精密低功耗仪表放大器INA118及其应用

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《国外电子元器件》2000年第6期2000年6月

图1INA118的内部电路

图2

INA118的引脚排列

精密低功耗仪表放大器INA118及其应用

信息产业部电子六所

杨昌金北京联合大学机电工程学院

王涛

Precision And Lo w Po wer Instrument Am p l if ier INA118

Yan g Chan gj in

Wan g Tao

摘要:INA118是美国B -B 公司生产的精密仪表放大器,它在内部集成了输入保护电路,其增益可由外部可调增益电阻R g 进行调节。本文介绍了INA118的原理、特性及应用电路。关键词:共模抑制;频带宽度;增益;轨至轨;INA118分类号:TN 722文献标识码:B 文章编号:1006-6977(2000)06-

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●新特器件应用

1.概述

INA118是美国B -B 公司生产的精密仪表放

大器系列中的一种,它具有精度高、功耗低、共模抑制比高和工作频带宽等优点,适合对各种微小信号进行放大。INA118独特的电流反馈结构使得它在较高的增益下也能保持很高的频带宽度(G =100时带宽为70k Hz )。

INA118由三个运算放大器组成差分放大结构,其内部电路如图1所示。内置输入过压保护,且可通过外置不同大小的电阻实现不同的增益(从1

到1000),因而应用范围很广。

2.引脚图及引脚功能

INA118的引脚排列如图2所示。各引脚的功

能说明如表1所列。

3.电气参数

INA118的主要参数如下:

●最大偏移电压:50μV ;●最大温漂:0.5μV /℃;●最大输入基极电流:5nA ;

●最小共模抑制比:110dB ;

●输入过压保护电压:±40V ;●电源电压:±1.35V ～±18V ;●溃散电流:350μA ;●带宽:单位增益时为800k Hz ;●稳定时间:单位增益时为25μs ;●过载恢复时间:20μs ;●工作温度范围:-40℃～85℃;●封装形式:8脚D IP 或SO 。

4.工作原理

INA118由于内含输入保护电路,因此,如果输

入过载,保护电路将把

输入电流限制在1.5到5mA 的安全范围内,以保证后续电路的安全。

此外,输入保护电路还

能在无电源供电的情况

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下对INA118提供保护。其差分输入电压由晶体管Q 1和Q 2缓冲之后送入芯片内部进行放大处理。

INA118通过在脚1和脚8之间外接一电阻R g 来实现不同的增益,该增益可从1到1000不等。电阻R g 的大小可由下式决定:

R g =50k Ω/(G -1)式中:G 为增益

由于R g 的稳定性和温度漂移对增益有影响,因此,在那些需要获得高精度增益的应用中对R g 的要求也比较高,应采用高精度、低噪声的金属膜电阻。此外,高增益的电路设计中的R g 值较小,如G =100时的R g 值为1.02k Ω;G =1000时的R g 值

为50.5

Ω。因此,在高增益时的接线电阻不能忽略,由于它的存在,实际增益可能会有较大的偏差,因而,计算得到的R g 值需要修正。修正的具体方法是用一个可调电位器替代R g ,调节电位器使得输出电压与输入电压的比值达到设计所要求的增益值。

另外INA118具有很低的偏移电压和偏移电流,但是在很多应用场合中要求外部偏移电压和偏移电流为零,所以必须外加如图3所示的偏移调零电路。

5.注意事项

为了更好的使用INA118,使用时应注意以下几点:

●Ref 引脚应接地或对地串接一个阻值很低的电阻,以获得很好的共模抑制比。

●基极偏置电流回路是INA118正常的关键。正常情况下基极偏置电流大概在±5nA 左右。图4所示

是三种不同应用场

合的基极偏置电流回路的接法。根据不同情况,采用这些电路可使输入回路处于平衡状态。

●共模输入电压应该严格地限制在正电源电压以下0.6V 和负电源电压以下1V 之间,如果共模输入电压超出这个范围,那么差分放大器的输出电压将接近于零。

6.应用

在工业现场,设计人员需要把不同频率、不同大小的脉冲信号通过放大和整形,再由光耦隔离电路将信号送往数字电路进行处理。由于现场存在各种干扰,尤其是共模干扰比较严重,所以普通单端运算放大器无法对信号进行准确的放大。而INA118作为精度高、频带宽、共模抑制比高的新型仪表放大器很适合用来完成信号放大的任务。图5是笔者曾经设计的一个用来对0.05V ～10V (0.5Hz ～15k Hz )的脉冲进行放大、整形的实际电路。它由二极管限压输入电路、INA118差分放大电路和L M324滞环比较电路组成。实践证明,IN 2A118不仅在很宽的频带范围内能很好的工作,而且具有很高的抗干扰能力,是一种使用非常方便的仪表放大器。咨询编号:000604

图3外加偏移调零电路

图5由INA118组成的放大整形电路

图4基极偏置电流回路图

精密低功耗仪表放大器INA118

及其应用