原创 精密仪用放大器INA114

一、 概述

　　INA114是一种通用仪用放大器，尺寸小、精度高、价格低廉，可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等。INA114只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值，内部输入保护能够长期耐受±40V，失调电压低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），共模抑制比高（G=1000时为50dB），用激光进行调整，可以在±2.25V的电压下工作，使用电池（组）或5V单电源系统，静态电流最大为3mA。INA114采用8引脚塑料封装或SOL-16表面封装贴件，使用环境温度为-40℃～+85℃。

INA114的内部电路和引脚布局如图1和图2所示。

图1：INA114的内部电路图

图2：INA114引脚布局

二、 主要电气参数

表1给出了INA114的主要电气参数。

由于INA114的参数很多，这里只简单地列出了一些参数，更详细的资料可以去BB公司的主页下载。

下面给出INA114绝对最大使用限度。

电源电压：  ±18V

输入电压范围：  ±40V

工作温度：  -40℃～+125℃

储存温度：  -40℃～+125℃

节点温度：  +150℃

引脚温度(软焊，10s)：   +300℃

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三、 应用设计及举例

图3：基本接口

图3所示为INA114的基本连接要求。如用于噪声或高阻电源时，需要在靠近电源引脚处连接去耦合电容。

建立增益

　　INA114的增益值只用一个外部电阻RG就可以设置，公式如下：

G=1+50kΩ/RG                 (1)

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

　　公式（1）中的“50kΩ”这一项是两个内部反馈电阻的和。这两个金属膜的电阻已经用激光调整到精确的值。INA114增益的精确度和漂移额定值中包含了这两个电阻的精确度和温度系数。

　　用来设置增益的外部电阻RG的稳定性和温漂也对增益有影响。RG对增益精度和增益漂移的影响，可以由公式（1）直接推导出来。高增益需要低阻值，所以接线电阻就很重要。线路上增加的插座会使增益误差额外地增加100甚至更多，并且很可能是不稳定的误差。

噪声特性

　　在大多数应用中，INA114产生的噪声都很小。对于小于1kΩ的差动信号源电阻，INA103产生的噪声更小；信号源电阻大于5kΩ时，INA111型FET输入仪用放大器产生的噪声更小一些。

　　INA114的低频噪声频率峰-峰值约为0.4μV(从0.1Hz到10Hz)。这大约是使用斩波稳零的“低噪声”放大器所产生的噪声的十分之一。

失调/偏移的修正

　　INA114用激光来修正微小的失调电压和漂移，在大多数应用中都不需要进行外部失调修正。图4所示为采用一个回路来修正输出偏离电压。在这个结点上必须使用低电阻来保证良好的共模抑制比，用一个运算放大器进行缓冲就可以达到这个目的。

图4：修正输出偏离电路

偏置电压返回路径

　　INA114的输入电阻很大（约1010Ω），但是必须为两个输入端的偏置电流都设置返回路径。偏置电流小于±1nA(由于电路的影响，偏置电流可正可负)。由于输入电阻很大，使得输入电压变化时偏置电流的变化很小。

图5：提供偏置电源返回路径

必须提供输入电流返回路径,INA114才能正常运行。图5所示为一些提供偏置电流返回路径的设计。没有偏置电流返回路径，输入的浮动将超出INA114的共模范围，放大器将达到饱和。如果差动信号源电阻很小，偏置电流路径可以接到一个引脚上（参看图5的热电偶）。信号源电阻大时，用两个相等电阻提供一个平衡输入，并且由于偏置电流和良好的共模抑制比,偏离电压也会变得较低。

输入共模范围

　　INA114 的运算放大器的线性共模范围和整个放大器的输出电压有关，约为 ±13.75V(或偏离电源电压1.25V)。输出电压升高时，输入运算放大器A1和A2的输出电压摆却限制着线性输出范围。

图6：A1和A2的电压摆

共模和差动输入信号联合会造成A1 或A2输出饱和。图6所示为A1和A2根据共模和差动输入电压表示的输出电压摆。这些内部放大器的输出摆动能力和外部放大器A3一样。在输入共模需要达到最大范围的应用中，给INA114设置较小的增益，来限制输出电压摆。如果需要,在INA114后加大增益来提高输出电压摆。

　　输入过载时,输出常常表现正常。例如，当一个输入端电压为+20V，另一个为+40V时，显然这两个输入都超过了放大器的线性共模范围。由于这两个放大器都饱和，且接近于相同的输出电压极限，输出电压测到的差动电压接近零，所以如果两个输入端都过载，INA114的输出却接近于零。

输入保护

　　INA114两个输入端的保护各自可承受±40V电压。即使一个输入端电压为-40V，另一个为+40V，也不会有危险。每个输入端的内部电路在通常信号条件下提供串联小电阻。为提供等效的保护，串联输入电阻会产生过度噪声。如果输入端过载，保护电路把输入电流限制到安全值（约1.5mA）。即使没有电源电压存在，输入端仍然受到保护。

图7：远距离负载和地面传感

输出电压检测（仅用于SOL-16封装）

INA114的表面贴装版本有一个独立的输出检测反馈接口—引脚12，该引脚必须接引脚11来进行操作,在INA114的DIP版本中这个接口则设在芯片内部。

输出检测接口在精度最好的负载条件下可直接用来检测输出电压。图7 所示是通过内部连接电阻驱动负载的方法。远距离定位反馈路径可能造成不稳定，可以用通过C1的高频反馈路径来消除。

图7和图8是两个应用的典型电路，供读者参考。

结束语

综上所述，INA114精密仪用放大器精度高、增益范围大、性能优良、价格低廉，非常适合于精密仪器的使用。