三運(yùn)放儀表放大器的放大倍數(shù)分析

儀表放大器是一種非常特殊的精密差分電壓放大器，它的主要特點(diǎn)是采用差分輸入、具有很高的輸入阻抗和共模抑制比，能夠有效放大在共模電壓干擾下的信號(hào)。本文簡(jiǎn)單分析一下三運(yùn)放儀表放大器的放大倍數(shù)。

一、放大倍數(shù)理論分析三運(yùn)放儀表放大器的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，可以將整個(gè)電路分為兩級(jí)：第一級(jí)為兩個(gè)同相比例運(yùn)算電路，第二級(jí)為差分運(yùn)算電路。1、第一級(jí)電路分析根據(jù)運(yùn)放的虛短可以得到：

同時(shí)根據(jù)虛斷可以得到流經(jīng)電阻R1、R2、R3的電流近似相等，記為I。

易知此時(shí)可以得到因此，第一級(jí)電路的電壓放大倍數(shù)

值得注意的是，該放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)。

當(dāng)輸入信號(hào)為共模信號(hào)時(shí)因此，流經(jīng)電阻R3的電流

此時(shí)兩個(gè)運(yùn)放相當(dāng)于兩個(gè)電壓跟隨器，因此其共模增益為1。

根據(jù)上述分析可以得到：

（1）輸入端的兩個(gè)同相比例運(yùn)算電路可以提高整個(gè)電路的輸入阻抗；

（2）差模增益可調(diào)，共模增益始終為1，提高差模增益可以提高共模抑制比。

2、第二級(jí)電路分析

假設(shè)R4=R5、R6=R7，此時(shí)根據(jù)差分放大電路的放大倍數(shù)計(jì)算公式可以得到第二級(jí)電路的差模放大倍數(shù)因此該儀表放大器的差模放大倍數(shù)二、仿真分析

令電阻R1=20kΩ，R2=R3=R4=R5=R6=R7=10 kΩ，在電路的兩端輸入頻率為10Hz，直流分量為1V，峰峰值為200mV，相位相差180°的兩路正弦信號(hào)。根據(jù)上述理論分析可得，第一級(jí)電路的差模放大倍數(shù)為2，共模放大倍數(shù)為1；整個(gè)電路的放大倍數(shù)為2。

1、觀察第一級(jí)電路的輸入與輸出波形，即（V2-V1）與（Vo2-Vo1）的波形，可以看出，第一級(jí)電路的放大倍數(shù)近似為2，符合上述理論計(jì)算。2、觀察第一級(jí)電路的單端輸入輸出波形，即V1與Vo1的波形，可以看出，輸入共模信號(hào)為1V，輸出共模信號(hào)仍為1V，共模增益為1，與理論分析相符。

3、觀察整個(gè)電路的傳遞函數(shù)，可以看出，整個(gè)電路的放大倍數(shù)近似為2，符合理論計(jì)算，同時(shí)根據(jù)仿真結(jié)果也可以看出，儀表放大器具有很大的輸入阻抗，其輸出阻抗則很小。