运放在小信号测量中的应用

运放作为一种比较理想的放大器，在小信号测量方面有着非常广泛的应用，本小节介绍两种比较常用的测量电路。

1. 微电压测量

对于测量微电压(几个毫伏的量级)，在现在数字技术已经很发达的今天，基本不是问题。 用运放搭一个同相放大器，将微电压放大到合适的比例，然后再用A/D转换就可以得到这个被放大的微电压值。

这里介绍一下以前在指针式测量的年代，如何测量微电压。 虽然现在不再用这种方式测量微电压了，但这个电路本身还是比较有用的，它可以将微电压转换成电流信号，在要求不是很高的场合下可以直接驱动负载。 微电压测量的电路如下图所示：

图8-05.01

图中，mA为指针式毫安计。 其工作情况分析如下：运放的反相输入端电位为0，S点的电位为：

电流Io的表达式为：

由于Rf远大于Rs，故可忽略括号中的+1，上式可近似为：

其中Rs可用来调节Vi的可测满量程。 例如，当Rf=R1且Rs为10Ω时，10mV的的输入电压会使运放输出1mA的电流。

另外，由于这个电路需要运放的输出端可输出正负电压，因此其运放元器件在选型时要使用那种正负双电源供电的运放器件。

2. 仪表放大器

仪表放大器(instrumentation amplifier)电路被广泛应用于微小信号的放大和测量，它由3个运放和7个电阻构成。 如下图所示：

图8-05.02

由于这种电路的形式比较固定，因此仪表放大器常被制作于一块集成芯片中，芯片内部含有三个运放和6个经过激光校准的精密电阻R，可调电阻RG留给用户在片外配置，以使用户可以自行调节放大倍数。

下面我们对这个电路进行分析：

运放A3为前面我们分过的差分放大电路，由于其四个配置电阻R阻值相等，其输出电压Vo的表达式为：

运放A1和A2的反相输入端分别和它们的同相输入端虚短，并且由于运放的输入电流为0，故流过RG的电流和流过其上下两个电阻R的电流相同，因此可对这三个电阻分别使用欧姆定律列出以下方程组：

根据上两式，可推导出输出Vo1-Vo2和输入Vi1-Vi2的关系：

仪表放大器最终输出的表达式为：

常用的仪表放大器集成芯片有LH0036、AD8221等。