仪表放大器的特点和电路设计原理

仪表放大器是在三运放电路的基础上发展起来的,由场效应晶体管( FET) 或双极型输入的运算放大器构成。美国ADI 公司第1 个研制成功了单片集成仪表放大器。以AD620为例,其电路原理图如图1 所示。绝对值的校准使用户仅用一个电阻就能对增益进行校准,在G = 100 时准确度为0.15 %. 单片结构和激光晶片修整技术使电路中的元件紧密匹配, 并保证了该电路固有的高性能。该电路输入三级管Q1 和Q2 提供了高精度单差分增益前端, 通过Q1 -A1 - RL 环路和Q2 -A2 - R2 环路的反馈使输入元件Q1,Q2 的集电极电流恒定,由此使输入电压加至外接的增益设置电阻RG 上, 从而产生了一个从输入端到A 1/ A 2 输出端的差分增益, G = ( R1 + R2) / RG +1. 单位增益减法器A3 消除了任何共模信号,并产生一个相对于“参考”端电位的单端输出。RG 的值也决定前置放大级的跨导。为了提高增益,随着RG 值的减少,前置放大器的跨导逐渐增加到相应输入三级管的跨导。这有3 个好处:1) 随着设置增益的增加,开环增益也随之增加,从而降低了增益相对误差;2) 增益带宽(由C1 , C2 和前置放大器跨导决定) 随设置增益增加而增加, 从而优化了频率响应特性;3) 输入电压噪声降至9 nV/Hz ,该值主要由输入部分的集电极电流和基极电阻决定。AD620的内部增益电阻( R1 和R2) 被精确校准到24. 7 kΩ, 从而使只用一个外接电阻来准确地设定增益。增益公式为G = (49. 4 kΩ/ RG) + 1

即RG = 49.4kΩ/(G - 1)。根据该公式设计者很容易计算出放大器增益电阻RG 的值。