了解三运放仪表放大器
在本文中，我们将讨论具有高共模抑制并提供高和相等输入阻抗的仪表放大器（仪表放大器）。我们还将探讨常用仪表放大器（通常称为三运仪表放大器）的优缺点。
在本系列的前几篇文章中，我们讨论了仪表放大器（仪表放大器）应具有 高共模抑制 以及 高阻抗和相等输入阻抗 以成功提取小差分信号。
在本文中，我们将介绍一种常用的仪表放大器，通常称为三运放大器仪表放大器。我们将看到，三运放仪表放大器采用具有几个有趣功能的巧妙架构。
经典的三运放仪表放大器
图1所示的三运放结构是一种常用的仪表放大器电路，可提供高cmrr和平衡、高输入阻抗。
图1
上面的示意图可以分解为两部分。输入级主要用作缓冲器。输出级为 上一篇文章中讨论的差动放大器.正如我们将在下面看到的，三运放仪表放大器采用了具有几个有趣功能的巧妙架构。
高平衡输入阻抗
节点a和b都连接到相应运算放大器的同相输入端。这提供了高、平衡的输入阻抗，而无需诉诸复杂的反馈技术。
输入级可提供高差分增益和共模抑制比
让我们首先计算输入级的微分增益。负反馈连同运算放大器的高增益将迫使 a 1和 a 2的反相和非反相输入具有相同的电压。因此，我们有：
通过 r g并因此通过 r 5和 r 6 的电流将为：
因此，当 r 5 =r 6时，差分放大器输入端的电压差将为：
这简化为
我们知道差动放大器的增益为：
因此，我们有：
因此，电路的总差模增益为：
公式1显示输入级的差分增益ad1，可以通过选择 r 的值进行调整5 和 rg.例如，图 1 和 r 中的典型值5=50 kω， ad1 将是：
输入级的共模增益是多少？基于以上分析，v一个=vb、r 两端的电压g 将为零。因此，没有电流会流过r5/ 1g和 r6;我们有：
总而言之，输入级可以给我们很大的差分增益，同时以单位增益传递共模信号。这导致输入级的cmrr相对较高。接下来，差动放大器将进一步抑制该残余共模信号。输入级的一个有趣特性是，增加差分增益也会增加cmrr。
通过设置单个电阻的值来调节增益
从公式1可以看出，我们可以通过调整单个电阻r的值来调整仪表放大器的差分增益。g.这很重要，因为与电路中的其他电阻不同，r 的值g 不需要与任何其他电阻器匹配。
例如，如果我们尝试通过更改 r 的值来设置增益5，我们还需要更改 r6 因此。实现匹配的可调电阻比调整单个电阻更具挑战性。
源电阻未出现在增益公式中
考虑下面图2所示的桥梁测量系统。
图2.
应用戴维宁定理，我们可以对桥梁进行建模，如图 3 所示。
图3.
在这里，rth1 和 rth2 是两个桥分支的等效电阻;和 vth1 和 vth2 是节点 a 和 b 的戴维宁等效电压。此外，上图通过r模拟放大器输入端“看到”的阻抗在1 和 rin2.
该模型表明，分压器是由放大器的输入阻抗和电桥的等效电阻产生的。该分压器确定放大器输入端出现的电压。因此，对于输入阻抗相对较小的增益级（如差动放大器），总增益将是r的函数。th1 和 rth2.这会导致增益可预测性差并降低精度。
但是，三运放仪表放大器在其输入端提供非常高的阻抗。因此，电桥的戴维宁等效电压出现在放大器输入端，而不会被分压器衰减。由于源电阻不会出现在增益方程中，因此我们获得了更可预测的增益和更高的精度。
减小共模电压范围
三运放仪表放大器的一个限制是，如果我们试图在输入级实现非常高的差分增益，则输入共模范围可能会受到限制。
如图4所示，当差模信号为vd 在 v 共模电压下运行c 施加到输入，节点 n 处的电压3 和 n4 将分别为 （v_c-a_{d1}frac{vd}{2}） 和 （v_c+a_{d1}frac{vd}{2}）。在这里，一个d1 是上述公式2给出的输入级的差分增益。在c−一个d1在d2vc−ad1vd2 和 在c+一个d1在d2vc+ad1vd2分别。在这里，一个
图4
与 vd=10 mv 和 ad1=1000，节点n处的电压4 将为 vc+5v.该电压应在输出放大器的共模范围内，a3，所以它不会饱和。如您所见，根据输入级的差模增益，我们需要设置输入共模电压v的上限c.
结论
三运放仪表放大器是一种常用的结构，可以放大差分信号，同时剥离任何共模电压。该电路的一个优点是，不需要与电路中任何其他电阻匹配的单个电阻决定了增益。这使我们能够更轻松地调整电路增益。此外，对于三运放大器仪表放大器，源阻抗在增益计算中不起作用。
这些优势是以额外的信号延迟和减小共模电压范围为代价实现的。
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在本文中，我们将介绍一种常用的仪表放大器，通常称为三运放大器仪表放大器。我们将看到，三运放仪表放大器采用具有几个有趣功能的巧妙架构。
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图1所示的三运放结构是一种常用的仪表放大器电路，可提供高cmrr和平衡、高输入阻抗。
图1
上面的示意图可以分解为两部分。输入级主要用作缓冲器。输出级为 上一篇文章中讨论的差动放大器.正如我们将在下面看到的，三运放仪表放大器采用了具有几个有趣功能的巧妙架构。
高平衡输入阻抗
节点a和b都连接到相应运算放大器的同相输入端。这提供了高、平衡的输入阻抗，而无需诉诸复杂的反馈技术。
输入级可提供高差分增益和共模抑制比
让我们首先计算输入级的微分增益。负反馈连同运算放大器的高增益将迫使 a 1和 a 2的反相和非反相输入具有相同的电压。因此，我们有：
通过 r g并因此通过 r 5和 r 6 的电流将为：
因此，当 r 5 =r 6时，差分放大器输入端的电压差将为：
这简化为
我们知道差动放大器的增益为：
因此，我们有：
因此，电路的总差模增益为：
公式1显示输入级的差分增益ad1，可以通过选择 r 的值进行调整5 和 rg.例如，图 1 和 r 中的典型值5=50 kω， ad1 将是：
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总而言之，输入级可以给我们很大的差分增益，同时以单位增益传递共模信号。这导致输入级的cmrr相对较高。接下来，差动放大器将进一步抑制该残余共模信号。输入级的一个有趣特性是，增加差分增益也会增加cmrr。
通过设置单个电阻的值来调节增益
从公式1可以看出，我们可以通过调整单个电阻r的值来调整仪表放大器的差分增益。g.这很重要，因为与电路中的其他电阻不同，r 的值g 不需要与任何其他电阻器匹配。
例如，如果我们尝试通过更改 r 的值来设置增益5，我们还需要更改 r6 因此。实现匹配的可调电阻比调整单个电阻更具挑战性。
源电阻未出现在增益公式中
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图2.
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图3.
在这里，rth1 和 rth2 是两个桥分支的等效电阻;和 vth1 和 vth2 是节点 a 和 b 的戴维宁等效电压。此外，上图通过r模拟放大器输入端“看到”的阻抗在1 和 rin2.
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但是，三运放仪表放大器在其输入端提供非常高的阻抗。因此，电桥的戴维宁等效电压出现在放大器输入端，而不会被分压器衰减。由于源电阻不会出现在增益方程中，因此我们获得了更可预测的增益和更高的精度。
减小共模电压范围
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如图4所示，当差模信号为vd 在 v 共模电压下运行c 施加到输入，节点 n 处的电压3 和 n4 将分别为 （v_c-a_{d1}frac{vd}{2}） 和 （v_c+a_{d1}frac{vd}{2}）。在这里，一个d1 是上述公式2给出的输入级的差分增益。在c−一个d1在d2vc−ad1vd2 和 在c+一个d1在d2vc+ad1vd2分别。在这里，一个
图4
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