精密仪用放大器INA114原理及应用

精密仪用放大器INA114原理及应用精密仪用放大器INA114原理及应用摘要: 第一章引言 INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器，具有成本低、精度高通用性强等优点，三运放结构设计，减小了尺寸，拓宽了应用范围。利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节，内部输入防护可承受高达,40V的共模电压而不会损坏。 INA114具有低失调电压(50,V)、低漂移(0.25,V/:C)和高共模抑制比(当G = 1000时为115dB )。能在,2.25V低电源情况下工作，也可用5V单电源工作。静态工作电流最大3m...

精密仪用放大器INA114原理及应用摘要: 第一章引言 INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器，具有成本低、精度高通用性强等优点，三运放结构设计，减小了尺寸，拓宽了应用范围。利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节，内部输入防护可承受高达,40V的共模电压而不会损坏。 INA114具有低失调电压(50,V)、低漂移(0.25,V/:C)和高共模抑制比(当G = 1000时为115dB )。能在,2.25V低电源情况下工作，也可用5V单电源工作。静态工作电流最大3mA。第二章 INA114结构原理及特点一、特性 1(低失调电压: 最大50,V 2(低漂移: 最大0.25,V/:C 3(低输入偏流: 最大2nA 4(高共模抑制:最小115dB 5(输入过压保护:,40V 6(宽电源范围: ,2.25 —,18V 7(低静态电流: 最大3mA 二、应用 1(电桥放大器 2(热电偶放大器 3(RTD感测放大器 4(医用放大器 5(数据采集三、结构原理图 INA114结构原理图如图1所示: 图1 结构原理图 -1( V(脚2):信号反向输入端。该端与信号同相输入端(脚3)构成差分输入。 IN +2( V(脚3):信号同向输入端。 IN 3( 增益调整(脚1、8):该端接外接增益调整电阻器R。 G 4( V(脚6):放大器输出端。 O 5( Ref(脚5):参考电压输入端，通常接地。为确保良好的共模抑制，连接必须是低阻抗的，如果一个5,的电阻串接在此脚，将引起共模抑制比典型值下降到80dB(G=1)。三、工作原理分析 1(三运放仪用放大器电路结构仪用放大器的三运放结构，是在差动运放的基础上发展起来的一种比较完善的结构形式，如图2所示，其中，A1、A2为同相放大器，A3为差动放大器，三个运放都具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声等特性，且A1、A2性能完全匹配。图2 三运放仪用放大器电路结构 2(工作原理分析 (1)当Ui1单独作用，即Ui2 = 0时:Ui2 = 0， UN = 0 R，RR123,U,U,U,,Uo1i1o2i1R R11(2)当Ui2单独作用(Ui1= 0)时:Ui1 = 0， UM = 0 R，R12,,U,URo2i22,,U,,URo1i2 1R1(3)当Ui1、Ui2同时作用时: RRR，122 ,,,,,UUUUU,，i1i2o1o1o1RR11 RRR，133,,,,,UUUUU,，i2i1o2o2o2RR 11 当满足电阻匹配条件，即 R5 = R4 , R7 = R6 , R3 = R2时，输出电压为: RRRRR()，，66123UUU,,(),,()UUi2i1oo2o1RRR 414 选择R2,R6=R，则增益为: R(R，R，R)2R6123G,,1，RRR1 14 因此，INA114的增益为: 50k,G,1， RG 其中，R是外接电阻器，50k是内部两个反馈电阻值的和。 ,G 第三章 INA114基本应用简介一、增益设定 INA114的增益由一个外部链接电阻RG设定，常用增益和相应的电阻值表示在图1中。图3 INA114基本应用连接图用来设置增益的外部电阻RG的稳定性和温漂也对增益有影响。RG对增益精度和增益漂移的影响,可以由增益公式直接推导出来。高增益需要低阻值,所以接线电阻就很重要。管座引入的接线电阻会使增益误差额外地增加100甚至更多,并且很可能是不稳定的误差。二、失调电压调整 INA114用激光来修正微小的失调电压和漂移,在多数应用中不需要外部失调调整，当输出电压失调需要调整时，可按照图4连接。为保证低阻抗连接，通过运放对调整电压进行缓冲。图4 输出电压失调调整电路图在大多数应用中,INA114产生的噪声都很小。对于小于1kΩ的差动信号源电阻,INA103产生的噪声更小;信号源电阻大于5kΩ时,INA111型FET输入仪用放大器产生的噪声更小一些。 INA114的低频噪声频率峰-峰值约为0.4μV(从0.1Hz到10Hz)。这大约是使用斩波稳零的“低噪声”放大器所产生的噪声的十分之一。三、输入偏流回路 10INA114的输入阻抗近似为10,，输入偏置电流小于,1nA。高输入阻抗也表示输入偏置电流随输入电压的变化很小。输入电路必须为INA114正常工作提供一个偏流路径，没有偏流回路，输入就会浮置在某个超过共模范围的电平上，并使INA114饱和。如果差分信号源输入阻抗低，偏流路径可直接接到一个输入端上。当信号源阻抗较高时，利用两个电阻器构成均衡输入电路，尽可能降低由于偏流产生的失调电压和保证良好的共中表示各种不同情况下提供的偏流回路。模抑制比。图5 图5 各种共模输入电流路径第四章应用设计一、电缆线屏蔽层驱动电路电缆线屏蔽层驱动电路如图6所示。信号在长距离差分传送时，用电缆线进行连接，为保证电缆线的屏蔽层与INA114共模电压同电位，通过运放连接，将屏蔽层驱动到共模电位。图6 屏蔽层驱动电路本电路采用两个22.1k为运放提供输入信号，同时均衡共模电压。电路增, 益电阻为: 0.511*2(22.1) RG,,0.505k,0.511，2(22.1) 查图3中的表可知，此电路增益为G=100。二、RTD温度测量电路利用电阻温度探测器(RTD)构成的温度测量电路如图7所示。图7 RTD温度测量电路图 R为RTD温度测量电阻的最小电阻，两个100A恒流源分别驱动RTD,Z 和R，仪用放大器INA114测量放大RTD和R上的电压差，调整RZ的值，ZZ 使在R=(R)时，V=0V。由于电路结构的对称性，消除了由于接线产生的ZRTDMINO 共模输入型号的影响。三、具有冷端补偿的热电偶放大器电路图示为由INA114构成的有冷端补偿的热电偶放大器。采用REF102精密基准电压源(10.0V)对热电偶供电，热电偶产生的电压由INA114放大后输出。 o二极管1N4148在200μA时为-2.1mV,C，100Ω电位器R6用于电路调零。如选用其他型号的热电偶，可参照下表。图8 具有冷端补偿的热电偶放大器电路图四、交流耦合仪用放大器电路图示为由INA114构成的交流耦合仪表放大器。OPA602构成具有交流特性的反馈电路，fdb=1/2R1C1=1.59Hz。将信号反馈到INA114的Ref,-3 端(5脚)，由此组成交流耦合电路。图9 交流耦合仪用放大器电路图五、差分电压/电流转换器图10 差动电压—电流变换电路图图示为差动电压—电流变换电路。INA114输出经由R1及A1构成电流源，因运算放大器输入阻抗极高，偏流极小，即I>>I，因此，输出电流I=Io可以LBL看作是恒定的，只与输入电压和R1有关，Io=(VIN,R1)×G。第五章结论主要写通过课程设计自己在那几个方面得到提高参考文献:

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