仪用放大器

实验报告

课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩：

实验名称：仪用放大器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名： 一、实验目的二、实验内容与原理 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 五、实验心得

一、实验目的

1．了解仪表放大器与运算放大器的性能区别 2．掌握仪表放大器的电路结构及设计方法 3．掌握仪表放大器的测试方法

4．学习仪表放大器在电子设计中的应用

二、实验内容与原理

仪表放大器时一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比CMR K ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对微弱信号进行高精度处理。常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件

仪表放大器电路的实现放大主要分为两大类：第一类由单运算放大器（例如集成运放LM424）组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下：

由三运算放大器构成的仪表放大器具有以

下特点：输入缓冲电路增加了输入阻抗，差分

电压按[12*(/)]F G R R 的增益系数被放大，而共模信号讲义单位增益通过输入缓冲器，即不增加共模增益和误差；改变滑动变阻器的阻值即可调整差分增益；用实现了输出级点则比率匹配方式调节共模抑制比CMRR 。因为调节电阻的比率比调整电阻的绝对值要容易；另外，由于仪表放大器在结构上的对称性，输入放大器的共模误差将被输出级的减法器消除。因此，仪表放大器常被用来放大桥接传感器的差分输出以及维系哦啊的桥接器输出信号，并同时抑制较大的共模电压。

装订线

利用右图简化图推导仪用放大器的差模电

压放大倍数为1

3

(12*)*f

VD

g

R

R

A

R R

=+，所以实验

过程中调节

G

R，即滑动变阻器的大小即可调整

差模放大倍数

另一类仪表放大器的实现方法的实现由单

片集成芯片（例如：INA128）为核心，设计出不

同的仪表放大器电路如下：INA128采用单个外部电阻可实现从1~10000

的任一增益选择。INA128提供工业标准的增益等

式与AD620兼容。具有最大为50μV的低偏置电

压、0.5μV/℃的低温度漂移、5nA的低输入偏置电

流，最小为120dB的高共模抑制比CMR，±2.25~

±18V的宽电源电压范围，700μA的低静态电流

等特点。该电路增益计算公式为

50

1

VD

G

K

A

R

Ω

=+。

INA128仪表放大器可广泛地应用于桥式放大器、

热电偶放大器、RTD传感放大器、医疗仪器、数据

获得等

本实验过程中主要利用以上设计出的两种仪

表放大器测量仪表放大器的如下性能：

A、电压增益测量：从信号源

S

V输入正弦波，改变输入信号幅度或频率，用示波器监视输出波形，

B、在不失真的情况下，测量输入电压

i

V为最大或最小时的电压增益，及最大不失真增益，并计算出共模抑制比

C、通频带的测量：在保持输入电压不变的情况下，测量当电压放大倍数变为中频带的0.707倍时的频率大小

三、主要仪器设备

电路实验板、通用运算放大器、电阻电容等元器件、MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源。

装订

线

四、实验数据记录、处理与分析

仪表放大器是一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。

仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定；而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比KCMR ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。

当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。

常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。

①【差模共模信号】

实验仿真：

（1）电桥输入电路：

由电路图可知，改变滑动变阻器的阻值即可改变A点的电压。左图中A与B点的共模电压为V1=VA+VB

2

=10+8

2

=9V，差模电压为V2=V A−V B=10−8=2V。

同理右图中共模电压为V1=VA+VB

2

=8.571+8

2

=8.285V，差模电压为V2=V A−V B=0.571V。

（2）信号源输入电路

将信号源输出信号转化为差分信号的电路如下所示：

共模电压峰峰值为V1=VA+VB

2

=49.99+49.98

2

=49.985mV，差模为V2=V A−V B=0.01mV。