設計目標

設計說明

此設計使用 3 個運算放大器構建分立式儀表放大器。電路將差動信號轉換為單端輸出信號。儀表放大器能否以線性模式運行取決于其構建塊（即運算放大器）能否以線性模式運行。當輸入和輸出信號分別處于器件的輸入共模和輸出擺幅范圍內時，運算放大器以線性模式運行。用于為運算放大器供電的電源電壓定義這些范圍。

設計說明

1. 使用精密電阻器實現高直流 CMRR 性能
2. R₁₀ 設置電路的增益。
3. 向輸出級添加隔離電阻器以驅動大電容負載。
4. 高電阻值電阻器可能會減小電路的相位裕度并在電路中產生額外的噪聲。
5. 能否以線性模式運行取決于所使用的分立式運算放大器的輸入共模和輸出擺幅范圍。線性輸出擺幅范圍在運算放大器數據表中 A_OL 測試條件下指定。

設計步驟

1. 此電路的傳遞函數：
   

   當 V_ref = 0 時，傳遞函數簡化為以下公式：

   

   其中

   
2. 選擇反饋環路電阻器 R₅ 和 R₆：
   
3. 選擇 R₁、R₂、R₃ 和 R₄。要將 Vref 增益設置為 1V/V 并避免降低儀表放大器的 CMRR，R₄/R₃ 和 R₂/R₁ 的比率必須相等。
   
4. 計算 R₁₀ 以實現所需的增益：
   
   
   
   
5. 要查看共模電壓范圍，請從參考資料 [5] 中下載并安裝程序。通過為三級運算放大器 INA（內部放大器具有所選放大器（在本例中為 TLV172）所定義的共模范圍、輸出擺幅和電源電壓范圍）添加代碼，對安裝目錄中的 INA_Data.txt 文件進行編輯。本設計中沒有 V_be 偏移，輸出級差分放大器的增益為 1V/V。默認電源電壓和基準電壓分別為 ±15V 和 0V。運行程序并相應地設置增益和基準電壓。生成的 V_CM 與 V_OUT 圖近似于分立式 INA 的線性運行區域。

設計仿真

直流仿真結果

瞬態仿真結果

參考資料：

1. 模擬工程師電路設計指導手冊
2. SPICE 仿真文件 SBOMAU8
3. TI 高精度實驗室
4. 儀表放大器 V_CM 與 V_OUT 圖
5. 儀表放大器的共模范圍計算器

設計特色運算放大器

設計備選運算放大器