摘要：由于仪表放大器电路具有较高的输入阻抗以及较高的共模抑制比以及漂移性较小，因而其在微弱信号放大的过程中得到了非常广泛的应用。对于仪表放大器的作用和其在各方面的广泛的应用进行了介绍，对于仪表放大电路的整个设计过程进行了详细的介绍，为仪表放大电路的设计提供了理论和实践依据。
关键词：仪表；放大器；原理；设计
1.引言
一般智能仪表所采集到的信号都是非常微弱的信号,这些信号都具有小信号的基本的特征:信号的幅值很小通过在毫伏级别,并且所采集到的数据当中存在着较多的噪声。针对这种微弱的带有噪声的信号,一般首先利用智能仪表所自带的放大电路将信号进行放大处理。但是放大的目的不仅仅局限于提高信号的幅值大小,在很大程度上是为了提高信号的信噪比;仪表的等级是根据仪表所能够分辨的小信号的级别来进行划分的,其中动态范围也是衡量其很重要的一个指标。智能仪表的输入信号的范围在很大程度上取决于仪表自身所带的放大电路。本文在智能仪表自身所带的放大电路的结构和原理的基础上对仪表放大器的电路进行设计,并且设计出了常见的几种仪表的放大器的电路,并且给出了电路放大器的特点,为智能电子仪表的改进和改良提供了切实的理论依据和实践基础。
2.仪表放大电路的组成和原理
智能仪表的放大电路的结果如下图所示，其一般由两级的差分放大电路组成。其中前两个放大器A1和A2是通过同相输入的方式，这种输入的方式能够在一定程度上提高电路的输入的阻抗，能够减小电路结构对于输入信号的衰减的作用。利用差分的信号输入可以使得放大电路对于信号的方法仅仅局限在对差模信号的放大上，并且能够在一定程度上提高后级别的差模信号和共模信号的幅值之比，也就是共模抑制比，在本实例中A3是放大电路的核心，在控制共模抑制比不便的情况下最大程度的降低对于电路中各级电阻的精度的要求，最终使得仪表放大电路具有较好的抑制工模信号的能力，此外电路的增益和电路中的电阻有直接的关系通过调节电路中电阻值可以对放大电路的增益进行有效的调节。
3.仪表放大电路的设计
3.1放大电路的方案设计
从现在的技术角度来看实现智能仪表的放大电路的方式主要具有两种形式，一种是通过分立的元器件组合而成，另外一种是由单片机来进行实现。本文利用元器件LM741以及OP07以及集成运算放大器LM324和单片机AD620来对智能仪表的放大器电路进行了方案设计。首先第一种方案是由单个通用性的运放LM741来进行实现，利用3个LM741来组成仪表的运算放大器，另外还包括A1和A2两个集成运放，最后组成的集成运算放大器智能仪表放大电路的方案结构如下所示：另外智能仪表的放大电路亦可以由三个OP07组成，其电路结构和方案1类似，但是其可以用3个OP07来代表原来方案中的A1、A2、A3三个集成运算放大器。此外通过利用集成有四个集成运算放大器的LM324也可以实现智能仪表的放大电路的设计就是方案3，该方案将四个具有独立功能的集成运算放大器放置在一个芯片当中，因而就可以大大减少由于智能仪表在放大电路设计的过程中由于制造的工艺的不同而造成智能仪表的放大电路在性能上的不同，并且该方案在电源的供电方式上选择了单电源供电的方式，因而其能够大大减少电路在设计的过程中所出现的干扰和造成，能够在一定程度上降低干扰因素提高智能仪表放大电路的性能，但是在这过程中电路的工作的原理是和上述方案基本类似的。最后一个智能仪表的放大电路的设计方案是由一个单片机的集成芯片AD620来进行实现的，该电路的设计结构非常的简单，通过一个集成芯片AD620，外加用于调节放大电路放大倍数增益的电阻，再对电路进行电源进行供电就实现了智能仪表放大电路的第四种设计的方案，该方案具有设计方式简单使用非常方便等特点，并且也仅仅需要对相应的控制增益的电阻进行调节就能够对放大电路的增益进行调整。
3.2放大电路性能测试
对于上述所设计的四种智能仪表的放大电路，其中四种电路的设计的结构都非常的类似，其组成的形式都是桥式的电路，都是讲差分输入改为单端的信号输入，本文对于几种方案的信号源的最大输入值和最小输入值以及放大电路的最大增益以及共模抑制比等几个方面进行了测试，其中电路的最大输入和最小输入时在特定的测试条件下使得电路输入信号不失真的情况下能够输入的最大和最小的信号。而放大电路的最大的增益则是值在给定的条件下不失真的时候所能够对输入信号放大的最大的倍数。共模抑制比可以通过一定的公式来进行计算。从仿真的结果来看仿真的效果要比实际测试的效果要好，这是因为在仿真的过程中不会受到各种环节和信号的干扰。在实际使用的过程中各个硬件环节以及认为操作的因素都会对测试的结果产生不同程度的影响。通过测试发现方案2其信号的动态的输入范围是最大的，电路的增益也是最大的，共模抑制比也是最大的，因为该种方案是最优的，该方案的成本要比方案1和方案3稍高，但是要比方案4便宜不少，所以综合考虑成本和性能的因素方案2是最为适宜选择的智能仪表放大器放大电路的设计的方案。
4.结语
在智能仪表中，放大电路的性能直接影响到了仪表的性能，因而提高智能仪表的性能关键就是提高其中放大电路的性能，本文对放大仪表放大电路在其原来结构和原理的基础上进行了重新的方案的改进和设计，并且从输入信号的动态范围，增益以及共模抑制比等几个方面对放大电路的设计方案进行了仿真，综合成本和性能确定了最优的智能仪表的设计方案。
参考文献
[1]王余峰,王志功,吕晓迎,王惠玲.单片集成低功耗神经信号检测CMOS放大器[J].半导体学报.2006(08)
[2]梅玉芳.仪表放大器及其应用问题研究[J].中国科技信息.2006(16)
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作者：郑晓彦 李润哲 单位：郑州信息科技职业学院
