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仪表放大器在智能化仪器应用中的注意事项

仪表放大器在智能化仪器应用中的注意事项

点击数:7689 次   录入时间:03-04 11:48:27   整理:http://www.55dianzi.com   元器件特点及应用

  (1)输入端偏流回路的设置
  
  一般来说,选择差分信号测量的工作方式时,后面的信号放大电路一般直接采用仪表放大器构成。仪表放大器的输入阻抗非常高,大约达到Ω数量级,相应对于差分输入的每个输入端都需要输入偏置电流通道,以提供共模电流反馈回路,例如仪表放大器INA326输入偏置电流大约为±0.2nA。由于仪表放大器的输入阻抗非常高,使得输入的偏置电流随输入电压的变化非常小,对差分信号放大不会产生太大影响。输入偏置电流是仪表放大器输入三极管所必须的电流,电路设计时必须保证偏置电流有接地的回路,如果电路中没有输入偏置电流通道,传感器的输入将处于浮电位状态,而浮电位值很可能超过放大器所能够允许的共模电压范围,使输入放大器饱和而失去放大功能。针对实际的应用情况,输入偏置电流回路设置可以采用三种基本形式,分别如上图、中图、下图所示。其中上图为差分信号源阻抗较高时常用的形式,图中的两个接地电阻相等,以保证较高的共模抑制比和减小偏置电流对失调的影响;中图为信号源阻抗较低时采用的形式(如热电偶);下图为对称结构常用的形式。
  
  从三种结构可知,在输入通道设置偏置回路是通过在差分输入端与地之间接适当电阻实现的,具体电阻值的大小根据实际情况而定。

差分信号源阻抗较高时常用的形式

信号源阻抗较低时采用的形式

  (2)输入共模电压范围的设置
  
  仪表放大器对共模信号有较强的抑制作用,例如INA326,共模抑制比可高达114dB,但这是在放大倍数、输入共模电压在一定范围内以及输入共模电压的频率较低的条件下才可以达到的。而所放大的差分信号,是指仪表放大器的两个输入端对地所存在的差值。下图是一个典型的惠斯通电桥应用电路,桥路供电电压为10V.桥臂电阻如下图中所示。根据其中的条件可以得到共模电压值为5V,而差模电压为0.005V.经过仪表放大器差分运算后输出为对地的单端信号。其中共模电压由于仪表放大器的高共模抑制比而不能通过,放大的是两输入端的差模电压。仪表放大器抑制的共模信号既可以是交流信号也可以是直流信号,但这是受一定条件限制的,并非任何情况下的共模信号通过时都有同样的抑制比,选择时应注意相应的应用范围。
  
  ①输入共模电压的范围与供电电压有关,在输入共模电压大约小于供电电压1.25V左右时,才有较理想的抑制比。一般仪表放大器的供电电压允许在很大的范围内变化,在一定的应用场合下,如果共模电压较大时,相应仪表放大器要选择较高的供电电压才能获得理想的效果。如下图中共模电压为5V.则仪表放大器的电源电压应为6.25V以上,否则不能将仪表放大器作为前置信号放大级。其主要原因是仪表放大器的前面一组放大器Al、A2容易饱和。
  
  ②输入共模电压抑制能力与共模电压的频率相关,频率越高,抑制效果越差。
  
  ③共模电压的抑制能力与增益大小相关,在低增益工作段,共模抑制能力较差;在1000左右的放大倍数,共模抑制能力较好。
  
  需要特别注意的是,有时当输入共模电压超过其允许的范围时会出现输出似乎正常的情况,这主要是由于A1、A2放大器输出饱和导致A3放大器测得的输出为零造成的。例如,当两个差分输入端电压超过A1、A2的共模输入所允许的范围时,将造成共模抑制比急剧下降,共模信号会有输出,但由于A1、A2饱和,使其输出电压相等,最后使整个放大器共模输出电压为零,给人们造成似乎正常的错觉。




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