電路功能與優(yōu)勢(shì)
構(gòu)建儀表放大器的傳統(tǒng)方法要用3個(gè)運(yùn)算放大器和7個(gè)電阻，如圖1所示,。這種方法需要4個(gè)精密匹配的電阻,，以獲得良好的共模抑制比(CMRR)。如果匹配有誤差,，則最終輸出也會(huì)產(chǎn)生誤差,。某些節(jié)點(diǎn)上，一皮法或兩皮法(pF)的不平衡就會(huì)導(dǎo)致高頻CMRR顯著降低,，而這一情況常被忽視,。
該電路采用單芯片差動(dòng)放大器和激光調(diào)整薄膜電阻構(gòu)成輸出放大器，因此可提供良好的直流和交流精度,，而且所需器件比傳統(tǒng)方法要少,。
圖1. 增益G = 201的儀表放大器（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）
電路描述
該電路采用 AD8271 差動(dòng)放大器和兩個(gè)ADA4627-1 放大器,，具有低噪聲,、低漂移、低失調(diào)和高速特性,。對(duì)于高阻抗信號(hào)源,，由于ADA4627-1的JFET輸入偏置電流極低，因而是輸入級(jí)放大器的理想選擇。
輸入級(jí)運(yùn)算放大器還必須具有低失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓溫度漂移特性,。同時(shí)需具有良好的驅(qū)動(dòng)特性,，以便使用低值電阻，使電阻熱噪聲最小,。
為使本電路正常工作,，必須考慮與運(yùn)算放大器相關(guān)的裕量問(wèn)題。
使用增益帶寬積大于數(shù)MHz的運(yùn)算放大器時(shí),，精心考慮布局和旁路十分重要,。典型的去耦網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)1 μF至10 μF電解電容和一個(gè)0.01 μF至0.1 μF低電感陶瓷MLCC型電容并聯(lián)構(gòu)成。
僅有低阻抗信號(hào)源時(shí),，為使噪聲最低,，必須保持低電壓噪聲。 AD8599 具有更低的噪聲,、失調(diào)電壓漂移和電源電流,，但輸入偏置電流則高得多，而且所獲得的帶寬將比ADA4627-1低,。AD8599和ADA4627-1測(cè)得的−3 dB帶寬分別為56.6 kHz和87.6 kHz（參見(jiàn)圖2）,。
圖2. 圖1所示電路分別使用ADA4627-1和AD8599作為輸入級(jí)時(shí)的帶寬比較
對(duì)于高阻抗信號(hào)源，雙極性運(yùn)算放大器的輸入偏置電流和輸入噪聲電流可能會(huì)導(dǎo)致誤差,。偏置電流產(chǎn)生I × R的壓降,，經(jīng)過(guò)整體電路增益放大后，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)伏輸出偏移,。輸入噪聲電流也會(huì)被源阻抗放大,，產(chǎn)生額外的噪聲電壓。為避免這種情況,，應(yīng)當(dāng)使用ADA4627-1等JFET輸入運(yùn)算放大器,。雖然其電壓噪聲稍高于AD8599，但電流噪聲明顯低于后者,，因此配合高阻抗信號(hào)源使用時(shí),，整體噪聲更低。
如圖3和圖4所示,，AD8599適合用于較低源阻抗，ADA4627-1則更適合較高源阻抗,。這里需要權(quán)衡：JFET運(yùn)算放大器的輸入電容高于雙極性運(yùn)算放大器,，因此必須考慮RC時(shí)間常數(shù)。
圖3. 對(duì)于低阻抗信號(hào)源(0 Ω),，圖1所示電路分別使用ADA4627-1和AD8599作為輸入級(jí)時(shí)的噪聲譜密度(RTO)比較
圖4. 對(duì)于高阻抗信號(hào)源(66 kΩ),，圖1所示電路分別使用ADA4627-1和AD8599作為輸入級(jí)時(shí)的噪聲譜密度(RTO)比較
常見(jiàn)變化
AD8271或AD8274 可以配合各種運(yùn)算放大器使用，以?xún)?yōu)化電源電流、信號(hào)帶寬,、溫度漂移和噪聲相關(guān)整體性能,。
為獲得盡可能低的溫度漂移特性，可以使用一款自穩(wěn)零放大器,，例如AD8539,，但帶寬會(huì)降低，寬帶噪聲會(huì)提高,。不過(guò),，對(duì)于10 Hz以下的帶寬堪稱(chēng)絕佳選擇。
選擇本電路的運(yùn)算放大器與差動(dòng)放大器組合時(shí),，務(wù)必不要超出各放大器的輸入共模電壓范圍,。這一點(diǎn)常被忽視，但卻是許多應(yīng)用發(fā)生問(wèn)題的原因,。
如果第一級(jí)增益約大于5,，可以考慮使用非完全補(bǔ)償運(yùn)算放大器，例如OP37,，利用較低的電源電流獲得較高的壓擺率和信號(hào)帶寬,。
當(dāng)輸入信號(hào)為毫伏級(jí)、增益為1000時(shí),，第一級(jí)可以采用±2.5 V電源供電,，既節(jié)省功耗又能提供更多的運(yùn)算放大器選擇，例如AD8539自穩(wěn)零放大器,。然而,，如果輸入共模電壓范圍較高，則第一級(jí)必須選擇電源電壓更高的運(yùn)算放大器,。
