CN216904829U - Tω级100v仪表放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种TΩ级100V仪表放大器。包括用于实现高共模输入耐受及高输入阻抗的输入缓冲电路、差分放大电路和增益调节电路；输入缓冲电路的两输入端作为整个仪表放大器的两输入端，输入缓冲电路的两输出端与差分放大电路的两输入端及增益调节电路的两输入端连接，增益调节电路的两输出端与差分放大电路的两增益控制端连接，差分放大电路的两输出端作为整个仪表放大器的两输出端。本实用新型实现了高共模输入、高输入阻抗、宽输入范围且增益可调节的仪表放大器。

Description

TΩ级100V仪表放大器

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表及半导体自动测试领域，具体涉及一种TΩ级100V仪表放大器。

背景技术

在仪器仪表和半导体测试领域对电信号的测量过程中通常面临在高共模的情况下对宽范围信号进行精密测量的挑战，这意味着调理电路不但要有很高的共模电压输入耐受，还要有很高的输入阻抗，同时还要有灵活的增益调节能力。

在数十伏至上百伏共模电压的信号处理方面，纵观业界成熟的仪表放大器均无法同时满足上述两方面的需求。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一种高共模输入、高输入阻抗、宽输入范围且增益可调节的仪表放大器，因此提供一种TΩ级100V仪表放大器，使用高共模输入电压耐受及高输入阻抗的运放来搭建仪表放大器。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种TΩ级100V仪表放大器，包括用于实现高共模输入耐受及高输入阻抗的输入缓冲电路、差分放大电路和增益调节电路；输入缓冲电路的两输入端作为整个仪表放大器的两输入端，输入缓冲电路的两输出端与差分放大电路的两输入端及增益调节电路的两输入端连接，增益调节电路的两输出端与差分放大电路的两增益控制端连接，差分放大电路的输出端作为整个仪表放大器的输出端。

在本实用新型一实施例中，所述输入缓冲电路包括电阻RI、RI’、R3，第一运放，第二运放，RI的一端、RI’的一端分别作为输入缓冲电路的两输入端，RI的另一端、RI’的另一端分别与第一运放的同相输入端、第二运放的同相输入端连接，第一运放的反相输入端、第二运放的反相输入端分别与R3的两端连接，R3的两端还分别与第一运放的输出端、第二运放的输出端连接，并作为输入缓冲电路的两输出端。

在本实用新型一实施例中，所述RI阻值与RI’ 阻值相同。

在本实用新型一实施例中，所述差分放大电路包括电阻R1、R1’、R2、R2’，第三运放，R2的一端、R2’ 的一端分别与第一运放的输出端、第二运放的输出端连接，R2的另一端、R2’ 的另一端分别与R1的一端、R1’ 的一端连接，R2的另一端、R2’ 的另一端还分别与第三运放的同相输入端、反相输入端连接，R1的另一端、R1’ 的另一端分别作为差分放大电路的输出端和接地端，R1’ 的另一端还与第三运放的输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述R1阻值与R1’ 阻值相同，R2阻值与R2’ 阻值相同。

在本实用新型一实施例中，所述增益调节电路包括电阻Rg、Rg’，开关S、S’，Rg的一端、Rg’的一端分别与第一运放的输出端、第二运放的输出端连接，Rg的另一端、Rg’的另一端分别经S、S’与R1的一端、R1’ 的一端连接。

在本实用新型一实施例中，所述Rg阻值与Rg’阻值相同。

在本实用新型一实施例中，所述增益调节电路为N个。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型实现了高共模输入、高输入阻抗、宽输入范围且增益可调节的仪表放大器。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型的一种TΩ级100V仪表放大器，包括用于实现高共模输入耐受及高输入阻抗的输入缓冲电路、差分放大电路和增益调节电路；输入缓冲电路的两输入端作为整个仪表放大器的两输入端，输入缓冲电路的两输出端与差分放大电路的两输入端及增益调节电路的两输入端连接，增益调节电路的两输出端与差分放大电路的两增益控制端连接，差分放大电路的两输出端作为整个仪表放大器的两输出端。

以下为本实用新型具体实例。

如图1所示，本实例TΩ级100V仪表放大器，电路组成如下：

RI、RI'、R3、A1和A3组成输入缓冲级，RI=RI'，缓存级的增益设为1，A1和A3选用ADI的ADHV4702-1,其允许的共模输入范围可达±107V且输入阻抗高达数TΩ。

当S、S'断开时，R1、R1'、R2、R2'及A2组成基本的差分放大级，其中R1=R1',R2=R2',基本差分放大级的增益Gdiff=R1/R2，则总增益（Vout/（Vin0-Vin1））Gtotal=R1/R2.

Rg、Rg'、S、S'组成增益调节电路，其中Rg=Rg'，当S、S'闭合时Rg、Rg’分别与R2、R2'并联，差分放大级的增益Gdiff=R1/(R2//Rg)，则总增益（Vout/（Vin0-Vin1））Gtotal=R1/（R2//Rg）.

图1仅画出了Rg、Rg'、S、S'这一组增益调节电路，如果要实现多个增益的调节可以相同的电路形式增加所需的增益调节电路。

本实例TΩ级100V仪表放大器工作原理说明如下：

假定在IN0和IN1端输入的信号分别为100V、0V，则在R3两端得到100V的信号，该信号经过上述差分放大级后变成100×R1/(R2//Rg)V，假设R1为10k，R2为100k且S和S'均断开，则在OUT端得到的信号为10V，输入信号被衰减了10倍。

又假设S和S'均闭合，R1、R2仍为10k和100k，Rg和Rg’也为100k，则在OUT端得到的信号为20V，输入信号被衰减了5倍。

上面的特例描述了对大输入信号的衰减情况，重新假定在IN0和IN1端的输入信号分别为100V、99V，则在R3两端得到1V的信号，该信号经过前述差分放大级后仍然变为10×R1/(R2//Rg)V，假设R1为10k，R2为1k且S和S'均断开，则在OUT端得到的信号为10V，输入信号被放大了10倍。

又假设S和S'均闭合，R1、R2仍为10k和1k，Rg和Rg’也为1k，则在OUT端得到的信号为20V，输入信号被放大了20倍。

如上所述，本实用新型实现了在很高的共模及很宽的差模信号输入条件下，对输入信号进行了灵活的放大和衰减，以适配后级电路的输入范围。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，包括用于实现高共模输入耐受及高输入阻抗的输入缓冲电路、差分放大电路和增益调节电路；输入缓冲电路的两输入端作为整个仪表放大器的两输入端，输入缓冲电路的两输出端与差分放大电路的两输入端及增益调节电路的两输入端连接，增益调节电路的两输出端与差分放大电路的两增益控制端连接，差分放大电路的输出端作为整个仪表放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述输入缓冲电路包括电阻RI、RI’、R3，第一运放，第二运放，RI的一端、RI’的一端分别作为输入缓冲电路的两输入端，RI的另一端、RI’的另一端分别与第一运放的同相输入端、第二运放的同相输入端连接，第一运放的反相输入端、第二运放的反相输入端分别与R3的两端连接，R3的两端还分别与第一运放的输出端、第二运放的输出端连接，并作为输入缓冲电路的两输出端。

3.根据权利要求2所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述RI阻值与RI’阻值相同。

4.根据权利要求2所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述差分放大电路包括电阻R1、R1’、R2、R2’，第三运放，R2的一端、R2’的一端分别与第一运放的输出端、第二运放的输出端连接，R2的另一端、R2’的另一端分别与R1的一端、R1’的一端连接，R2的另一端、R2’的另一端还分别与第三运放的同相输入端、反相输入端连接，R1的另一端、R1’的另一端分别作为差分放大电路的输出端和接地端，R1’的另一端还与第三运放的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述R1阻值与R1’阻值相同，R2阻值与R2’阻值相同。

6.根据权利要求4所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述增益调节电路包括电阻Rg、Rg’，开关S、S’，Rg的一端、Rg’的一端分别与第一运放的输出端、第二运放的输出端连接，Rg的另一端、Rg’的另一端分别经S、S’与R1的一端、R1’的一端连接。

7.根据权利要求6所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述Rg阻值与Rg’阻值相同。

8.根据权利要求1所述的TΩ级100V仪表放大器，其特征在于，所述增益调节电路为N个。

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