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1、 Cover_Final 9/8/04 3:40 PM Page 2 仪表放大器应用工程师指南 仪表放大器应用工程师指南 A DESIGNERS GUIDE TO INSTRUMENTATION AMPLIFIERS a w w w . a n a l o g . c o m 第第 2 版版 仪表放大器应用工程师指南仪表放大器应用工程师指南 A DESIGNERS GUIDE TO INSTRUMENTATION AMPLIFIERS 第第 2 版版 美美Charles Kitchin 和和 Lew Counts 著著 冯新强冯新强 刘福强刘福强 蒋晓颖蒋晓颖 刘竞秀刘竞秀 等译等译 高光天高
2、光天 审校审校 美国模拟器件公司美国模拟器件公司 Analog Devises ,Inc. i All rights reserved. This publication, or parts thereof, may not be reproduced in any form without permission of the copyright owner. Information furnished by Analog Devices, Inc. is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is a
3、ssumed by Analog Devices, Inc. for its use. Analog Devices, Inc. makes no representation that the Interconnec- ttion of its circuits as described herein will not infringe on existing or future patent rights, nor do the descriptions contained herein imply the granting of licenses to make, use, or sel
4、l equipment constructed in accordance therewith. Specifications and prices are subject to change without notice. 2004 Analog Devices, Inc. Printed in U.S.A. G02678159/04(A) Simplified Chinese language edition by Analog Devices, Inc. Copyright 2005 本书中文简体专有翻译出版权由 ADI 公司所有， 未经许可 不得以任何形式或手段复制或抄袭本书内容。 i
5、i 目录目录 第第I章章仪表放大器的基本原理仪表放大器的基本原理 .1-1 前言前言 .1-1 仪表放大器与运算放大器的区别是什么？仪表放大器与运算放大器的区别是什么？.1-1 信号放大与CMR .1-1 运算放大器与仪表放大器的CMR比较 1-3 差分放大器差分放大器 .1-5 在何处使用仪表放大器和差分放大器？在何处使用仪表放大器和差分放大器？.1-5 数据采集 .1-5 医用仪器 .1-6 监测和控制电子设备 .1-6 软件编程方面的应用 .1-6 音频方面的应用 .1-6 高速信号调理 .1-6 视频方面的应用 .1-6 功率控制方面的应用 .1-6 仪表放大器的外部特性仪表放大器的外
6、部特性 .1-6 表征高品质仪表放大器的其它特性是什么？表征高品质仪表放大器的其它特性是什么？.1-7 高AC （和DC） CMR 1-7 低失调电压和低失调电压漂移 .1-7 匹配的高输入阻抗 .1-8 低输入偏置电流和低失调电流误差 .1-8 低噪声 .1-8 低非线性.1-8 增益选择方便 .1-8 充裕的带宽.1-8 差分输入到单端输出的转换 .1-9 R-R输入和输出 1-9 电源与带宽、转换速率和噪声之间的关系 1-9 第章第章仪表放大器的内部原理仪表放大器的内部原理 .2-1 单运放减法器提供的仪表放大器功能 .2-1 用输入缓冲器改进简单减法器 .2-1 三运放仪表放大器 .2
7、-2 三运放仪表放大器设计考虑 .2-3 基本的双运放仪表放大器 .2-4 双运放仪表放大器单电源共模电压制设计考虑 .2-5 自稳零仪表放大器 .2-6 第章第章单片仪表放大器单片仪表放大器 .3-1 优于用运放构成的仪表放大器 .3-1 采用仪表放大器还是差分放大器？ .3-1 单片仪表放大器设计单片仪表放大器设计内部原理内部原理 .3-2 高性能仪表放大器 .3-2 固定增益仪表放大器 .3-7 低成本仪表放大器 .3-8 单电源仪表放大器 .3-8 低功耗、 单电源仪表放大器 .3-11 iii 第章第章单片差分放大器单片差分放大器 .4-1 差分 （减法器） 放大器 4-1 高频差分
8、 （接收器） 放大器 .4-6 第章第章仪表放大器的应用技巧仪表放大器的应用技巧 .5-1 双电源工作 .5-1 单电源工作 .5-1 电源旁路、 解耦和稳定性问题 .5-1 输入接地返回的重要性 .5-1 AC 输入耦合 .5-2 阻容元件匹配 .5-2 电缆终端电缆终端 .5-3 仪表放大器的输入保护基本原理仪表放大器的输入保护基本原理 .5-3 防ESD和DC过载的输入保护 5-3 用外接二极管对输入保护 .5-5 防ESD和瞬态过载的输入保护 .5-5 影响影响DC精度的设计问题精度的设计问题 .5-6 对最低限失调电压漂移的设计 .5-6 对最低限增益漂移的设计 .5-6 实际解决方
9、案 .5-7 方案1： 采用优质的增益电阻器 .5-7 方案2： 采用固定增益的仪表放大器 .5-7 RTI和和RTO误差误差 .5-7 失调误差 .5-8 噪声误差 .5-8 降低仪表放大器电路中的降低仪表放大器电路中的RFI整流误差整流误差 5-8 设计实用的RFI滤波器 .5-8 用食谱式方法选择RFI .5-10 具体的设计案例 .5-10 用于AD620系列仪表放大器的RFI抑制电路 .5-10 用于微功耗仪表放大器的 RFI 抑制电路 .5-11 用于AD623仪表放大器的RFI抑制电路 .5-12 用于AD8225仪表放大器的RFI抑制电路 .5-12 采用X2Y电容器的共模滤波
10、器 .5-13 用于仪表放大器RFI滤波器的共模 RF扼流圈 5-14 RFI测试测试 5-15 采用低通滤波器提高信噪比采用低通滤波器提高信噪比 .5-15 外部调整外部调整CMR和建立时间和建立时间 .5-17 第章第章仪表放大器与差分放大器的应用电路仪表放大器与差分放大器的应用电路 .6-1 复合仪表放大器电路具有优良的高频CMR .6-1 采用采用AC激励的应变计测量激励的应变计测量 .6-2 AD628精密增益精密增益IC的应用的应用 .6-3 为什么使用一种增益IC ？.6-3 具有单极点LP滤波器的标准差分输入ADC缓冲器 6-4 改变输出比例系数 .6-4 用一只外部电阻器设置
11、AD628的0.1以下增益 6-4 具有双极点LP滤波的差分输入电路 6-5 用AD628构成精密增益IC 6-6 用AD628接成10或者10精密增益 .6-6 用AD628接成11精密增益 .6-7 用AD628接成1精密增益.6-8 用前馈增加带宽提供9.91增益 6-8 iv 用试选法选择RFI滤波器元件值 .5-10 电流变送器抑制接地噪声电流变送器抑制接地噪声 .6-9 高幅度模拟输入高幅度模拟输入ADC接口接口 6-10 高速同相求和放大器高速同相求和放大器 .6-11 高电压监测电路高电压监测电路 .6-13 单电源高单电源高CMR电路电路 .6-13 48V总线精密监测电路总
12、线精密监测电路 6-15 采用低端开关的高端电流检测采用低端开关的高端电流检测 .6-16 采用高端开关的高端电流检测采用高端开关的高端电流检测 .6-17 电桥应用电桥应用 .6-17 标准电桥电路 .6-17 单电源数据采集系统 .6-18 低压降双极性电桥驱动器 .6-18 传感器接口的应用传感器接口的应用 .6-19 医用心电图仪的应用医用心电图仪的应用 .6-19 远程负载检测技术远程负载检测技术 .6-21 精密电压电流转换器精密电压电流转换器 .6-22 电流传感器接口电流传感器接口 .6-22 输出缓冲低功耗仪表放大器输出缓冲低功耗仪表放大器 .6-23 4 mA20 mA单电
13、源接收器单电源接收器 6-23 单电源热电偶放大器单电源热电偶放大器 .6-24 专业音频产品专业音频产品 .6-24 第章第章仪表放大器与现代仪表放大器与现代ADC匹配匹配 7-1 计算对ADC分辨率的要求 7-1 ADI公司仪表放大器与现代ADC匹配 .7-2 高速数据采集 .7-4 用于高速数据采集的仪表放大器电路 .7-6 附录附录A 仪表放大器技术指标仪表放大器技术指标 A-1 （A） 技术指标(工作条件) .A-3 （B） CMR .A-3 （C）AC CMR A-3 （D） 失调电压 .A-3 （E） 输入偏置电流和失调电流 .A-4 （F） 工作电压范围 A-4 （G） 静态电
14、源电流 .A-4 （H） 建立时间 .A-5 （I） 增益 A-5 （J） 增益范围 A-5 （K） 增益误差 .A-5 （L） 非线性误差 .A-6 （M） 增益与温度的关系 A-6 （N） 单电源仪表放大器的关键技术指标 .A-6 输入和输出电压摆幅 A-6 附录附录B 差分放大器和仪表放大器选择表差分放大器和仪表放大器选择表 .B-1 索引索引 C-1 产品索引产品索引 D-1 v 参考文献参考文献 Brokaw, Paul. “An IC Amplifier Users Guide to Decoupling, Grounding, and Making Things Go Right
15、 for a Change.” Application Note AN-202. Analog Devices, Inc., 1990. Jung, Walter. IC Op Amp Cookbook. 3rd ed. Prentice-Hall PTR, 1986, 1997, ISBN: 0-13-889601-1. This can also be purchased on the Web at . Jung, Walter. Op Amp Applications Book. Analog Devices Amplifier Seminar. Code: OP-AMP-APPLIC-
16、BOOK. Call: (800) 262-5643 (US and Canadian customers only). Kester, Walt. Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning. Analog Devices, Inc., 1999, Section 10. ISBN-0-916550-20-6. Available for download on the ADI website at . Nash, Eamon. “Errors and Error Budget Analysis in Instrumentation Amplifier Applications.” Application Note AN-539. Analog Devices, Inc. Nash, Eamon. “A Practical Review of Common-Mod
