差分放大器都有哪些應用呢？

目前市場(chǎng)上運算放大器的種類(lèi)繁多，常用的便有通用型、精密運放、儀表運放、差分運放、高輸入阻抗類(lèi)型、高速型、低功耗型、高壓大功率運放和隔離運放等多種運算放大器，每一種運放都具有其獨特的特性。工程師在選擇器件時(shí)要根據應用場(chǎng)合情況進(jìn)行運放種類(lèi)的選擇。而其中差分運放因其具有精度高、抗噪聲能力強的特點(diǎn)，常應用于信號采集傳輸的場(chǎng)合。

應用領(lǐng)域

1.輸入電壓范圍低于電源電壓的場(chǎng)合

在進(jìn)行壓力/磁/溫度惠斯通橋的兩端信號的采集與處理的應用時(shí)，因為其輸入電壓范圍低于供電電壓的特點(diǎn)，這時(shí)就可以使用儀表放大器進(jìn)行信號采集處理。

儀表放大器因其高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線(xiàn)性誤差、低失調漂移與增益可調節的特點(diǎn)使得其在微弱信號采集、傳感器信號放大的應用方面倍受青睞。航晶公司目前已經(jīng)完成了儀表放大器HJG620、HJG826、HJG118、HJG128、HJG333和HJ52301系列等器件的研發(fā)設計并已經(jīng)得到了廣泛應用且實(shí)現對進(jìn)口器件AD620、INA826、INA118、INA128、INA333和MII-52301器件的完全國產(chǎn)化替代。

但在進(jìn)行儀表放大器的應用時(shí)要注意器件的應用環(huán)境條件，應用條件不合適就會(huì )導致器件的功能參數受到影響，使得器件的輸出誤差變大。

儀表放大器的應用REF端輸入可以對輸出信號進(jìn)行偏置調節，但要注意REF端的輸入信號要具有低輸出阻抗并具有吸收電流和拉出電流的能力，這樣才能使得器件的輸出誤差得到保證。即應用運放進(jìn)行緩沖輸入REF端或應用基準電壓源進(jìn)行REF端電壓設置可以保證小的輸出誤差，而應用電阻分壓式處理或者LDO的方式將會(huì )使得器件的輸出誤差變大，采集精度變低。

儀表放大器的工作范圍是取決于共模電壓、增益和REF引腳端電壓的，即輸入共模的大小對于器件的工作特性時(shí)具有影響的，這種關(guān)系被稱(chēng)為儀表放大器的鉆石圖。這種受共模電壓影響的特性在儀表放大器處于單電源應用時(shí)要格外注意。

從上圖中可以看到，單電源工作的儀表放大器設置較大輸出時(shí)，其輸入共模電壓范圍就會(huì )很窄在一般電源電壓處，這時(shí)如果在輸入端要想采集較小的電壓信號就必須在REF端加上新的偏置電壓，可以使得輸入共模電壓范圍相應變寬。

2.輸入電壓范圍大于電源電壓的共地系統（common GND）

當輸入電壓大于電源電壓時(shí)，這時(shí)就不能使用上述的儀表放大器進(jìn)行信號采集處理，而要選擇差分放大器進(jìn)行工作。

差分放大器通過(guò)先將輸入電壓等比例縮小，再在內部重新進(jìn)行增益網(wǎng)絡(luò )的設置以最終得到一個(gè)固定增益，通過(guò)這種電氣連接結構能夠使得整個(gè)器件的輸入電壓范圍放大以至于能夠超過(guò)電源電壓。差分放大器的外圍電阻設計時(shí)采用低溫漂的薄膜材料以能夠得到優(yōu)秀的溫度特性，使得器件輸出誤差對溫度變化的影響較小，能夠保持高精度的輸入信號采集處理。且因為差分放大器的輸入電阻較大，則器件不容易受到白噪聲與輸入紋波的影響，以至于在不需要進(jìn)行電源隔離的情況下，無(wú)需進(jìn)行多余濾波網(wǎng)絡(luò )和隔離網(wǎng)絡(luò )的設置，這時(shí)差分放大器能夠替代隔離放大器的應用，極大的減小了整個(gè)系統的應用成本。

航晶公司目前已經(jīng)完成了HJ133A、HJINA148與HJ629等差分放大器的研發(fā)設計，能夠對進(jìn)口型號INA133、INA148與AD629/INA117等差分放大器進(jìn)行完全國產(chǎn)化替代。且該種類(lèi)產(chǎn)品已經(jīng)得到客戶(hù)實(shí)驗驗證與批量應用。

3.輸入電壓范圍大于電源電壓的不共地系統（galvanic isolation）

由于不共地，因而被測信號往往是寄生在復雜的共、差模干擾中，且伴隨有共模瞬變干擾。此時(shí)則需要應用隔離放大器進(jìn)行信號采集。

隔離放大器是一種特殊的測量放大電路，其輸入、輸出和各電源電路之間是沒(méi)有直接電路耦合的，即信號在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端，器件的輸入與輸出之間是具有電氣隔離的，是一種能夠對各種信息信號進(jìn)行變送、隔離、放大、運傳的集成電路，能夠完成在復雜電磁環(huán)境的工況環(huán)境下對微弱的輸入信號進(jìn)行隔離放大輸出的功能。

因其內部具有電氣隔離的設計，隔離放大器的共模瞬態(tài)抑制能力普遍較強，當輸入信號上具有瞬間大電壓變化時(shí)，超高的共模瞬態(tài)抑制能力會(huì )使得這種變化不會(huì )作用于器件的輸出上，因此當器件輸入端出現了破壞性的電壓變化，器件的性能也不會(huì )受損。因為采用了電源隔離的工作模式，隔離放大器也能夠消除測量時(shí)有接地環(huán)引起的測量誤差，使得測量精度更高。即隔離放大器具有抗共模瞬變干擾的能力以能更高精密的采集微弱信號并放大處理。

航晶公司目前已經(jīng)完成了HJ278和HJ5B40系列等隔離放大器的研發(fā)設計，能夠對進(jìn)口型號ADI-5B40隔離放大器進(jìn)行完全國產(chǎn)化替代。其中HJ5B40系列輸入與輸出之間隔離耐壓可達4242V。該種類(lèi)產(chǎn)品已經(jīng)受到客戶(hù)的大量采購與應用實(shí)踐。

審核編輯：劉清