壓由INA114放大后輸出。二極管1N4148在200μA時為-2.1mV／oC，100Ω電位器R6用于電路調(diào)零。如選用其他型號的熱電偶，可參照下表。圖8具有冷端補償?shù)臒犭娕挤糯笃麟娐穲D四、交流耦合儀用放大器電路圖示為由INA114構(gòu)成的交流耦合儀表放大器。OPA602構(gòu)成具有交流特性的反饋電路，f-3db=1/2R1C1=1.59Hz。將信號反饋到INA114的Ref端(5腳)，由此組成交流耦合電路。圖9交流耦合儀用放大器電路圖五、差分電壓/電流轉(zhuǎn)換器圖10差動電壓—電流變換電路圖圖示為差動電壓—電流變換電路。\o"INA114貨源和PDF資