仪表放大器——可避免常见的设计陷阱

博文连载：看一个TI老工程师如何驯服精密放大器

作者：德州仪器 (TI) Bruce Trump

仪表放大器（IA）是运算放大器和反馈电阻的结合，用于精确地获取和放大信号。 使用这些通用放大器的一个常见错误是没有为输入偏置电流提供一条通路。25年以来，我们一直在向人们展示一幅图表，强调正确运行所要求的必要输入偏置，但广大设计人员似乎都没有注意到这一点。之所以会这样也许正是因为它的名字——仪表放大器。它听起来像是实验室仪器，例如：示波器或者频谱分析仪等，包括一些随时可用的输入。好吧，差不多是这样，但仪表放大器需要您更小心一些。 每个输入都直接连接至双极晶体管基极（请参见图 1a）或者 FET 栅极（请参见图 1b）。双极晶体管要求基极电流工作。浮动热电偶电压源不提供该电路通路。没有该电流通路的情况下，输入会出现饱和，从而形成无效输出电压。



即使是一个极低输入偏置电流的 FET 输入 IA（例如：INA116 ）也要求一条偏置电流通路。 尽管首次上电时图 1b 所示 AC 耦合电路可能会看似正常工作，但输入电容会通过微输入偏置电流缓慢充电，并且输出好像会不稳定或者偏离其起始值。每个输入的接地电阻器会对该电路正确偏置，同时在 FET 输入的输入偏置电流极低的情况下 10MΩ 电阻会非常有效。 请注意，许多电路均不会要求采取特殊的预防措施。如果差动输入电压源能够提供输入偏置电流，并且其参考导电通路接地，则无需特殊预防措施。请参见图 2。



图 3 显示了正确偏置 IA 输入的三个例子。所选应用和 IA 的特性不同，图中所示电阻器值可能也会不同。



在如何提供这种电流通路方面，存在许多差异。图中仅显示了三种通用案例。只需一点点创造性，您便可以找到一种适合您应用的方法。如果您对我们的高精度放大器有什么建议，请访问我们的论坛。 我又一次想到了这种放大器的名字：仪表放大器，这可能就是它经常被人忽略的原因。顺便说一下，在处理运算放大器输入时我们也可能会犯同样的错误。至于原因，我认为无需解释，不是吗？