精密仪用放大器INA114.docx

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精密仪用放大器INA114

精密仪用放大器INA114原理及应用

摘要：

　INA114是一种通用仪用放大器，尺寸小、精度高、价格低廉，可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等。

INA114只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值，内部输入保护能够长期耐受±40V，失调电压低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），共模抑制比高（G=1000时为50dB），用激光进行调整，可以在±2.25V的电压下工作，使用电池（组）或5V单电源系统，静态电流最大为3mA。

INA114采用8引脚塑料封装或SOL-16表面封装贴件，使用环境温度为-40℃～+85℃。

还有就是INA114的电气参数、建立增益、噪声特性、失调/偏移的修正、偏置电压返回路径、输入共模范围、输入保护。

结束语综上所述，INA114精密仪用放大器精度高、增益范围大、性能优良、价格低廉，非常适合于精密仪器的使用。

第一章引言

INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器，具有成本低、精度高通用性强等优点，三运放结构设计，减小了尺寸，拓宽了应用范围。

利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节，内部输入防护可承受高达±40V的共模电压而不会损坏。

INA114具有低失调电压（50μV）、低漂移（0.25μV/︒C）和高共模抑制比（当G=1000时为115dB）。

能在±2.25V低电源情况下工作，也可用5V单电源工作。

静态工作电流最大3mA。

第二章INA114结构原理及特点

一、特性

1．低失调电压:

最大50μV

2．低漂移:

最大0.25μV/︒C

3．低输入偏流:

最大2nA

4．高共模抑制:

最小115dB

5．输入过压保护:

±40V

6．宽电源范围:

±2.25—±18V

7．低静态电流:

最大3mA

二、应用

1．电桥放大器

2．热电偶放大器

3．RTD感测放大器

4．医用放大器

5．数据采集

三、结构原理图

INA114结构原理图如图1所示：

图1结构原理图

1．VIN-（脚2）：

信号反向输入端。

该端与信号同相输入端（脚3）构成差分输入。

2．VIN+（脚3）：

信号同向输入端。

3．增益调整（脚1、8）：

该端接外接增益调整电阻器RG。

4．VO（脚6）：

放大器输出端。

5．Ref（脚5）：

参考电压输入端，通常接地。

为确保良好的共模抑制，连接必须是低阻抗的，如果一个5

的电阻串接在此脚，将引起共模抑制比典型值下降到80dB（G=1）。

三、工作原理分析

1．三运放仪用放大器电路结构

仪用放大器的三运放结构，是在差动运放的基础上发展起来的一种比较完善的结构形式，如图2所示，其中，A1、A2为同相放大器，A3为差动放大器，三个运放都具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声等特性，且A1、A2性能完全匹配。

图2三运放仪用放大器电路结构

2．工作原理分析

（1）当Ui1单独作用，即Ui2=0时：

Ui2=0，UN=0

（2）当Ui2单独作用（Ui1=0）时：

Ui1=0，UM=0

（3）当Ui1、Ui2同时作用时：

当满足电阻匹配条件，即R5=R4,R7=R6,R3=R2时，输出电压为：

选择R2～R6=R，则增益为：

因此，INA114的增益为：

其中，RG是外接电阻器，50k

是内部两个反馈电阻值的和。

第三章INA114基本应用简介

一、增益设定

INA114的增益由一个外部链接电阻RG设定，常用增益和相应的电阻值表示在图1中。

图3INA114基本应用连接图

用来设置增益的外部电阻RG的稳定性和温漂也对增益有影响。

RG对增益精度和增益漂移的影响,可以由增益公式直接推导出来。

高增益需要低阻值,所以接线电阻就很重要。

管座引入的接线电阻会使增益误差额外地增加100甚至更多,并且很可能是不稳定的误差。

二、失调电压调整

INA114用激光来修正微小的失调电压和漂移,在多数应用中不需要外部失调调整，当输出电压失调需要调整时，可按照图4连接。

为保证低阻抗连接，通过运放对调整电压进行缓冲。

图4输出电压失调调整电路图

　在大多数应用中,INA114产生的噪声都很小。

对于小于1kΩ的差动信号源电阻,INA103产生的噪声更小;信号源电阻大于5kΩ时,INA111型FET输入仪用放大器产生的噪声更小一些。

　　INA114的低频噪声频率峰-峰值约为0.4μV（从0.1Hz到10Hz）。

这大约是使用斩波稳零的“低噪声”放大器所产生的噪声的十分之一。

三、输入偏流回路

INA114的输入阻抗近似为1010Ω，输入偏置电流小于±1nA。

高输入阻抗也表示输入偏置电流随输入电压的变化很小。

输入电路必须为INA114正常工作提供一个偏流路径，没有偏流回路，输入就会浮置在某个超过共模范围的电平上，并使INA114饱和。

如果差分信号源输入阻抗低，偏流路径可直接接到一个输入端上。

当信号源阻抗较高时，利用两个电阻器构成均衡输入电路，尽可能降低由于偏流产生的失调电压和保证良好的共模抑制比。

图5中表示各种不同情况下提供的偏流回路。

图5各种共模输入电流路径

第四章应用设计

一、电缆线屏蔽层驱动电路

电缆线屏蔽层驱动电路如图6所示。

信号在长距离差分传送时，用电缆线进行连接，为保证电缆线的屏蔽层与INA114共模电压同电位，通过运放连接，将屏蔽层驱动到共模电位。

图6屏蔽层驱动电路

本电路采用两个22.1k

为运放提供输入信号，同时均衡共模电压。

电路增益电阻为：

查图3中的表可知，此电路增益为G=100。

二、RTD温度测量电路

利用电阻温度探测器（RTD）构成的温度测量电路如图7所示。

图7RTD温度测量电路图

RZ为RTD温度测量电阻的最小电阻，两个100

A恒流源分别驱动RTD和RZ，仪用放大器INA114测量放大RTD和RZ上的电压差，调整RZ的值，使在RZ=（RRTD）MIN时，VO=0V。

由于电路结构的对称性，消除了由于接线产生的共模输入型号的影响。

三、具有冷端补偿的热电偶放大器电路

图示为由INA114构成的有冷端补偿的热电偶放大器。

采用REF102精密基准电压源（10.0V）对热电偶供电，热电偶产生的电压由INA114放大后输出。

二极管1N4148在200μA时为-2.1mV／oC，100Ω电位器R6用于电路调零。

如选用其他型号的热电偶，可参照下表。

图8具有冷端补偿的热电偶放大器电路图

四、交流耦合仪用放大器电路

图示为由INA114构成的交流耦合仪表放大器。

OPA602构成具有交流特性的反馈电路，f-3db=1/2

R1C1=1.59Hz。

将信号反馈到INA114的Ref端（5脚），由此组成交流耦合电路。

图9交流耦合仪用放大器电路图

五、差分电压/电流转换器

图10差动电压—电流变换电路图

图示为差动电压—电流变换电路。

INA114输出经由R1及A1构成电流源，因运算放大器输入阻抗极高，偏流极小，即IL>>IB，因此，输出电流IL=Io可以看作是恒定的，只与输入电压和R1有关，Io=（VIN／R1）×G。

第五章结论

通过本次试验，更加了解了INA114是一种通用仪用放大器，尺寸小、精度高、价格低廉，可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等。

INA114只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值，内部输入保护能够长期耐受±40V，失调电压低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），共模抑制比高（G=1000时为50dB），用激光进行调整，可以在±2.25V的电压下工作，使用电池（组）或5V单电源系统，静态电流最大为3mA。

INA114采用8引脚塑料封装或SOL-16表面封装贴件，使用环境温度为-40℃～+85℃。

通过本次学习，对与精密放大器有了更深刻的了解。

对于试验当中的注意事项也是更加的清楚。

综上所述，INA114精密仪用放大器精度高，增益范围大，性能优良，价格低廉，非常适合于精密仪器的使用。

参考文献：

[1]杜忠鹏主编,《精密仪器仪表用放大器INA114的特性及应用》,甘肃省天水市国营749厂电子元器件应用,ElectronicComponent&DeviceApplications,编辑部邮箱2000年03期期刊荣誉：

CJFD收录刊.

[2]孙智杰主编,《INA114在石油测井仪器中的应用》,内蒙古石油化工,InnerMongoliaPetrochemicalIndustry,编辑部邮箱,2008年09期,期刊荣誉：

ASPT来源刊CJFD收录刊.

[3]唐广志吕岩王平主编,《试验技术与试验机》,吉林大学中日联谊医院放射线科;TestTechnologyandTestingMachine,编辑部邮箱,2005年03期,期刊荣誉：

ASPT来源刊CJFD收录刊.

[4]约翰Ｇ．韦伯斯特主编.医疗仪器原理及设计.１９６５．