精密儀用放大器INA114

INA114是一種通用儀用放大器，尺寸小、精度高、價格低廉，可用于電橋、熱電偶、數據采集、RTD傳感器和醫療儀器等。INA114只需一個外部電阻就可以設置1至10000之間的任意增益值，內部輸入保護能夠長期耐受±40V，失調電壓低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），共模抑制比高（G=1000時為50dB），用激光進行調整，可以在±2.25V的電壓下工作，使用電池（組）或5V單電源系統，靜態電流最大為3mA。INA114采用8引腳塑料封裝或SOL-16表面封裝貼件，使用環境溫度為-40℃～+85℃。

INA114的內部電路和引腳布局如圖1和圖2所示。

圖1：INA114的內部電路圖

圖2：INA114引腳布局

二、主要電氣參數

表1給出了INA114的主要電氣參數。

由于INA114的參數很多，這里只簡單地列出了一些參數，更詳細的資料可以去BB公司的主頁下載。

下面給出INA114絕對最大使用限度。

電源電壓：? ±18V

輸入電壓范圍：? ±40V

工作溫度：? -40℃～+125℃

儲存溫度：? -40℃～+125℃

節點溫度：? +150℃

引腳溫度(軟焊，10s)：?? +300℃

三、應用設計及舉例

圖3：基本接口

圖3所示為INA114的基本連接要求。如用于噪聲或高阻電源時，需要在靠近電源引腳處連接去耦合電容。

建立增益

　　INA114的增益值只用一個外部電阻RG就可以設置，公式如下：

G=1+50kΩ/RG???????????????? (1)

　　圖3附有常用的增益值及相應阻值，表2列出了INA114的常用增益值和RG近似阻值。

　　公式（1）中的“50kΩ”這一項是兩個內部反饋電阻的和。這兩個金屬膜的電阻已經用激光調整到精確的值。INA114增益的精確度和漂移額定值中包含了這兩個電阻的精確度和溫度系數。

　　用來設置增益的外部電阻RG的穩定性和溫漂也對增益有影響。RG對增益精度和增益漂移的影響，可以由公式（1）直接推導出來。高增益需要低阻值，所以接線電阻就很重要。線路上增加的插座會使增益誤差額外地增加100甚至更多，并且很可能是不穩定的誤差。

噪聲特性

　　在大多數應用中，INA114產生的噪聲都很小。對于小于1kΩ的差動信號源電阻，INA103產生的噪聲更小；信號源電阻大于5kΩ時，INA111型FET輸入儀用放大器產生的噪聲更小一些。

　　INA114的低頻噪聲頻率峰-峰值約為0.4μV(從0.1Hz到10Hz)。這大約是使用斬波穩零的“低噪聲”放大器所產生的噪聲的十分之一。

失調/偏移的修正

　　INA114用激光來修正微小的失調電壓和漂移，在大多數應用中都不需要進行外部失調修正。圖4所示為采用一個回路來修正輸出偏離電壓。在這個結點上必須使用低電阻來保證良好的共模抑制比，用一個運算放大器進行緩沖就可以達到這個目的。

圖4：修正輸出偏離電路

偏置電壓返回路徑

　　INA114的輸入電阻很大（約1010Ω），但是必須為兩個輸入端的偏置電流都設置返回路徑。偏置電流小于±1nA(由于電路的影響，偏置電流可正可負)。由于輸入電阻很大，使得輸入電壓變化時偏置電流的變化很小。

圖5：提供偏置電源返回路徑

必須提供輸入電流返回路徑,INA114才能正常運行。圖5所示為一些提供偏置電流返回路徑的設計。沒有偏置電流返回路徑，輸入的浮動將超出INA114的共模范圍，放大器將達到飽和。如果差動信號源電阻很小，偏置電流路徑可以接到一個引腳上（參看圖5的熱電偶）。信號源電阻大時，用兩個相等電阻提供一個平衡輸入，并且由于偏置電流和良好的共模抑制比,偏離電壓也會變得較低。

輸入共模范圍

　　INA114 的運算放大器的線性共模范圍和整個放大器的輸出電壓有關，約為 ±13.75V(或偏離電源電壓1.25V)。輸出電壓升高時，輸入運算放大器A1和A2的輸出電壓擺卻限制著線性輸出范圍。

圖6：A1和A2的電壓擺

共模和差動輸入信號聯合會造成A1 或A2輸出飽和。圖6所示為A1和A2根據共模和差動輸入電壓表示的輸出電壓擺。這些內部放大器的輸出擺動能力和外部放大器A3一樣。在輸入共模需要達到最大范圍的應用中，給INA114設置較小的增益，來限制輸出電壓擺。如果需要,在INA114后加大增益來提高輸出電壓擺。

　　輸入過載時,輸出常常表現正常。例如，當一個輸入端電壓為+20V，另一個為+40V時，顯然這兩個輸入都超過了放大器的線性共模范圍。由于這兩個放大器都飽和，且接近于相同的輸出電壓極限，輸出電壓測到的差動電壓接近零，所以如果兩個輸入端都過載，INA114的輸出卻接近于零。

輸入保護

　　INA114兩個輸入端的保護各自可承受±40V電壓。即使一個輸入端電壓為-40V，另一個為+40V，也不會有危險。每個輸入端的內部電路在通常信號條件下提供串聯小電阻。為提供等效的保護，串聯輸入電阻會產生過度噪聲。如果輸入端過載，保護電路把輸入電流限制到安全值（約1.5mA）。即使沒有電源電壓存在，輸入端仍然受到保護。