仪表放大器(仪表放大器原理)

【技术文章】了解仪表放大器的秘密——钻石图工具

仪表放大器是一款适用于压力或温度测量等各种应用的优秀元器件，主要功能包括信号放大和阻抗适配。

在许多情况下，仪表放大器有参考输入引脚。增加基准引脚上的电压将使输出信号增加相同的电压。这样，仪表放大器的输出可以简单而精确地调整到ADC所需的输入电平，从而可以使用ADC的全部输入范围，并提高分辨率。在高共模信号的情况下，另一个优点是出色的共模抑制比和高精度。

图1显示了典型3运放设计中仪表放大器的内部原理图。AD8421功能多样，适合各种应用。

当使用仪表放大器时，应该认识到最大输出电压取决于输入信号(共模或差分信号)、增益、电源电压和可能的

产生这样的内部模拟信号后，不同的因素现在可能导致内部饱和，并可能减小最大工作区域。

这些因素如下：

输入电压信号对于预设增益太高

参考电压对于生成的输出电压信号太高

电源电压太低

输出电压和仪表放大器工作区域取决于最大输入信号、增益、参考电压和所选架构的限制，因此很难同时计算两者。如果把这些因素放在一个图中，就可以得到一个菱形图，叫做菱形图。菱形图的空间代表可能的工作区域。不容易计算，因为投入产出多。

仪表放大器钻石图工具是ADI公司开发的在线工具，可用于此类计算。该工具可以自动计算所需输出信号的参考电压、输入信号、电源电压和增益的可能配置。它以图形方式显示特定输出信号的可能参数组合。

该套件包含ADI仪表放大器的所有规格，使用快捷方便。

图1.典型仪表放大器的内部架构

图2.仪表钻石图

图3.仪表放大器简化原理图

图4.建议使用的仪表放大器

图2至图4显示了工具的图形用户界面及其菱形图、内部电路和推荐工具选项的相应窗口。

在第一个窗口(图2)中，您可以输入所有需要的参数，计算菱形图并可视化显示(可能的参数包括输入信号、增益、电源电压和参考电压)。对于输入信号，您可以选择共模信号或差分信号。此外，该工具有助于确定所选放大器的限制，并区分输入输出和内部限制。您现在可以估计工作区域了。一般来说，建议计算不要太接近菱形图的极限。

仪表放大器菱形图工具的第二个窗口提供了放大器的内部视图，并显示了详细的原理图(图3)。通过该视图，您可以看到技术细节和各自的内部电压。当您需要检查设计中可能存在的错误时，这一点很重要。还提供了一种控制模式来评估所选参数并提供替代方案(图4)。

借助仪表放大器钻石图工具，ADI可以帮助您揭开钻石图的秘密。该工具提供了一个简单的用户界面，可全天候在线使用。您可以随时选择和评估各种仪表放大器，并设计更复杂的原理图。

以下为测验：

请为AD8422选用差分输入，图中显示增益为100，正电源电压为15 V，负电源电压为-15 V。参考电压为0。共模电压为8 V。VDIFF 范围为100 mV至148.5 mV。请假设我们使用全温度范围和10kΩ的负载。请使用钻石图工具和数据手册解释为什么此设置无效。

Christoph Kämmerer [christoph.kaemmerer@analog.com]自2015年2月开始担任ADI公司现场应用工程师。他于2014年毕业于埃尔朗根-纽伦堡大学，获得物理学硕士学位。毕业之后，他曾在利默里克市ADI公司担任工艺开发实习生。2016年12月培训生项目结束后，Christoph正式成为ADI公司的现场应用工程师，专门针对新兴应用领域。