差分输出仪表放大器

仪表放大器这一术语经常被误用，它指的是器件的应用，而非器件的架构。在过去，任何被认为精准(即，实现某种输入失调校正)的放大器都被视为“仪表放大器”，这是因为它被设计为用于测量系统。仪表放大器(即 INA)与运算放大器(运放)相关，因为二者基于相同的基本构件。但 INA 是专用器件，专为特殊功能设计，并非一个基本构件。就这一点而言，仪表放大器不是运放，因为它们的用途不同。

就用途而言，INA与运放之间最显著的区别或许是前者缺少反馈回路。运放可配置为执行各种功能，包括反相增益、同相增益、电压跟随器、积分器、低通滤波器和高通滤波器等。在所有情况下，用户都会提供从运放的输出到输入的反馈回路，此反馈回路决定放大器电路的功能。这种灵活性使运放得以广泛用于各种应用。另一方面，INA的反馈位于内部，因此没有到输入引脚的外部反馈。INA的配置限制为1个或2个外部电阻，也可能限制为一个可编程寄存器，用于设置放大器的增益。

INA 专为差分增益和共模抑制功能而设计和使用。仪表放大器将放大反相输入和同相输入间的差值，同时抑制这两个输入的任何共用信号，从而使INA的输出上不存在任何共模成分。增益(反相或同相)配置的运放将以设定的闭环增益来放大输入信号，但输出上将一直存在共模信号。所关注信号与共模信号间的增益差会导致共模成分(以差分信号的百分比表示)减少，但运放的输出上仍存在共模成分，这将限制输出的动态范围。如上所述，INA用于在存在大量共模成分时提取小信号，但共模成分的形式可能多种多样。当使用采用惠斯通电桥配置(我们将稍后探讨)的传感器时，存在由两个输入共用的较大直流电压。但是，干扰信号可具有多种形式;一个常见来源是来自电源线的50 Hz或60 Hz干扰，更不用说谐波了。这种时变误差源通常还会随频率发生明显波动，从而使得在仪表放大器的输出端进行补偿变得极其困难。由于存在这些变化，因此不仅要在直流下，还要在各种频率下实现共模抑制。

差分放大器

人们的第一个问题可能是：“是否可通过简单的运放构建仪表放大器?”我可以马上回答你：“是的，可以”。但始终要做出权衡!人们首先想到的可能是简单的差分放大器电路(图1)，有时称为减法器。