3.2.2　由三运算放大器构成的仪表放大器

1.由三运算放大器构成的仪表放大器组成及原理

由三运算放大器构成的仪表放大器如图3-3所示。电路中三运算放大器都接成比例运算电路的形式。三个集成运算放大器分为两级，第一级由A ₁ 和A ₂ 组成，它们均为同相比例放大器，输入电阻很大。第二级是A ₃ ，它是差分输入放大器，将差分输入转换为单端输出，且具有抑制共模信号的能力。

在本电路中，要求元件参数对称，即

R ₂ = R ₃ ， R ₄ = R ₅ ， R ₆ = R ₇

根据运算电路的基本分析方法，可得

式中， u ₁ 和 u ₂ 分别是A ₁ 和A ₂ 的输入端电压信号， u _I = u ₁ - u ₂ ，由式（3-4）可知，只要改变电阻 R ₁ ，即可调节输出电压和输入电压之间的比例关系。如果将R ₁ 开路，则式（3-4）就变为

应当指出，电路中 R ₄ 、 R ₅ 、 R ₆ 和 R ₇ 电阻必须采用高精密电阻，并要精确匹配。否则，不仅会给输入与输出关系式带来误差，还会降低电路的共模抑制比。

在由三运算放大器构成的仪表放大器中，第一级的A ₁ 和A ₂ 两个放大器在性能指标上应尽量一致，可以选同一运算放大器芯片中的两个放大器，比如可选一个芯片中包含4个放大器的LM324或包含2个放大器的LM358，不宜选一个芯片中只有1个放大器的μA741。

2.由三运算放大器构成的仪表放大器应用实例

【例3.2】 图3-4所示是由三运算放大器（集成运算放大器LM358）构成的仪表放大器，电源电压为±12V。图中， R ₁ =2kΩ， R ₂ = R ₃ =1kΩ， R ₄ = R ₅ =2kΩ， R ₆ = R ₇ =10kΩ，从in1处和in2处输入信号，从 u _O 处输出信号。图中，接在输出 u _O 处的虚拟电压表用于测量输出电压。

现在给in1处输入幅度为2V的直流电压信号，给in2处输入幅度为1V的直流电压信号，用Proteus交互仿真功能，可以测出电路的输出端的电压值，如图3-4所示。图中虚拟电压表显示的输出电压值为-9.99V。现在根据式（3-4），计算由三运算放大器构成的仪表放大器的理论放大倍数。

这表明在这种输入信号下，输出的实测结果和理论计算值是完全吻合的。现在给in1处和in2处输入不同幅度的直流电压信号，用Proteus交互仿真功能测出电路输出端的相应电压值，并把它填入表3-1中。

由表3-1可见，当两输入信号电压差（in1-in2）太小（小于10mV）或太大（大于1200mV）时，电路就不能按给定的放大倍数（-10）不失真地放大输入电压。 Tc6bDzw5/LnYZI142GLSDOeX8ySuT+a7e8U6OsUa7v8PEfwin1j7lhpkxTUuGQ7K