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3运放组成的仪表放大电路原理解析差分输入特例

有些传感器的输出阻抗大,那就要求运放的输出阻抗更大,以免运放破坏传感器的电流回路。我们知道,运放的同相输入端阻抗大,反相输入端阻抗小,所以我们需要使用一级缓冲器来采集信号。那这个缓冲器怎么设计?就是个同相放大器。这个实例,我只讲一下仪表放大电路的设计注意事项以方便的让大家学会3运放仪表放大器的使用。对原理感兴趣的同学可以查阅我其他的经验。有详细的讲解
工具/原料

multisim 12和谐版

方法/步骤
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首先按照标准的3运放仪表放大器电路搭建仿真电路

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将 Rg换成电位器r8和r9用来微调输出误差r11,r10和r12用来调节参考电压,实际上电阻是有误差的,所以实际应用的时候,电位器不会是在50%的位置,所以最好不要省略。精度要求低直接接地也可以。调整步骤:1:先把运放的输入端接地,调整R10,使输出尽可能接近0v,2:U1C输入端接地,U1B输入端接入电压信号。比如实例中的是0.001A*1R=0.001v。3:放大倍数的计算,使用步骤一的公式计算为A=((2*30k)/20k+1)*100k/10k=4*10=40倍,输出应该是40mv,调整电位器R8,使输出接近40mv

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U1B和U1C组成是同相放大器,用户可以得到所要求的前端增益(由R6来决定),而不增加共模增益和误差,即差分信号将按增益成比例增加,而共模误差则不然,所以比率〔增益(差分输入电压)/(共模误差电压)〕将增大。因此CMR理论上直接与增益成比例增加,这是一个非常有用的特性。 最后,由于结构上的对称性,输入放大器的共模误差,如果它们跟踪,将被输出级的减法器消除。这包括诸如共模抑制随频率变换的误差。上述这些特性便是这种三运放结构得到广泛应用的解释。其输出Vout=(Vin2-Vin1)*(1+(2R1/R6)*((R8+r9)/R3)Vin2为U1c的输入电压Vin1为U1B的输入电压

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再来放一个典型的差分运放。这就是在3运放仪放中摘出来的U1A,如果R1 = R3,R2 +R5= R4,则VOUT = (VIN2—VIN1) ( (R2+R5) /R1 ) 这一电路提供了仪表放大器功能,即放大差分信号的同时抑制共模信号,但它也有些缺陷。首先,同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 10 kΩ,而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的11倍,即110 kΩ。因此,当电压施加到一个输入端而另一端接地时,差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。(这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。)另外,这一电路要求电阻对R1 /(R2+R5)和R3 /R4的比值匹配得非常精密,否则,每个输入端的增益会有差异,直接影响共模抑制。注:R5用来调节输出,可以当成是R2.

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