儀表放大器這一術(shù)語經(jīng)常被誤用，它指的是器件的應(yīng)用，而非器件的架構(gòu)。在過去，任何被認(rèn)為精準(zhǔn)(即，實(shí)現(xiàn)某種輸入失調(diào)校正)的放大器都被視為“儀表放大器”，這是因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)為用于測量系統(tǒng)。儀表放大器(即 INA)與運(yùn)算放大器(運(yùn)放)相關(guān)，因?yàn)槎呋谙嗤幕緲?gòu)件。但 INA 是專用器件，專為特殊功能設(shè)計(jì)，并非一個(gè)基本構(gòu)件。就這一點(diǎn)而言，儀表放大器不是運(yùn)放，因?yàn)樗鼈兊挠猛静煌?

就用途而言，INA與運(yùn)放之間最顯著的區(qū)別或許是前者缺少反饋回路。運(yùn)放可配置為執(zhí)行各種功能，包括反相增益、同相增益、電壓跟隨器、積分器、低通濾波器和高通濾波器等。在所有情況下，用戶都會(huì)提供從運(yùn)放的輸出到輸入的反饋回路，此反饋回路決定放大器電路的功能。這種靈活性使運(yùn)放得以廣泛用于各種應(yīng)用。另一方面，INA的反饋位于內(nèi)部，因此沒有到輸入引腳的外部反饋。INA的配置限制為1個(gè)或2個(gè)外部電阻，也可能限制為一個(gè)可編程寄存器，用于設(shè)置放大器的增益。

INA 專為差分增益和共模抑制功能而設(shè)計(jì)和使用。儀表放大器將放大反相輸入和同相輸入間的差值，同時(shí)抑制這兩個(gè)輸入的任何共用信號(hào)，從而使INA的輸出上不存在任何共模成分。增益(反相或同相)配置的運(yùn)放將以設(shè)定的閉環(huán)增益來放大輸入信號(hào)，但輸出上將一直存在共模信號(hào)。所關(guān)注信號(hào)與共模信號(hào)間的增益差會(huì)導(dǎo)致共模成分(以差分信號(hào)的百分比表示)減少，但運(yùn)放的輸出上仍存在共模成分，這將限制輸出的動(dòng)態(tài)范圍。如上所述，INA用于在存在大量共模成分時(shí)提取小信號(hào)，但共模成分的形式可能多種多樣。當(dāng)使用采用惠斯通電橋配置(我們將稍后探討)的傳感器時(shí)，存在由兩個(gè)輸入共用的較大直流電壓。但是，干擾信號(hào)可具有多種形式;一個(gè)常見來源是來自電源線的50 Hz或60 Hz干擾，更不用說諧波了。這種時(shí)變誤差源通常還會(huì)隨頻率發(fā)生明顯波動(dòng)，從而使得在儀表放大器的輸出端進(jìn)行補(bǔ)償變得極其困難。由于存在這些變化，因此不僅要在直流下，還要在各種頻率下實(shí)現(xiàn)共模抑制。

差分放大器

人們的第一個(gè)問題可能是：“是否可通過簡單的運(yùn)放構(gòu)建儀表放大器?”我可以馬上回答你：“是的，可以”。但始終要做出權(quán)衡!人們首先想到的可能是簡單的差分放大器電路(圖1)，有時(shí)稱為減法器。