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仪表放大器及应用


然电阻器件精确匹配,但其绝对值的变化范围是±25%。对于MAX4198,同相输入阻抗典型值是50kΩ,反相输入阻抗典型值是25kΩ。对于MAX4199,同相输入阻抗典型值是275kΩ, 反相输入阻抗典型值是25kΩ。内部运算放大器的共模输入电压范围为VEE~(Vcc-1.1V)。内部运放的输入不具备满摆幅特性,但MAX4198的内置电阻为一个分压器,它使得输入共模电压范围可超出电源摆幅。当VCC为5V时,MAX4198的输入范围可超出电源摆幅100mV,而且不会造成共模抑制比性能的下降或输出与输入的相位反转。而MAX4199输入共模电压范围可扩展到负电源电压以下的100mV~(Vcc-1V)。当R1=R2=R3=R4时,标准差分放大器的简化方程是Vo=Vb-Va;因此,四个电阻值的任何不匹配都会导致CMR的下降。

图4


    虽然分离差分放大电路已被广泛使用,但它还有以下主要缺陷:

●输入电阻等于R1,相对较小;

●输入电阻通常存在较大差异;

●电阻一定要非常精确地匹配才能得到可接受的共模抑制比;

●较高频率时输入阻抗的差异可使CMR下降;

●信号源阻抗对CMR影响较大。

3.2 运放结构

MAX4194-MAX4197系列低功耗仪表放大器属于三运放拓扑,其拓扑结构如图4所示。它的输入级由两个运放组成,这两个运放可提供固定的差分增益和单位共模增益;输出级是常规的差分放大器,具有115dB的共模抑制比(G=+10V/V)。MAX4194的增益可由外部设定(+1V/V~+10,000V/V);MAX4195-MAX4197则由内部设置增益,固定增益分别为:+1V/V、+10V/V和+100V/V。放大器的共模电压输入范围是(VEE+0.2V)到(VCC-1.1V)。理想情况下,仪表放大器只对作用在IN+和IN-两个输入端的差分电压有响应,当两个输入端电压相同时,输出为VREF。IN+与IN-之间的差分电压将在增益设置电阻上产生相同的电压和相应电流(IG),该电流流过两个输入运放A1和A2的反馈电阻可产生的电压差为?

VOUT2-VOUT1=IG×(R1+RG+R1)

其中,VOUT1和VOUT2是A1和A2的输出电压,RG(内置或外接)是增益设置电阻,而R1是输入运放的反馈电阻。此时,IG将由下式决定:IG =(VIN+ - VIN-)/RG。仪表放大器输出电压(VOUT)由下式表示:

VOUT=(VIN+-VIN-)×(2R1/RG+1)

共模输入电压范围是电源电压和放大器输出电压的函数。当电源为VCC,REF端接VCC/2时,可以得到最大的输出信号摆幅,此时所产生的输出电压的摆幅为±VCC/2;若输出电压的摆幅没有达到最大值,则共模输入电压的范围还可相应增加。如果仪表放大器选择得不合理,共模输入电压范围可能会受到电源电压、增益和REF引脚电压的影响。其原因是各内部结点的电压会使放大器不再工作在线性区,而进入饱和区。图5是MAX4194的典型共模输入电压范围与输出电压摆幅间的关系(单位增益,单电源(VCC)为5V时,偏置参考电压VREF为VCC/2=+2.5V)。图中,A点到D点分别对应于输入放大器的满量程输入电压范围?VEE+0.2V? 到?VCC-1.1V?。其它点(B、C、E和F)则由输入放大器的输入电压范围减去产生相应输出所需要的差分输入幅度来决定。对于更高增益的配置,端点B、C、E和F上的共模电压范围还会增大,因为对于给定的输出电压,只需更小的差分输入电压即可。

增益设置电阻Rg是仪表放大器的关键部件,其温度系数对于放大器的总体性能有较大影响。内置Rg的仪表放大器具有较好的温度系

《仪表放大器及应用(第2页)》
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