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1、智能仪器与系统5~6学时第二章智能仪器的输入/输出通道及接口技术（二）仪用放大器及隔离放大器主要讲解的内容:1)仪用放大器的作用及原理2)仪用放大器的接口及使用3)隔离放大器的作用及原理4)隔离放大器的接口及使用重点：1）了解仪用放大器的基本工作原理2)掌握程控指数增益仪用放大器和多档程控仪用放大器的使用及接口形式.3）了解隔离放大器的基本工作原理和使用用单个运放组成的基本放大器综合性能指标一般都不高，只能用在要求不高，条件不太恶劣的场合，当它们的性能不能满足应用要求时，可以使用仪用放大器。仪用放大器是一种精密
2、的差动电压增益器件，它的特点是：高输入阻抗，低偏置电流，低漂移，高共模抑制，平衡的差动输入和单端输出，放大增益可由用户选择电阻来设定。它的主要用途是作传感器信号的放大，或作差动小信号的前置放大。所以仪用放大器也是智能仪器中最常用的放大器之一。一.仪用放大器（测量放大器）1.仪用放大器的作用2.仪用放大器的工作原理仪用放大器又称测量放大器或数据放大器。典型的仪用放大器电路结构为对称性结构如左图所示：它由三个运放和几个电阻组成。由同相放大器A1,A2构成输入极,信号从A3输出,仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，
3、R3＝R4，R5＝R6。则放大器闭环增益为：从上式可看出:①由于电路参数选择对称形式,放大倍数和二个输入端的失调电压无关.所以输出信号不会受共模干扰的影响.即仪用放大器可抑制共模干扰.②改变电路参数RG或R都可改变其放大倍数.③一般为了保证电路参数的对称性，改变增益最合理，最简单的办法是改变RG的阻值。当采用集成仪用放大器时，RG一般为外接电阻④若改变RG的阻值用程序控制,就可成为程控仪用放大器.假设R3=R5，即第二级运算放大器增益为1，则可以推出仪用放大器闭环增益为：2）仪用放大器特别适合用于长距离的测量。
4、3.仪用放大器的特点及应用1）仪用放大器由于采用对称结构且信号直接加在输入端，因此输入阻抗很高，有很强的抑制共模干扰能力。例如工业过程中的温度传感器热电偶就经常用在很恶劣的环境中，如用普通放大器放大这样微弱的传感器输出信号，放大器对干扰的抑制能力作用将很弱。一般使用差分仪用放大器.如下图所示:图中使用可变增益放大器PGA203作为输出放大器,由二个运放OPA27作为输入放大器,电阻网络选择对称形式,使之构成的仪用放大器.在原有的放大器的增益的基础上增加了100倍,分别得到了101,202,104,108的放大倍
5、数,适当改变200Ω(RG)的阻值,和程控放大器一样还可得到其它放大倍数.例如AD512,AD522，AD612，AD614,AD620，AD623都是美国AD公司生产的集成仪用放大器芯片，另外INA114/118则是BB公司提供的二种高精度仪用放大器。其主要性能指标均超过AD512,还有MAX公司的MAX4195/4196/4197等其中INA114是一种通用仪用放大器,尺寸小,精度高,价格便宜.例1)INA114主要性能如下:4.集成程控仪用放大器1)典型的程控仪用放大器集成电路芯片电源引起的失调是指电源电
6、压每变化1%，引起放大器的漂移电压值.对于共电源系统，该指标则是设计系统稳压电源的主要依据之一从上图可看出,由三个放大器和一些电阻构成,电阻选择对称形式.V0(6引脚)为输出信号,V1+和V1-(2,3引脚)为对称输入信号,(4,7引脚)为供电电源,(1,8引脚)为外接可调电阻RG,(5引脚)为基准电压端.使用时基本连接方法如下图所示:50K二个内部反馈电阻之和,RG为外部可调电阻.利用仪用放大器AD612或AD614外接多路开关组成，其原理图如下：例2程控指数增益仪用放大器八选一多路开关四选一多路开关仪用放
7、大器(23.24)引脚为输入信号端,14引脚为输出信号端3-12引脚为内部可调电阻端八选一多路开关四选一多路开关仪用放大器使用2片模拟多路开关AD7503，AD7510，其中AD7503为八选一的模拟多路开关接3-10引脚用于选择2-256倍增益电阻；AD751接11-12引脚,用于选择29.210倍增益电阻.八选一多路开关四选一多路开关仪用放大器控制端口用8031单片机的P1.0-P1.3，其输出控制代码NC与闭环增益Aƒ的关系是：由P1.3控制使能端,P1.0-P1.2控制增益的放大倍数.当0NC<8时（
8、低8位时），P1.3=0，AD7503被选通，选通21-28的闭环增益；当8NC9时，（高2位时）P1.3=1，AD7503被禁止，AD7510工作，选通29，210的闭环增益。使用AD612或AD614外接电阻替代RG实现多档增益程控仪用放大器。如下图所示：各档增益所需RG的阻值可用下式计算：其中Aƒi为各档所需闭环增益。例3:多档程控仪用放大器程控仪用放大器在仪用放大器中，前级
