仪表放大器电路图
（图片来源于互联网）
仪表放大器（英语：instrumentationamplifier或称精密放大器简称INA），差分放大器的一种改良，具有输入缓冲器，不需要输入阻抗匹配，使放大器适用于测量以及电子仪器上。特性包括非常低直流偏移、低漂移、低噪声、非常高的开环增益、非常大的共模抑制比、高输入阻抗。仪表放大器用于需要精确性和稳定性非常高的电路。
随着电子技术的飞速发展，运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大器是一种精密差分电压放大器，它源于运算放大器，且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点，使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的2个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。
常用仪表放大器有哪些
1、差动放大器
有时可以用在仪表放大器的场合。其电路只需一个运算放大器，如图1所示。在对高输入阻抗或者增益没有苛刻要求的场合，使用它是很方便的。
差动放大器的优点是结构简单，最主要的缺点是输入阻抗很低。由于增益由R1/R2决定，因此需要在高增益和高输入阻抗间做出折中。此外，将信号分压变小后再进行放大（如同相通路），并不是获得良好噪声性能的方法。对于反相通路而言，加入了额外的电阻，并且反相放大电路的噪声增益总比信号增益高。提高输入阻抗就要求增加电阻的数值，这样将会产生更多的噪声。最后，共模抑制比也受到限制。
2、三运放仪表放大器
在实际应用中需要注意：
1）必须在第一级提供增益；
2）系统的共模抑制不是由前两个放大器的共模抑制比性能决定的，而是取决于两个共模抑制的匹配程度。然而双运算放大器从来不会给出这一指标，因此选择时必须要求CMRR性能指标比需要的目标性能指标至少好6dB；
3）如果电阻器有某些对地的泄露通路，CMRR指标就会降低；
4）仪表放大器前面的元件要尽可能设计得平衡。如果仪表放大器同相通路中低通滤波器和反相通路中低通滤波器具有不同截止频率，系统的CMRR特性将会随着频率的升高而降低。
对于仪表放大器的第一级，每个运算放大器都要保持其两个电压输入端的电压相同。图4中R4两端的差分电压应当和两个输入端的电压相同，这个电压产生一个电流，流过电阻器R3并产生了放大器的增益。
3、两运放仪表放大器
如果不需要三运放结构如此高的性能，可使用两运放结构进行简化。这种结构的主要优点是结构简单，它只需要两个运算放大器和四个电阻器。
两运放结构电路也具有很高的输入阻抗。但是两运放仪表放大器的性能要差一些，通过计算分析，这种结构的共模抑制比对电阻器阻值变化的灵敏度比差分放大器结构略高一些。最坏情况下，对于0.1%的电阻器匹配条件下的CMRR不是54dB，而是50.5dB。与三运放仪表放大器不同的是这个CMRR数值不随增益的增加而改善。由于两个通路不平衡，同相通路信号的频率响应与反相通路信号不同。由于反相通路要通过两级电路而不是一级电路，因此在反相通路中出现了一个相位延迟，并且压摆率和带宽特性也会不同，其噪声性能也会差一些。
两运放仪表放大器常见的问题是：
1）由于第一级的输出电压即放大了的输入电压，其中包括共模电压，因此需要注意第一级的输出电压；
2）由于两运放仪表放大器的CMRR对于电阻的匹配情况极为敏感，因此需要注意电阻器的匹配；
3）高频性能。因此，对于这三种结构来说：差动放大器这种放大器很好，也很简单，只需要一个运算放大器和四个电阻器。然而，它的输入阻抗与所选电阻器的数值有关，而且噪声和CMRR的性能也较差。
4）三运放仪表放大器第一级电路提供高输入阻抗。当我们在第一级电路中引入增益时，还提高了噪声和CMRR的性能。
两运放结构仪表放大器这种电路结构比三运放结构简单得多，并且也具有很好的输入阻抗特性。然而，其噪声和CMRR性能不能随着增益的增加而改善。
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