基于AD624的仪表放大器电路

在全国大学生电子设计竞赛中，放大器类的题目有宽带放大器（第六届，2003年）、高效率音频功率放大器（第五届，2001年）、测量放大器（第四届，1999年）和实用低频功率放大器（第二届，1995年），其他竞赛作品的设计与制作也常常需要使用放大器电路，放大器芯片的选择和应用电路设计的熟练程度是竞赛作品能否成功的关键之一。本章分八个部分，分别介绍了仪表放大器电路、FET输入仪表放大器电路、差分放大器电路、隔离放大器电路、隔离放大器电路、采样保持电路、宽带放大器电路、音频功率放大器电路等集成电路芯片的主要技术性能与特点、芯片封装与引脚功能、内部结构、工作原理和应用电路设计。

3.1 仪表放大器电路设计

3.1.1 基于AD624的仪表放大器电路

1. AD624的主要技术性能与特点

AD624是ADI公司生产的精密仪表放大器电路，具有峰峰值＜0.2μV（0.1Hz～10Hz）的低噪声，＜5×10-6/℃（G=1）的低增益漂移，非线性<0.001％（G＝1～200），共模抑制比最小为130dB（G＝500～1000），输入失调电压最大为25μV，输入失调漂移最大为0.25μV/℃，增益带宽为25MHz，利用引脚端可设置增益为1、100、200、500或者1000，内置补偿电路，无需外接元器件。工作电源电压±6V～±18V，电流消耗5mA。工作温度范围为AD624A为-25℃～+85℃，AD624S为-55℃～+125℃。

2. AD624的引脚功能与封装形式

AD624采用DIP-16封装，引脚端8（+VS）和7（-VS）连接电源电压的正端和负端；引脚端1（-INPUT）和2（+INPUT）为放大器的正负输入端；引脚端16（RG1）和3（RG2）以及引脚端31、12和11（G=100、G=200、G=500）为增益设置引脚端；引脚端4和5（INPUT NULL）为输入零点调节端；引脚端14和15（OUTPUT NULL）为输出零点调节端；引脚端9（OUTPUT）为输出引脚端；引脚端6（REF）为基准引脚端。

3. AD624的内部结构与应用电路

AD624的芯片内部包含有前置放大器、增益调节电阻和输出放大器等电路。 （1）增益设置

在G=100和RG2之间直接连接一根导线，可设置增益为100。采用同样的方法，可设置增益为200或者500。

AD624的增益设置电路如图3.1.1和图3.1.2所示。在图3.1.1中，改变连接在RG1和RG2之间的电阻RG可调节AD624放大器的增益为：

在图3.1.2中，改变连接在SENSE和REF之间的电阻R1、R2、R3也可调节AD624放大器的增益，计算公式如下：

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要求：。

图3.1.1 AD624的增益设置电路（增益G＝20）

图3.1.2 AD624的增益设置电路（增益G＝2500）

（2）接地

在一个数据采集系统中，AD624的接地电路形式如图3.1.3所示。

图3.1.3 AD624的接地电路形式

（3）AD624构成的桥式传感器测量电路

AD624构成的桥式传感器测量电路如图3.1.4所示，AD584和AD707构成一个可调的基准

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电压源，输出电压为10V。电位器R6和R2完成零点的粗调和细调。如果传感器桥路灵敏度为2mV/V，输出满刻度为10V。

图3.1.4 AD624构成的桥式传感器测量电路

3.1.2 基于INA114仪表放大器电路

1. INA114的主要技术性能与特点

INA114是TI公司生产的（原BURR-BROWN公司）精密仪表放大器电路，失调电压最大值为50μv，温度漂移最大值为0.25μV／℃，输入偏置电流最大值为2nA，共模抑制比最小值为115 dB，输入过压保护为±40V，电源电压范围为±2.25V～±18V，电流消耗最大值为3mA，工作温度范围为–40～+85℃。

2. INA114的引脚功能与封装形式

INA114采用DIP-8和SOL-16两种封装，引脚端VIN和VIN为放大器信号输入端，V+和V-为电源电压正端和负端，RG连接增益调节电阻，VO为放大器输出端，Ref为基准引脚端，Feedback为输出放大器反馈引脚端。

＋

－

3. INA114的内部结构与应用电路

INA114的芯片内部包含有3个运算放大器、输入保护等电路。

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（1）增益设置

INA114放大器的增益由连接在RG引脚端的电阻RG设置，增益G的计算公式如下：

输出电压与输入电压的关系为VO=G×（VIN－VIN）。

在需要较大增益时，电阻RG值较小，如5000倍的增益对应的RG值仅为10Ω，因此需要注意线路电阻对放大倍数影响。为了减小增益漂移，外接电阻的温度系数必须很低。另外，增益大小与被测信号频率高低也有很大关系，根据器件的增益带宽积指标，当输入信号频率在1kHz时，增益大小不能超过1000倍；当输入信号频率为100 kHz时，增益值不能超过10倍。 （2）输出偏移微调

输出偏移微调电路如图3.1.5所示，在Ref引脚端加上一个外部电压进行调节。

＋

—

图3.1.5 INA114的输出偏移微调电路

（3）热电偶放大器电路

使用INA114构成的热电偶放大器电路如图3.1.6所示，电路具有冷端补偿，对于不同类型的热电偶，电阻R2和R4的取值不同，见表3.1.1。

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图3.1.6 使用INA114的热电偶放大器电路 表3.1.1 对于不同类型的热电偶电阻R2和R4的取值 热电偶类型 E J K T R2 （R3 = 100Ω） 3.48kΩ 4.12kΩ 5.23kΩ 5.49kΩ R4 （R5 + R6 = 100Ω） 56.2kΩ 64.9kΩ 80.6kΩ 84.5kΩ （4）心电图放大器电路

使用INA114构成的心电图仪放大器电路如图3.1.7所示，G=10。

图3.1.7 使用INA114构成的心电图仪放大器电路

3.1.3 基于PGA206/207的可编程增益仪表放大器电路

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1. PGA206/207的主要技术性能与特点

PGA206/207是TI公司生产的（原BURR-BROWN公司）可编程增益的仪表放大器电路，增益设置采用数字控制，PGA206的增益为1、2、4、8，PGA207增益为1、2、5、10；增益设置时间为3.5μs（0.01%）；采用FET输入，IB=100pA；失调电压最大为1.5mV，输入过压保护为±40V，电源电压范围为±4.5V～±18V，电流消耗最大值为13.5mA，工作温度范围为-40℃～+85℃。

2. PGA206/207的引脚功能和封装形式

PGA206/PGA207采用DIP-16或者SOL-16封装，引脚端V+IN和VIN为放大器信号输入端，V+和V-为电源电压正端和负端，VO为放大器输出端，Ref为基准引脚端，Sense（Feedback）为输出放大器反馈引脚端。VOSAdjust为输入偏移调节引脚端，Dig.Ground为数字地，A1和A0为增益设置引脚端。

－

3. PGA206/207的内部结构与应用电路

PGA206/PGA207的芯片内部包含有3个运算放大器、数字控制的增益设置网络、输入保护等电路，增益设置如表3.1.2所列。

表3.1.2 PGA206/PGA207的增益设置 增益 PGA206 1 2 4 8 PGA207 1 2 5 10 A1 0 0 1 1 编码 A0 0 1 0 1 采用PGA207与PGA103构成的数字控制的宽增益范围的放大器电路如图3.1.8所示，增益设置范围如表3.1.3所列。

图3.1.8 数字控制的宽增益范围的放大器电路

表3.1.3 PGA207与PGA103构成的放大器的增益设置范围 增益 1 2 5 10 20 50 A1 0 0 1 1 0 1 A0 0 1 0 1 1 0 A3 0 0 0 0 0 0 A2 0 0 0 0 1 1 109