几乎所有类型的传感器和传感器都将诸如光，温度，重量等真实世界的参数转换为电压值，以供我们的电子系统理解。该电压电平的变化将帮助我们分析/测量现实世界的参数，但是在某些应用（例如生物医学传感器）中，该变化非常小（低电平信号），并且即使对于微小的变化也要保持跟踪非常重要。获得可靠的数据。在这些应用中，使用仪表放大器。
仪表放大器又名INO或仪表放大器，顾名思义，它可以放大电压变化并提供与其他任何运算放大器一样的差分输出。但是，与普通放大器不同，仪表放大器将具有高输入阻抗和良好增益，同时具有全差分输入的共模噪声抑制能力。没关系的话，可以了。在本文中，我们将了解这些仪表放大器，并且由于这些IC比运算放大器相对昂贵，因此我们还将学习如何使用像LM385或LM324这样的普通运算放大器来构建一个放大器。仪表放大器并将其用于我们的应用。运算放大器还可以用于构建电压加法器和电压减法器电路。
什么是仪表放大器IC？
除了普通的运算放大器IC，我们还有一些特殊的仪表放大器放大器，例如INA114 IC。它仅是为某些特定应用组合在一起的少量普通运算放大器。要了解有关此内容的更多信息，请查看INA114的数据表以获取其内部电路图。
如您所见，IC吸收了两个信号电压V IN-和V IN +，为了便于理解，我们从现在开始将它们视为V1和V2。可以使用以下公式计算输出电压（V O）
V O = G（V2 – V1）
其中，G是运算放大器的增益，可以使用外部电阻器R G进行设置，并使用以下公式进行计算
G = 1+（50kΩ / RG）
注意： 值50k ohm仅适用于INA114 IC，因为它使用的电阻为25k（25 + 25 = 50）。您可以分别计算其他电路的值。
因此，基本上，现在看一下，仪表放大器仅提供两个电压源之间的差，其增益可由外部电阻器设置。这听起来很熟悉吗？如果没有，请看一下差分放大器的设计，然后再回来。
是的，这正是差动放大器的功能，如果仔细观察，您甚至会发现上图中的运算放大器A3只是差动放大器电路。因此，以通俗易懂的话来说，仪表放大器是另一种差分放大器，但具有更多优点，例如高输入阻抗和易于增益控制等。这些优点是由于设计中的其他两个运放（A2和A1），我们将在下一个标题中了解更多信息。
了解仪表放大器
为了完全理解仪表放大器，让我们将上图分解为有意义的块，如下所示。
如您所见，仪表放大器只是两个缓冲运算放大器电路和一个差分运算放大器电路的组合。我们已经分别了解了这两种运算放大器的设计，现在我们将了解如何将它们组合在一起以构成差分运算放大器。
差分放大器和仪表放大器之间的区别
在上一篇文章中，我们已经学习了如何设计和使用差分放大器。差分放大器的几个明显的缺点是：由于输入电阻的原因，它具有非常低的输入阻抗，而由于高共模增益，其具有非常低的CMRR。由于缓冲电路，这些将在仪表放大器中克服。
同样在差分放大器中，我们需要改变很多电阻来改变放大器的增益值，但是在差分放大器中，我们可以通过简单地调整一个电阻值来控制增益。
使用运算放大器的仪表放大器（LM358）
现在，让我们使用运算放大器构建一个实用的仪表放大器，并检查其工作原理。我正在使用的运算放大器仪表放大器电路如下。
该电路需要三个运算放大器。我已经使用了两个LM358 IC。LM358是一款双封装运算放大器，它在一个封装中具有两个运算放大器，因此我们的电路需要两个。同样，您也可以使用三个单封装LM741运算放大器或一个四封装LM324运算放大器。
在上述电路中，运算放大器U1：A和U1：B充当电压缓冲器，这有助于实现高输入阻抗。运算放大器U2：A用作差分运算放大器。由于差分运算放大器的所有电阻均为10k，因此它用作单位增益差分放大器，这意味着输出电压将是U2：A的引脚3和引脚2之间的电压差。
仪表放大器电路的输出电压可以使用以下公式计算。
Vout =（V2-V1）（1+（2R / Rg））
其中，R =电路的电阻值。这里R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7这是10k
Rg =增益电阻。这里Rg = R1，为22k。
因此，R和Rg的值决定了放大器的增益。增益值可以通过
增益=（1+（2R / Rg））
仪表放大器的仿真
当仿真上述电路时，得出以下结果。
如您所见，输入电压V1为2.8V，V2为3.3V。R的值为10k，Rg的值为22k。将所有这些值放在上面的公式中
Vout =（V2-V1）（1+（2R / Rg）） =（3.3-2.8）（1+（2x10 / 22）） =（0.5）*（1.9） = 0.95V
我们得到的输出电压值为0.95V，与上面的仿真结果相符。因此上述电路的增益为1.9，电压差为0.5V。因此，该电路将基本上测量输入电压之间的差异，并将其乘以增益，并将其作为输出电压。
您还可以注意到，输入电压V1和V2出现在电阻Rg两端，这是由于运算放大器U1：A和U1：B的负反馈引起的。这样可确保Rg两端的电压降等于V1和V2之间的电压差，这将导致相等量的电流流经电阻R5和R6，从而使运算放大器U2：A上的引脚3和引脚2上的电压相等。如果在电阻器之前测量电压，则可以看到运算放大器U1：A和U1：B的实际输出电压，它们的差等于仿真中上面显示的输出电压。
在硬件上测试仪表放大器电路
足够的理论允许实际上在面包板上构建相同的电路并测量电压电平。我的连接设置如下所示。
我使用了我们之前制造的面包板电源。该板可同时提供5V和3.3V。我正在使用5V电源轨为两个运放供电，并使用3.3V作为信号输入电压V2。使用我的RPS，另一个输入电压V2设置为2.8V。由于我还为R使用了10k电阻，为R1使用了22k电阻，因此电路的增益为1.9。差分电压为0.5V，增益为1.9的乘积，将获得0.95V的输出电压，使用万用表测量并显示在图像中。仪表视频放大电路的完整工作如下面的视频所示。
同样，您可以使用上面讨论的公式来更改R1的值以设置所需的增益。由于使用单个电阻器可以非常轻松地控制该放大器的增益，因此常用于音频电路的音量控制。
希望您理解电路并喜欢学习一些有用的东西。如果您有任何疑问，请将其留在下面的评论部分，或使用论坛更快地答复。