初级模拟电路基础：8-5 手机号测量电路

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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I_o的表达式为：

由于R_f远大于R_s，故可忽略括号中的+1，上式可近似为：

其中R_s可用来调节V_i的可测满量程。例如，当R_f=R₁且R_s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。

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R_G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V_o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R_G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V_o1-V_o2和输入V_i₁-V_i2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。

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