原创 详细分析INA系列运放的拓扑电路

Abstract:在电子信息预处理系统中，通过传感器或其他途径所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，因此必须把它进行放大之后再作调理。这也就“催生”了INA系列的精密放大器，专门用于弱信号放大。

    由于从传感器所获得的信号通常为差模小信号，并含有较大的共模部分。共模信号一般来说都是没有用的信号，是放大电路应该抑制的。这就要求放大器应该具有较好的抑制共模信号的能力了。在这里我们得先明确一个关于运放很重要的指标参数——共模抑制比（即CMRR）：

举一个例子来说明,如下图：

上图中，Vcm是共模电压信号源，而Vdm1和Vdm2则是差模电压信号源。该电路的用途就是放大差模电压信号（Vdm1+Vdm2）而抑制共模信号，且

However,放大电路是必然将从信号源索取电流的，由于信号源内阻的客观存在，要想使得放大电路前端所得到的输入电压Ui越接近实际的信号源电压Us，根据电压放大倍数的表达式：

可知，必须使得放大器的输入电阻Ri>>Rs，这样的话就说明，放大电路从信号源索取的电流将会很小，即信号源内阻上的电压也就越小，信号电压损失越小。为了解决这个问题，我们可以在上图差分放大器电路的输入端增加两个缓冲放大器，改进后如下图所示：

但是这个电路还不能作为实用的电路，因为它不能按照具体的实际情况而调节该放大器电路的Gain。为了解决这个问题，我们可以在两个缓冲放大器前端“横跨”增加一个精度较高的电阻RG，由此既可以给电路提供高输入阻抗，又可以根据实际情况适当调节电路的Gain。

经过简单的推导，不难得出：

由上式可见，该电路很好地放大了信号源的差模信号，而抑制了共模信号，并且，若差模放大倍数数值越大，共模抑制比就越高，这正是我们所想要的结果。调节电阻RG即可调节放大器的增益，这个外部电阻最好是选择那种在整个温度范围内能够保持较高精度的电阻，However,我们得注意一个客观的事实：即使是最精确的仪表放大器，也会因为外部增益设置电阻的误差而影响整个放大器电路的性能。

Conclusion:本文对INA系列运放“最原始”的拓扑电路结构进行了比较详细的分析，如今各式各样的INA系列芯片大都是以此为基础演变而来的。倘若把这个最基本的原理性的东西理解清楚了，也就不会畏惧以后的“枝枝叶叶”的细节了！