使用儀表放大器的高性能加法器

隨著儀表放大器價(jià)格的逐步下滑，它們可以為傳統(tǒng)上采用運(yùn)算放大器的應(yīng)用提供更高的性能。圖1中的運(yùn)放加法器有一些缺點(diǎn)。首先，輸入端為中低輸入阻抗，這是由每個(gè)信號(hào)的輸入電阻所決定的。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)源阻抗較大，或需要設(shè)計(jì)低阻驅(qū)動(dòng)源時(shí)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生增益誤差。另外，電路也沒有共模抑制能力，因此輸入端必須是單端的。最大增益的通道限制了整個(gè)系統(tǒng)的性能。一個(gè)通道的較高增益會(huì)產(chǎn)生較低帶寬、較大失真，并增加系統(tǒng)所有通道上的噪聲。為限制這些作用，即使低性能的加法器也需要高性能、大帶寬的運(yùn)放。

圖1，一種采用單運(yùn)放的典型加法器結(jié)構(gòu)。

這款運(yùn)放加法器的噪聲增益為1+10,000/(10||10,000)。最高增益的輸入信號(hào)以及10Ω阻抗決定了噪聲增益，但所有的輸入緩沖器都增加了偏移電壓、增益誤差、噪聲與失真。你可以用儀表放大器增加輸入阻抗，提高共模抑制能力。一只儀表放大器的輸出電壓與正、負(fù)輸入端之間的壓差成正比。在RG腳連接一只電阻RGAIN，就可將此信號(hào)放大(圖2)。輸出電壓產(chǎn)生于參考腳與輸出腳之間。這種結(jié)構(gòu)可以用參考腳將一個(gè)加法器結(jié)構(gòu)中的多個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)起來(lái)。每個(gè)儀表放大器的增益可以設(shè)定為不同值。

圖2，兩只儀表放大器為該加法器電路提供了更多的輸入阻抗。

圖3，在高于300 Hz頻率下，儀表放大器結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更強(qiáng)的THD+N性能。

本系統(tǒng)比簡(jiǎn)單的運(yùn)放加法器有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，每個(gè)輸入端都有極高的輸入阻抗，并有獨(dú)立的共模抑制能力，它由連接到該通道上的儀表運(yùn)放所決定。通道增益越高，則共模抑制越大，得到的誤差越小。還可以使用儀表放大器的反相與非反相端，方便地加減信號(hào);如果愿意，該放大器也可以使用差分輸入信號(hào)。此外，每個(gè)信號(hào)的失真、噪聲增益和帶寬都與其它信號(hào)無(wú)關(guān)，從而有較低的偏移電壓、增益誤差、噪聲和失真。圖3的THD+N(總諧波失真加噪聲)圖表明，儀表放大器加法器的失真為運(yùn)放加法器的五分之一，哪怕所用儀表放大器的帶寬為1MHZ，并工作在1mA，而運(yùn)放帶寬為8 MHz，工作在4.5mA。

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