精密儀表放大器INA326/327及其應(yīng)用
關(guān)鍵詞：儀表放大器 電源正負限 INA326/327
1 概述
INA326/327是美國德州儀器公司推出的精密電源正負限輸入/輸出儀表放大器。它的主要特點是輸入或輸出接近電源電壓，因此能夠提高輸入和輸出的動態(tài)范圍。其共模輸入電壓范圍為：（V-）-20mV～(V+)+100mV，并可保持良好的線性。由于INA326/327帶有預(yù)調(diào)整電阻網(wǎng)絡(luò)，因此無需提供精密匹配電阻，這樣在實現(xiàn)高共模抑制（其CMR的典型值為114dB）的同時，很大地方便了用戶。另外，INA326/327的增益可通過與輸入信號隔離的外部增益電阻來設(shè)置，而且工作性能穩(wěn)定，因此可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療儀器設(shè)備、傳感放大器、多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及大范圍測量等方面。
INA326采用8腳MSOP封裝，INA327采用10腳MSOP封裝，其中腳6（使能端）為高電平有效（電平電壓VH應(yīng)大于1.6V）。其引腳圖見圖1所示。
2 電路原理及參數(shù)
2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理
INA326的基本構(gòu)成是3個運算放大器和4個電流鏡。INA326/327可將輸出電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號并進行處理，因而可有效抑制共模輸入電壓，且不需要精密匹配的電阻。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理?？驁D如圖2所示，由圖可見：同相輸入端VIN+與反相輸入端VIN-可分別通過運算放大器A1、A2作用于R1，來自A1輸出級的流過R1電流的IR1和復(fù)制自A1的鏡像電流與A2輸出級匯合后，由于電流鏡作用將在腳5流出（或輸入）電流為2IR1，因此，其電壓增益為：
G=2R2/R1
由于內(nèi)部電源泵可分A1、A2及相關(guān)電源提供所需電壓，且其值可超過電源正負限。因此，加在其兩端的電壓可達到-20mV～+100mV。A3是電壓的緩沖輸出裝置，其輸入級亦由電源泵供給。
2.2 增益設(shè)置電阻
由內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，INA326是一個2級放大器，每級的增益分別由R1、R2設(shè)置，總增益G=2R2/R1。外接電阻R1、R2除對增益起決定性作用外，也直接影響到穩(wěn)定性及溫度漂移，因此要求精度較高時，應(yīng)采用低溫度系數(shù)的精密電阻。另外，連接R1、R2的布線及插座電阻也會產(chǎn)生增益誤差，所以，在精度要求較高時，不能采用插座，要直接焊接，同時應(yīng)盡減少腳1與腳8的雜散電容，而且應(yīng)將腳4與腳7直接用電容相連接。外接電阻在+5V單電源±2.5V雙電源兩種情況下有著不同的最佳配置。R1的最佳值可通過式R1=VINmax/12.5μA來計算，但R1不能小于2kΩ。
2.3 電路性能參數(shù)
INA326/327的主要電氣參數(shù)如表1所列。
表1 INA326/327的主要參數(shù)
| 參 數(shù) | 典型值 | 單 位 |
| 增益公式（外接電阻設(shè)置增益） | G=2（R2/R1） | |
| 增益范圍 | 0.1～10000 | V/V |
| 增益誤差 | ±0.08 | % |
| 線性誤差 | ±0.004 | % of FS |
| 增益溫度系數(shù) | ±6 | ppm/℃ |
| 輸入失調(diào)電壓 | ±20 | μV |
| 失調(diào)電壓漂移 | ±0.1 | μV/℃ |
| 輸入偏置電流 | ±0.2 | nA |
| 差分輸入電阻||電容 | 10 10||2 | Ω||pF |
| 共模輸入電阻||電容 | 10 10||14 | Ω||pF |
| 輸入電壓范圍 | (V-)-0.02～(V+)+0.1 | V |
| 安全輸入電壓范圍 | （V-）-0.5～(V+)+0.5 | V |
| 共模抑制 | 114 | dB |
| 頻率響應(yīng)寬度（-3dB） | 1 | kHz |
| 輸出短路電流 | ±25 | mA |
| 容性負載驅(qū)動能力 | 500 | pF |
| 工作環(huán)境溫度范圍 | -40～125 | ℃ |
| 貯存溫度范圍 | -40～150 | ℃ |
3 典型應(yīng)用
INA326的一種典型應(yīng)用電路如圖3所示。圖中OPA551的60V運算放大器，可實現(xiàn)±27V的輸出。其輸出電壓Vo可通過RF進行反饋，這樣，增益為G=-RF/R1=-100V/V。由于INA326中內(nèi)部電源泵的作用，其腳5的電壓值可達VGND-20mV，因此，無需在腳5端連接附加的負電源。在該電路中，IB引起的失調(diào)電壓為100pA·2kΩ=0.2μV。
圖4是應(yīng)用INA326設(shè)計的精密滿幅度電壓跟隨器。當(dāng)該電路的輸入為高頻信號時，應(yīng)當(dāng)在電路中接入電容C1，并取C1=100C2。該電路沒有CMOS運算放大器常見的N/P輸入級跨接效應(yīng)，因此具有非常好的線性。
4 結(jié)束語
TI公司的精密電源正負限輸入/輸出儀表放大器INA326/327具有高精度、低價格和尺寸小等特點，可廣泛應(yīng)用于橋式放大器、熱偶放器、傳感器大器、高分辨率測試系統(tǒng)以及醫(yī)療儀器等方面。
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