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
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
,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: