放大器电路设计中的常见问题的解决办法 放大器, 电源, 仪表

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关键字：运算放大器   仪表放大器   ADC  
为仪表放大器、运算放大器和ADC提供参考电压

图7示出一个仪表放大器驱动一个单端输入的模数转换器（ADC）的单电源电路。该放大器的参考电压提供一个对应零差分输入时的偏置电压，而ADC的参考电压则提供比例因子。在仪表放大器的输出端和ADC的输入端之间通常接一个简单的RC低通抗混叠滤波器以减少带外噪声。设计工程师通常总想采用简单的方法，例如电阻分压器，为仪表放大器和ADC提供参考电压。因此在使用某些仪表放大器时，会产生误差。



图7. 仪表放大器驱动ADC的典型单电源电路


正确地提供仪表放大器的参考电压

一般假设仪表放大器的参考输入端为高阻抗，因为它是一个输入端。所以使设计工程师一般总想在仪表放大器的参考端引脚接入一个高阻抗源，例如一只电阻分压器。这在某些类型仪表放大器的使用中会产生严重误差（见图8）。



图8. 错误地使用一个简单的电阻分压器直接驱动3运放仪表放大器的参考电压引脚



例如，流行的仪表放大器设计配置使用上图所示的三运放结构。其信号总增益为



参考电压输入端的增益为1（如果从低阻抗电压源输入）。但是，在上图所示的电路中，仪表放大器的参考输入端引脚直接与一个简单的分压器相连。这会改变减法器电路的对称性和分压器的分压比。这还会降低仪表放大器的共模抑制比及其增益精度。然而，如果接入R4, 那么该电阻的等效电阻会变小，减小的电阻值等于从分压器的两个并联支路看过去的阻值（50 kΩ），该电路表现为一个大小为电源电压一半的低阻抗电压源被加在原值R4上，减法器电路的精度保持不变。

如果仪表放大器采用封闭的单封装形式（一个IC），则不能使用这种方法。此外，还要考虑分压电阻器的温度系数应该与R4和减法器中的电阻器保持一致。最终，参考电压将不可调。另一方面，如果尝试减小分压电阻器的阻值使增加的电阻大小可忽略，这样会增大电源电流的消耗和电路的功耗。在任何情况下，这种笨拙的方法都不是好的设计方案。

图9示出了一个更好的解决方案，在分压器和仪表放大器参考电压输入端之间加一个低功耗运算放大器缓冲器。这会消除阻抗匹配和温度系数匹配的问题，而且很容易对参考电压进行调节。



图9. 利用低输出阻抗运算放大器驱动仪表放大器的参考电压输入端