•   被完全误解的三三运放仪表放大儀表放大器

图1所示的三三运放仪表放大仪表放大器看似为一种简单的结构因为它使用已经存在了几十年的基本运算放大器(op amp)来获得差动输叺信号。运算放大器的输入失调电压误差不难理解运算放大器开环增益的定义没有改变。运算放大器共模抑制(CMR)的简单方法自运算放大器時代之初就已经有了那么，问题出在哪里呢

图1：三三运放仪表放大仪表放大器，其VCM为共模电压而VDIFF为相同仪表放大器的差动输入。

本方程式中G相当于系统增益，VCM为相对于接地电压同样施加于系统输入端的变化电压而VOUT为楿对于变化VCM值的系统输出电压变化。

在CMR方面运算放大器的内部活动很简单，其失调电压变化是唯一的问题就仪表放大器而言，有两个影响器件CMR的因素第一个也是最重要的因素是，涉及第三个放大器（图1A3）电阻比率的平衡问题。例如如果R1等于R3，R2等于R4则理想状况下嘚三三运放仪表放大仪表放大器CMR为无穷大。然而我们还是要回到现实世界中来，研究R1、R2、R3 和R4与仪表放大器CMR的关系

具体而言，将R1：R2同R3：R4匹配至关重要结合A3，这4个电阻从A1和A2的输出减去并增益信号电阻比之间的错配会在A3输出端形成误差。方程式2在这些电阻关系方面会形成CMR誤差：

例如如果R1、R2、R3和R4接近相同值，且R3：R4等于R1/R2的

这种标准的三三运放仪表放大仪表放大器电路是对带缓冲减法器电路巧妙的改进像前面的电路一样，上图中A1 和A2 运算放大器缓冲输入电压然而，在这种结构中单个增益电阻器RG连接在两个输入缓冲器的求和点之间，取代了带缓冲减法器电路的R6和R7由于每个放大器求和点的电压等于施加在各自正输入端的電压，因此整个差分输入电压现在都呈现在RG两端。因为输入电压经过放大后（在A1 和A2的输出端）的差分电压呈现在R5RG和R6这三只电阻上，所鉯差分增益可以通过仅改变RG进行调整

在理论上表明，用户可以得到所要求的前端增益（由RG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

到这里我们导出了这个经典电路的；

来龙去脉： 差分放大器-->前置电压跟随器-->电压跟随器变为同相放大器-->三三运放儀表放大组成的仪用放大器。

　　图1所示的三三运放仪表放大看似为一种简单的结构因为它使用已经存在了几十年的基本运算放大器(op amp)来获得差动输入信号。运算放大器的输入失调电压误差不难理解运算放大器开环增益的定义没有改变。运算放大器共模抑制()的简单方法自运算放大器时代之初就已经有了那么，问题出在哪里呢?

　　圖1：三三运放仪表放大其VCM为共模电压，而VDIFF为相同的差动输入

　　单运算放大器和仪表放大器的共享方程式如下：

　　本方程式中，G相當于系统增益VCM为相对于接地电压同样施加于系统输入端的变化电压，而VOUT为相对于变化VCM值的系统输出电压变化

　　在方面，运算放大器嘚内部活动很简单其失调电压变化是唯一的问题。就仪表放大器而言有两个影响器件CMR的因素。第一个也是最重要的因素是涉及第三個放大器(图1，A3)电阻比率的平衡问题例如，如果R1等于R3R2等于R4，则理想状况下的三三运放仪表放大仪表放大器CMR为无穷大然而，我们还是要囙到现实世界中来研究R1、R2、R3和R4与仪表放大器CMR的关系。

　　具体而言将R1：R2同R3：R4匹配至关重要。结合A3这4个电阻从A1和A2的输出减去并增益信號。电阻比之间的错配会在A3输出端形成误差方程式2在这些电阻关系方面会形成CMR误差：

　　例如，如果R1、R2、R3和R4接近相同值且R3：R4等于R1/R2的1.001，則该0.1%错配会带来仪表放大器CMR的降低从理想水平降至66dB级别。

　　根据方程式1仪表放大器CMR随系统增益的增加而增加。这是一个非常好的特性方程式1可能会激发仪表放大器设计人员确保有许多可用增益，但是这种方法存在一定的局限性A1和A2开环增益误差和噪声。放大器的开環增益等于20log(ΔVOUT/ΔVOS)随着A1和A2增益的增加，放大器开环增益失调误差也随之增加A1和A2的输出振幅变化一般涵盖电源轨。仪表放大器增益更高的凊况下运算放大器的开环增益误差和噪声占主导。通过RSS公式这些误差降低了更高增益下的仪表CMR。因此您会看到仪表放大器的CMR性能值往往会在更高增益时达到最大值。

　　因此从CMR角度来看，仪表放大器就像是一个在不同系统增益下器件各部分都诱发CMR误差的系统当您對器件的内部原理进行研究时，它便不再如此神秘您把各个部分都分开来，就会一目了然