精密仪用放大器INA114.docx

1、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（50V），漂移小（0.25V/），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

2、 、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BURRBROWN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110000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(50V)、低漂移(0.25V/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

3、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50V2低漂移: 最大0.25V/C3低输入偏流: 最大2nA4高共模抑制:最小115dB5输入过压保护:40V6宽电源范围: 2.25 18V7低静态电流: 最大3mA二、应用1电桥放大器2热电偶放大器3RTD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

4、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

5、)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R2R6=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3 INA114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

6、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1k的差动信号源电阻,INA103产生的噪声更小;信号源电阻大于5k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0.4V(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

7、。三、输入偏流回路INA114的输入阻抗近似为1010，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

8、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7 RTD温度测量电路图 RZ为RTD温度测量电阻的最小电阻，两个100A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

9、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200A时为-2.1mVoC，100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=1/2R1C1=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

10、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ILIB，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=(VINR1)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（50V），漂移小（0.25V/），共模抑制比高（G=1000时为50dB），用激光进行调

11、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 , Electronic Component & Device Applications, 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,Inner Mongolia Petrochemical Industry, 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;Test Technology and Testing Machine, 编辑部邮箱,2005年 03期 ,期刊荣誉：ASPT来源刊 CJFD收录刊.4 约 翰 韦伯斯特主编.医疗仪器原理及设计.