请问怎么实现仪表放大器威廉希尔官方网站 设计？

　　智能仪表仪器通过传感器输入的信号，一般都具有“小”信号的特征：信号幅度很小（毫伏甚至微伏量级），且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，威廉希尔官方网站 处理的第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。放大的最主要目的不是增益，而是提高威廉希尔官方网站 的信噪比；同时仪表放大器威廉希尔官方网站 能够分辨的输入信号越小越好，动态范围越宽越好。仪表放大器威廉希尔官方网站 性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。本文从仪表放大器威廉希尔官方网站 的结构、原理出发，设计出四种仪表放大器威廉希尔官方网站 实现方案，通过分析、比较，给出每一种威廉希尔官方网站 方案的特点，为威廉希尔官方网站 设计爱好者、学生进行电子威廉希尔官方网站 实验提供一定的参考。
　　1 仪表放大器威廉希尔官方网站 的构成及原理
　　仪表放大器威廉希尔官方网站 的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器威廉希尔官方网站 构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高威廉希尔官方网站 的输入阻抗，减小威廉希尔官方网站 对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使威廉希尔官方网站 只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比（即共模抑制比CMRR）得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大威廉希尔官方网站 中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，RF和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器威廉希尔官方网站 比简单的差分放大威廉希尔官方网站 具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1威廉希尔官方网站 的增益为：G=（1+2R1／Rg）（Rf／R3）。由公式可见，威廉希尔官方网站 增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。
　　
　　2 仪表放大器威廉希尔官方网站 设计
　　2．1 仪表放大器威廉希尔官方网站 实现方案
　　目前，仪表放大器威廉希尔官方网站 的实现方法主要分为两大类：第一类由分立元件组合而成；另一类由单片集成芯片直接实现。根据现有元器件，文中分别以单运放LM741和OP07，集成四运放LM324和单片集成芯片AD620为核心，设计出四种仪表放大器威廉希尔官方网站 方案。
　　方案1 由3个通用型运放LM741组成三运放仪表放大器威廉希尔官方网站 形式，辅以相关的电阻外围威廉希尔官方网站 ，加上A1，A2同相输入端的桥式信号输入威廉希尔官方网站 ，如图2所示。
　　
　　图2中的A1～A3分别用LM741替换即可。威廉希尔官方网站 的工作原理与典型仪表放大器威廉希尔官方网站 完全相同。方案2 由3个精密运放OP07组成，威廉希尔官方网站 结构与原理和图2相同（用3个OP07分别代替图2中的A1～A3）。
　　方案3 以一个四运放集成威廉希尔官方网站 LM324为核心实现，如图3所示。它的特点是将4个功能独立的运放集成在同一个集成芯片里，这样可以大大减少各运放由于制造工艺不同带来的器件性能差异；采用统一的电源，有利于电源噪声的降低和威廉希尔官方网站 性能指标的提高，且威廉希尔官方网站 的基本工作原理不变。方案4 由一个单片集成芯片A13620实现，如图4所示。它的特点是威廉希尔官方网站 结构简单：一个AD620，一个增益设置电阻Rg，外加工作电源就可以使威廉希尔官方网站 工作，因此设计效率最高。图4中威廉希尔官方网站 增益计算公式为：G=49．4K／Rg+1。
　　
　　
　　2．2 性能测试与分析
　　实现仪表放大器威廉希尔官方网站 的四种方案中，都采用4个电阻组成电桥威廉希尔官方网站 的形式，将双端差分输入变为单端的信号源输入。性能测试主要是从信号源Vs的最大输入和Vs最小输入、威廉希尔官方网站 的最大增益及共模抑制比几方面进行仿真和实际威廉希尔官方网站 性能测试。测试数据分别见表1和表2。其中，Vs最大（小）输入是指在给定测试条件下，使威廉希尔官方网站 输出不失真时的信号源最大（小）输入；最大增益是指在给定测试条件下，使输出不失真时可以实现的威廉希尔官方网站 最大增益值。共模抑制比由公式KCMRR=20|g | AVd／AVC|（dB）计算得出。
　　说明：
　　（1）f为Vs输入信号的频率；
　　（2）表格中的电压测量数据全部以峰峰值表示；
　　（3）由于仿真器件原因，实验中用MulTIsim对方案3的仿真失效，表1中用“-”表示失效数据；
　　（4）表格中的方案1～4依次分别表示以LM741，OP07，LM324和AD620为核心组成的仪表放大器威廉希尔官方网站 。
　　由表1和表2可见，仿真性能明显优于实际测试性能。这是因为仿真威廉希尔官方网站 的性能基本上是由仿真器件的性能和威廉希尔官方网站 的结构形式确定的，没有外界干扰因素，为理想条件下的测试；而实际测试威廉希尔官方网站 由于受环境干扰因素（如环境温度、空间电磁干扰等）、人为操作因素、实际测试仪器精确度、准确度和量程范围等的限制，使测试条件不够理想，测量结果具有一定的误差。在实际威廉希尔官方网站 设计过程中，仿真与实际测试各有所长。一般先通过仿真测试，初步确定威廉希尔官方网站 的结构及器件参数，再通过实际威廉希尔官方网站 测试，改进其具体性能指标及参数设置。这样，在保证威廉希尔官方网站 功能、性能的前提下，大大提高威廉希尔官方网站 设计的效率。
　　
　　由表2的实测数据可以看出：方案2在信号输入范围（即Vs的最大、最小输入）、威廉希尔官方网站 增益、共模抑制比等方面的性能表现为最优。在价格方面，它比方案1和方案3的成本高一点，但比方案4便宜很多。因此，在四种方案中，方案2的性价比最高。方案4除最大增益相对小点，其他性能仅次于方案2，具有威廉希尔官方网站 简单，性能优越，节省设计空间等优点。成本高是方案4的最大缺点。方案1和方案3在性能上的差异不大，方案3略优于方案1，且它们同时具有绝对的价格优势，但性能上不如方案2和方案4好。
　　综合以上分析，方案2和方案4适用于对仪表放大器威廉希尔官方网站 有较高性能要求的场合，方案2性价比最高，方案4简单、高效，但成本高。方案1和方案3适用于性能要求不高且需要节约成本的场合。针对具体的威廉希尔官方网站 设计要求，选取不同的方案，以达到最优的资源利用。威廉希尔官方网站 的设计方案确定以后，在具体的威廉希尔官方网站 设计过程中，要注意以下几个方面：
　　（1）注意关键元器件的选取，比如对图2所示威廉希尔官方网站 ，要注意使运放A1，A2的特性尽可能一致；选用电阻时，应该使用低温度系数的电阻，以获得尽可能低的漂移；对R3，R4，R5和R6的选择应尽可能匹配。
　　（2）要注意在威廉希尔官方网站 中增加各种抗干扰措施，比如在电源的引入端增加电源退耦电容，在信号输入端增加RC低通滤波或在运放A1，A2的反馈回路增加高频消噪电容，在PCB设计中精心布局合理布线，正确处理地线等，以提高威廉希尔官方网站 的抗干扰能力，最大限度地发挥威廉希尔官方网站 的性能。
　　3 结 语
　　在具体讨论仪表放大器威廉希尔官方网站 结构、原理的基础上，设计了四种仪表放大器威廉希尔官方网站 。通过仿真与实际性能测试，分析、总结出四种方案的特点，为仪表放大器威廉希尔官方网站 的设计者提供一定的思路借鉴。