仪表运放其实就是对普通运放的进一步的综合运用或者说是一个特殊差分输入的应用。先看下面的经典电路图图片。
图中运放部分也可以看出来,它是分成了两级。前级是输入的缓存,有了这一级,提高了输入阻抗,同事把共模信号也给滤除了。输出是差分放大,也就是一个减法器的功能。
现在我们来分析一下这个电路。有三个电源,分别是VCM共模电压,Vi1输入1,Vi2输入2,我们先看前级,假如先忽略Vcm,那么就是就U2和U3输出之间的电压。
图中已经标出要求的电压的位置。同时由虚短和虚断的概念,可以看出U2的反向输入为Vi1, U3的反向输入为Vi2,换句话说,输入电压就是加在了Rgain这个电阻上。流过电阻Rgain的电流,流过了R6跟R5,那么如果求图中所问的电压,也就是求R5,R6和Rgain上的电压,最简单的电阻串联电路,很好求吧。所以第一个Vibout= (Vi2-Vi1)((R5+R6+Rgain)/Rgain)=(Vi2-Vi1)(1+2R5/Rgain), 因为R5=R6,R5+R6=2R5。减法器的增益就是电阻之比,所有输出的加法器增益就是R2/R1,此处R1=R2.总的输出为:
Vout = (Vi2-Vi1)×(1+2R5/Rgain)×R2/R1 = (Vi2-Vi1)×(1+2R5/Rgain)
从这个公式中,我们可以看到,通过调节Rgain就可以很简单的调节这个电路的增益了。
现在在来看一下共模怎么被滤除的,其实用公式算一算就比较简单。在此种情况下,U3的正向输入端,就是Vi2+Vcm,同理U3的反向输入也是这个电压,虚短的概念。U2的正向和反向输入也成了Vi1+Vcm。那么这次加在Rgain上的电压为:
(Vi2+Vcm)-(Vi1-Vcm) = Vi2-Vi1,看看结果是不是跟不加共模干扰同样的效果?所以这里的共模就被滤除了。这也是这个电路的好处。
就说到这里,有问题可以提问。