精密儀用放大器INA114

 一、 概述

INA114是一種通用儀用放大器，尺寸小、精度高、價(jià)格低廉，可用于電橋、熱電偶、數(shù)據(jù)采集、RTD傳感器和醫(yī)療儀器等。INA114只需一個(gè)外部電阻就可以設(shè)置1至10000之間的任意增益值，內(nèi)部輸入保護(hù)能夠長(zhǎng)期耐受±40V，失調(diào)電壓低(50μV)，漂移小(0.25μV/℃)，共模抑制比高(G=1000時(shí)為50dB)，用激光進(jìn)行調(diào)整，可以在±2.25V的電壓下工作，使用電池(組)或5V單電源系統(tǒng)，靜態(tài)電流最大為3mA。INA114采用8引腳塑料封裝或SOL-16表面封裝貼件，使用環(huán)境溫度為-40℃～+85℃。

INA114的內(nèi)部電路和引腳布局如圖1和圖2所示。

圖1：INA114的內(nèi)部電路圖

圖2：INA114引腳布局

二、 主要電氣參數(shù)

表1給出了INA114的主要電氣參數(shù)。

由于INA114的參數(shù)很多，這里只簡(jiǎn)單地列出了一些參數(shù)，更詳細(xì)的資料可以去BB公司的主頁(yè)下載。

下面給出INA114絕對(duì)最大使用限度。

電源電壓：

±18V

輸入電壓范圍：

±40V

工作溫度：

-40℃～+125℃

儲(chǔ)存溫度：

-40℃～+125℃

節(jié)點(diǎn)溫度：

+150℃

引腳溫度(軟焊，10s)：

+300℃

三、 應(yīng)用設(shè)計(jì)及舉例

圖3：基本接口

圖3所示為INA114的基本連接要求。如用于噪聲或高阻電源時(shí)，需要在靠近電源引腳處連接去耦合電容。

建立增益

INA114的增益值只用一個(gè)外部電阻RG就可以設(shè)置，公式如下：

G=1+50kΩ/RG(1)

圖3附有常用的增益值及相應(yīng)阻值，表2列出了INA114的常用增益值和RG近似阻值。

公式(1)中的“50kΩ”這一項(xiàng)是兩個(gè)內(nèi)部反饋電阻的和。這兩個(gè)金屬膜的電阻已經(jīng)用激光調(diào)整到精確的值。INA114增益的精確度和漂移額定值中包含了這兩個(gè)電阻的精確度和溫度系數(shù)。

用來(lái)設(shè)置增益的外部電阻RG的穩(wěn)定性和溫漂也對(duì)增益有影響。RG對(duì)增益精度和增益漂移的影響，可以由公式(1)直接推導(dǎo)出來(lái)。高增益需要低阻值，所以接線(xiàn)電阻就很重要。線(xiàn)路上增加的插座會(huì)使增益誤差額外地增加100甚至更多，并且很可能是不穩(wěn)定的誤差。

噪聲特性

在大多數(shù)應(yīng)用中，INA114產(chǎn)生的噪聲都很小。對(duì)于小于1kΩ的差動(dòng)信號(hào)源電阻，INA103產(chǎn)生的噪聲更小;信號(hào)源電阻大于5kΩ時(shí)，INA111型FET輸入儀用放大器產(chǎn)生的噪聲更小一些。

INA114的低頻噪聲頻率峰-峰值約為0.4μV(從0.1Hz到10Hz)。這大約是使用斬波穩(wěn)零的“低噪聲”放大器所產(chǎn)生的噪聲的十分之一。

失調(diào)/偏移的修正

INA114用激光來(lái)修正微小的失調(diào)電壓和漂移，在大多數(shù)應(yīng)用中都不需要進(jìn)行外部失調(diào)修正。圖4所示為采用一個(gè)回路來(lái)修正輸出偏離電壓。在這個(gè)結(jié)點(diǎn)上必須使用低電阻來(lái)保證良好的共模抑制比，用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行緩沖就可以達(dá)到這個(gè)目的。

圖4：修正輸出偏離電路

偏置電壓返回路徑

INA114的輸入電阻很大(約1010Ω)，但是必須為兩個(gè)輸入端的偏置電流都設(shè)置返回路徑。偏置電流小于±1nA(由于電路的影響，偏置電流可正可負(fù))。由于輸入電阻很大，使得輸入電壓變化時(shí)偏置電流的變化很小。

圖5：提供偏置電源返回路徑

必須提供輸入電流返回路徑,INA114才能正常運(yùn)行。圖5所示為一些提供偏置電流返回路徑的設(shè)計(jì)。沒(méi)有偏置電流返回路徑，輸入的浮動(dòng)將超出INA114的共模范圍，放大器將達(dá)到飽和。如果差動(dòng)信號(hào)源電阻很小，偏置電流路徑可以接到一個(gè)引腳上(參看圖5的熱電偶)。信號(hào)源電阻大時(shí)，用兩個(gè)相等電阻提供一個(gè)平衡輸入，并且由于偏置電流和良好的共模抑制比,偏離電壓也會(huì)變得較低。

輸入共模范圍

INA114 的運(yùn)算放大器的線(xiàn)性共模范圍和整個(gè)放大器的輸出電壓有關(guān)，約為 ±13.75V(或偏離電源電壓1.25V)。輸出電壓升高時(shí)，輸入運(yùn)算放大器A1和A2的輸出電壓擺卻限制著線(xiàn)性輸出范圍。

圖6：A1和A2的電壓擺

共模和差動(dòng)輸入信號(hào)聯(lián)合會(huì)造成A1 或A2輸出飽和。圖6所示為A1和A2根據(jù)共模和差動(dòng)輸入電壓表示的輸出電壓擺。這些內(nèi)部放大器的輸出擺動(dòng)能力和外部放大器A3一樣。在輸入共模需要達(dá)到最大范圍的應(yīng)用中，給INA114設(shè)置較小的增益，來(lái)限制輸出電壓擺。如果需要,在INA114后加大增益來(lái)提高輸出電壓擺。

輸入過(guò)載時(shí),輸出常常表現(xiàn)正常。例如，當(dāng)一個(gè)輸入端電壓為+20V，另一個(gè)為+40V時(shí)，顯然這兩個(gè)輸入都超過(guò)了放大器的線(xiàn)性共模范圍。由于這兩個(gè)放大器都飽和，且接近于相同的輸出電壓極限，輸出電壓測(cè)到的差動(dòng)電壓接近零，所以如果兩個(gè)輸入端都過(guò)載，INA114的輸出卻接近于零。

輸入保護(hù)

INA114兩個(gè)輸入端的保護(hù)各自可承受±40V電壓。即使一個(gè)輸入端電壓為-40V，另一個(gè)為+40V，也不會(huì)有危險(xiǎn)。每個(gè)輸入端的內(nèi)部電路在通常信號(hào)條件下提供串聯(lián)小電阻。為提供等效的保護(hù)，串聯(lián)輸入電阻會(huì)產(chǎn)生過(guò)度噪聲。如果輸入端過(guò)載，保護(hù)電路把輸入電流限制到安全值(約1.5mA)。即使沒(méi)有電源電壓存在，輸入端仍然受到保護(hù)。

圖7：遠(yuǎn)距離負(fù)載和地面?zhèn)鞲?/p>

輸出電壓檢測(cè)(僅用于SOL-16封裝)

INA114的表面貼裝版本有一個(gè)獨(dú)立的輸出檢測(cè)反饋接口—引腳12，該引腳必須接引腳11來(lái)進(jìn)行操作,在INA114的DIP版本中這個(gè)接口則設(shè)在芯片內(nèi)部。

輸出檢測(cè)接口在精度最好的負(fù)載條件下可直接用來(lái)檢測(cè)輸出電壓。圖7 所示是通過(guò)內(nèi)部連接電阻驅(qū)動(dòng)負(fù)載的方法。遠(yuǎn)距離定位反饋路徑可能造成不穩(wěn)定，可以用通過(guò)C1的高頻反饋路徑來(lái)消除。

圖7和圖8是兩個(gè)應(yīng)用的典型電路，供讀者參考。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，INA114精密儀用放大器精度高、增益范圍大、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉，非常適合于精密儀器的使用。