仪表放大器的内部构造
一种简单的可实现放大功能的减法运算放大器
图2—1 由运放A1组成的差分放大器功能结构图
由图2—1我们可以看出，这是一种提高差模增益的最简单最实用的方法。如果R1=R3、R2=R4
Vout=（VIN2-VIN1）
R2 R1尽管这种集成放大电路具有放大功能，而且在放大差模信号的同时可抑制共模信号，但他仍然存在着局限性。首先，反相输入阻抗太低而且不相等，在放大电路中，运方A1的输入阻抗为100K?,而运方A2的输入电阻为200K?，是A1的两倍。所以，当在一输入端加正电压而另一端接地时，由于输入电阻获得的电压不同而导致电流不同（信号源电阻上电流的不同会导致共模抑制比的降低）。
此外，这个电路要求电阻对R1/R2和R3/R4之间有非常相近的匹配，否则，每个输入端的增益就会不同——这就会直接影响共模抑制比。例如，增益为1，所有等价电阻中即使有一个电阻出现0.1％的匹配误差，也会使共模抑制比降到66dB的水平，阻值每偏差100?共模抑制比就会降低6dB。
尽管存在这些问题，这种通常被称为差分放大器或减法器的基本放大电路，作为构建模块，经常应用于那些高性能放大器中。作为一个具有独立功能的电路，差分放大器在影像设备和其他高速设备或具有低频率高共模抑制比的设备中具有非常高的实用性。在具有高共模电压的电路中，输入电阻用来分压及用作放大器的保护电路。某些通用差分放大器，如具有模拟装置的
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AD620，就在其设计中使用了经过简单变换的差分放大器，这就使得集成电路可以处理比其本身电压还要高的共模输入电压。例如，当电源提供?15V的电压时，AD620能以高达270V的共模电压来放大信号。
在差分放大电路的前面增加一个具有高输入阻抗的缓冲放大器，可以有效地提高仪表放大器的性能，电路图如图2—2所示。
图2—2具有缓冲电路的差分放大器
因为放大电路具有很高的输入阻抗，所以，信号源的输入阻抗对放大电路的共模抑制比影响不大。用两个运方组成一个具有两输入端的缓冲放大器是相当合适的，因为两个运方不仅可以改善电路的温度，而且可以节省电路板空间，尽管电阻值不同，但这一电路和图2—3所示电路有着相同的放大功能。
图2—3带有控制增益的缓冲放大器结构的差分放大器
图2—3所示是经过进一步改进的电路，现在输入缓冲电路用来控制电
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路的增益，使电路具有更高的灵活性。如果电阻R5＝R8,R6=R7,并且前面的电阻R1=R3,R2=R4,那么
Vout＝（VIN2?VIN1）(1＋
R5R2) R6R1当图2—3所示电路中运方A1和A2同等的提高他们的差模增益时，共模增益也会随之提高。
三运方放大电路
图2—4所示电路图为放大电路的改进版，并且已经成为仪表放大器中最受欢迎的配置，这一经典运算放大电路是图2—3所示电路智能化的改进，同以前的电路一样，图2—4所示电路中的运方A1和A2用来缓冲输入电压。但是，在电路配置中，将电阻RG连接在两个缓冲放大电路之间，来代替电阻R6和R7，这样在电阻RG上就会出现差模电压（因为在两放大器连接点处的电压与它的正极输入电压是相等的）。因为放大器的输入电压（在运方A1和A2的输出端）分别不同的分担在电阻R5 R6和RG三个电阻之上，所以差模增益可以仅由电阻RG来改变。
图2—4典型三运放结构的仪表放大器
用这种连接方法还有另一个优势：一旦差分放大电路设置好了与之匹配的电阻，那么改变增益时不需要匹配其他电阻。如果电阻R5 = R6、 R1 = R3,、R2 = R4。那么
Vout= (VIN2 – VIN1) (1 + 2
R5R2) RGR13
仪表放大器的内部构造 英文翻译版要点
