设计目标

设计说明

此设计使用 3 个运算放大器构建分立式仪表放大器。电路将差动信号转换为单端输出信号。仪表放大器能否以线性模式运行取决于其构建块（即运算放大器）能否以线性模式运行。当输入和输出信号分别处于器件的输入共模和输出摆幅范围内时，运算放大器以线性模式运行。用于为运算放大器供电的电源电压定义这些范围。

设计说明

1. 使用精密电阻器实现高直流 CMRR 性能
2. R₁₀ 设置电路的增益。
3. 向输出级添加隔离电阻器以驱动大电容负载。
4. 高电阻值电阻器可能会减小电路的相位裕度并在电路中产生额外的噪声。
5. 能否以线性模式运行取决于所使用的分立式运算放大器的输入共模和输出摆幅范围。线性输出摆幅范围在运算放大器数据表中 A_OL 测试条件下指定。

设计步骤

1. 此电路的传递函数：
   

   当 V_ref = 0 时，传递函数简化为以下公式：

   

   其中

   
2. 选择反馈环路电阻器 R₅ 和 R₆：
   
3. 选择 R₁、R₂、R₃ 和 R₄。要将 Vref 增益设置为 1V/V 并避免降低仪表放大器的 CMRR，R₄/R₃ 和 R₂/R₁ 的比率必须相等。
   
4. 计算 R₁₀ 以实现所需的增益：
   
   
   
   
5. 要查看共模电压范围，请从参考资料 [5] 中下载并安装程序。通过为三级运算放大器 INA（内部放大器具有所选放大器（在本例中为 TLV172）所定义的共模范围、输出摆幅和电源电压范围）添加代码，对安装目录中的 INA_Data.txt 文件进行编辑。本设计中没有 V_be 偏移，输出级差分放大器的增益为 1V/V。默认电源电压和基准电压分别为 ±15V 和 0V。运行程序并相应地设置增益和基准电压。生成的 V_CM 与 V_OUT 图近似于分立式 INA 的线性运行区域。

设计仿真

直流仿真结果

瞬态仿真结果

参考资料：

1. 模拟工程师电路设计指导手册
2. SPICE 仿真文件 SBOMAU8
3. TI 高精度实验室
4. 仪表放大器 V_CM 与 V_OUT 图
5. 仪表放大器的共模范围计算器

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器