仪表放大器与运算放大器的区别是什么？
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仪表放大器与运算放大器的区别是什么？
　　是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值&109 &O。其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至 50 nA。与一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧(m&O)。的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离 。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。本文引用地址：
　　专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器?答案是肯定的。使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示：
　　输出电压表达式如图中所示。
　　看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的? 为何上述电路可以实现仪表放大器?下面我们就将探讨这些问题。在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路：
　　如果R1 = R3，R2 = R4，则VOUT = (VIN2&VIN1)(R2/R1)
　　这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 k&O，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 k&O。因此，当电压施加到一个输入端而另一端接地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。(这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。)
　　另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。例如，当增益等于 1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电 阻 值 有 0.1% 失 配 ， 其CMR便 下 降 到 66 dB(2000:1)。同样，如果源阻抗有 100 &O的不平衡将使CMR下降 6 dB。
　　为解决上述问题，我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示：
　　以上前置的两个运放作为电压跟随器使用，我们现在改为同相放大器，电路如下所示：
　　输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增加增益(A1 和 A2)时，它对差分信号增加相同的增益，也对共模信号增加相同的增益。也就是说，上述电路相对于原电路共模抑制比并没有增加。
　　下面，要开始最巧妙的变化了!看电路先：
　　这种标准的三运放仪表放大器电路是对带缓冲减法器电路巧妙的改进。像前面的电路一样，上图中A1 和A2 缓冲输入电压。然而，在这种结构中，单个增益电阻器RG连接在两个输入缓冲器的求和点之间，取代了带缓冲减法器电路的R6和R7。由于每个放大器求和点的电压等于施加在各自正输入端的电压，因此，整个差分输入电压现在都呈现在RG两端。因为输入电压经过放大后(在A1 和A2的输出端)的差分电压呈现在R5，RG和R6这三只电阻上，所以差分增益可以通过仅改变RG进行调整。
　　这种连接有另外一个优点：一旦这个减法器电路的增益用比率匹配的电阻器设定后，在改变增益时不再对电阻匹配有任何要求。如果R5 = R6，R1= R3和R2 = R4，则VOUT = (VIN2-VIN1)(1+2R5/RG)(R2/R1)由于RG两端的电压等于VIN，所以流过RG的电流等于VIN/RG，因此输入信号将通过A1 和A2 获得增益并得到放大。然而须注意的是对加到放大器输入端的共模电压在RG两端具有相同的电位，从而不会在RG上产生电流。由于没有电流流过RG(也就无电流流过R5和R6)，放大器A1 和A2 将作为单位增益跟随器而工作。因此，共模信号将以单位增益通过输入缓冲器，而差分电压将按〔1+(2 RF/RG)〕的增益系数被放大。这也就意味着该电路的共模抑制比相比与原来的差分电路增大了〔1+(2 RF/RG)〕倍!
　　在理论上表明，用户可以得到所要求的前端增益(由RG来决定)，而不增加共模增益和误差，即差分信号将按增益成比例增加，而共模误差则不然，所以比率〔增益(差分输入电压)/(共模误差电压)〕将增大。因此CMR理论上直接与增益成比例增加，这是一个非常有用的特性。
　　最后，由于结构上的对称性，输入放大器的共模误差，如果它们跟踪，将被输出级的减法器消除。这包括诸如共模抑制随频率变换的误差。上述这些特性便是这种三运放结构得到广泛应用的解释。
　　到这里，我们导出了这个经典电路的;来龙去脉： 差分放大器--&前置电压跟随器--&电压跟随器变为同相放大器--&三运放组成的仪用放大器。
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放大器增益的测量
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放大器增益的测量
增益是所有放大器的一个基本功能，它是放大器的输入信号与放大器的输出信号比值，大多数时候增益大于1，有时也会小于1。图11－1表明了如何测量一个放大器的电压增益。例如，如果输入信号为1V，输出信号为10V，那么增益为：
增益是一个无单位的纯数，说这个放大器的增益为10V是不对的。
如果输出信号为4V，输入信号为50mV，计算这个放大器的增益。
如果一个放大器的增益为50，当输入为20mV时，求它的输出信号的幅度。
公式变形为：
通常字母A用来标记增益或电子学中的放大倍数。加一个下标说明增益的类型：
电压增益Au用于描述小信号放大器的工作。功率增益AP通常来描述大信号放大器的工作。如果图11－1所示的放大器是一个功率放大器或大信号放大器，其增益基础是用瓦特而不是用伏特来计算的。例如，如果输入信号为0.5W，输出信号为8W，功率增益是：
输出功率为1W，求功率增益为20的放大器的Pin。公式变形：
电子学早期应用于通讯领域，大部分电路的有效输出是供给耳机或扬声器的声音。因此，工程师和技术人员设法使电路性能和人的听觉相一致。人耳对于声音的功率响应并不是线性的，它不能辨认出以线性变化的声音强弱。例如，如果你目前听到扬声器的输入为0.1W，当功率突然增加到1W，你会觉得声音突然变大了。那么假设功率再突然增加到10W，你也会注意到音量的增加。有趣的是，你可能会认为第二次变化的强度和第一次变化的强度是相等的。
一个线性检测器得出第二次增大的程度是第一次的10倍，显然，第一次增长0.9W。第二次增长9W。第二次变化比第一次变化大10倍。
人类听觉对强度的响应成对数关系。因此，对数经常用于描述音频系统的工作情况。对数增益非常方便，得到广泛应用。当初我们在音频系统引入的对数增益现在已经成为放大器性能的一个通用标准。它用于无线电广播系统，视频系统和各种有电子增益的地方。
常用对数以10为底，例如：
任何正数都可以转化为一个常用对数。
用科学计算器计算2138的常用对数。输入2138，然后按“log”键：
显示≈3.33
功率增益经常用分贝（dB）为单位进行测量，dB是一个对数单位，dB可以用这个公式求出：
分贝功率增益dB=&& …………………….(1)
增益的分贝数是基于常用对数，常用对数以10为底，上面的公式里表示为log10（以10为底），为简便，以后 lg就是指log10。
小于1的数的对数值是负的，由上面的公式这意味着电子系统的某一部分的输出小于输入，有一个负增益（- dB）。
让我们用式(1)解释前面给例子。第一次强度增加：
分贝功率增益dB=
因此，第一次强度增加为10 dB 。第二次强度的增加：
分贝功率增益dB=
第二次强度增加也等于10 dB。因为dB是一个对数单位，而人的听觉也是分辨对数，所以这两个10dB的变化听起来好像是一样的。普通人可以分辨出小到1dB的变化，对大多数人很难分辨出小于1dB的变化。
图11－2说明分贝增益的重要性这。一个电子系统的五个级或五个部分如图，其中三个级的表现为增益（+dB），两个表现为衰减（-dB），为了计算图11－2所示系统的整体性能，只需把这些数值相加：
总增益=+10-6+30-8+20=+46dB
当系统每个部分的增益或衰减用分贝方式表示，计算整体性能变的非常容易，这就是为什么分贝在电子学里得到广泛应用的原因。
图11－3显示了同样一个系统，每个单元的性能用比例来描述。现在要估算整体性能就不那么方便了。整体性能可以通过以下公式得到：
注意到必须把增益部分相乘，把衰减部分相除。
图11－2和图11－3描述的是同一个系统。一个总增益是+46dB，另一个为39,619.65，以dB为单位的增益和以比例形式表示的增益是一样的。
dB=10×lg39,619.65=10×4.60=46
分贝是基于输出功率与输入功率的比值。它也可以用来描述两个电压比。求dB电压增益的方程和用来计算dB功率增益的方程有一些不同：
分贝电压增益dB=20×
注意到在上述方程中对数乘以20，这是因为功率和电压平方成正比：
功率增益可以写成：
如果Rout和Rin刚好相等，他们可以消掉。那么功率增益可以化简为：
因为U2的对数等于2×lgU，因此：
分贝功率增益dB=………………………(2)
对于电压放大器，Rin和Rout相等这一点通常不用考虑。但必须记住如果阻值不等，那么dB电压增益将不等于dB功率增益。例如，假设一个放大器的电压增益为50，输入电阻为1kΩ，输出电阻为150Ω，它的d
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深度负反馈时,放大器的增益为负值,即放大倍数小于1.这句活对吗?怎么分析?
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错!增益为负值说明是反相放大器,输出信号和输入信号相差180度,是否有放大作用要看放大倍数的绝对值,绝对值大于1说明有放大作用,绝对值等于1说明没有放大也没有缩小,绝对值一般不会小于1
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[zēng yì]
增益的一般含义简而言之就是放大倍数，在电子学上，通常为一个系统的讯号输出与讯号输入的比率，如天线增益表示定向天线辐射集中程度的参数,为定向天线和无方向天线在预定方向产生的电场强度平方之比 、放大器增益 表示放大器功率放大倍数,以输出功率同输入功率比值的常用对数表示等。
类比：为了浇花，用一个较细的软管通过一个转接头接在水井出口上，然后把管子拉到花地。由于水井出口较软管粗，在软管中水流一下子变得更急了。水流得急、射得远并不是因为水量比以前多，而是因为水的集中度提高了，如图1所示。
细水管的水集中能力
增益一般指对元器件、电路、设备或系统，其电流、电压或功率增加的程度，以分贝(dB)数来规定，即增益的单位一般是分贝（dB），是一个相对值。
电子学上常使用单位量度增益，并以贝（bel）作为单位：
Gain = log10(P2/P1) bel
其中P1与P2分别为输入及输出的功率。
由于增益的数值通常都很大，因此一般都使用（dB，贝的10分之1）来表示：
Gain = 10×log10(P2/P1) dB
这就是增益的绝对值与相对值分贝之间的关系。
增益常见增益
增益天线增益
增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。
天线增益的单位一般有两种：dBi与dBd，其中dBi是以理想点源天线为参考的基准，在各方向的辐射是均匀的；dBd是以半波阵子（偶极子）的天线为参考基准，相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi
。同一个天线增益，dBi比dBd在数值上大2.15 dB。
增益放大器增益
放大器增益是放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放大的程度。亦指电压或的放大倍数。同样，分贝就是放大器增益的单位.放大器输出与输入的比值为放大倍数,单位是“倍”,如10倍放大器,100倍放大器.当改用“分贝”做单位时,放大倍数就称之为增益,这是一个概念的两种称呼.电学中分贝与放大倍数的转换关系为：AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)]；Ap(dB)=10lg(Po/Pi)分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同,但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V2/R=I2R.采用这套公式后,两者的增益数值就一样了：10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi).使用分贝做单位有很大好处.　　电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万,一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出,一共要放大2万倍左右.用分贝表示先取个对数,数值就小得多.附表为放大倍数与增益的对应关系.　　放大器级联时,总的放大倍数是各级相乘.用分贝做单位时,总增益就是相加.若某功放前级是100倍(20dB),后级是20倍(13dB),那么总功率放大倍数是100×20=2000倍,总增益为20dB+13dB=33dB.
增益其它含义
带外：是指被测补点器（发射机）对工作频带外信号的放大能力
在设备达到满功率输出的情况下，将设备增益设置成最大，测试此时工作频带内信号功率，根据要求将信号源的频率进行设置，测得此时的输出功率，其两者之间的电平值就是带外抑制；测得此时设备的增益就是设备的带外增益。
带外抑制与带外增益可相互换算（如设备的增益是Gp，测得此时偏离工作频带1MHz时的带外抑制为?K，则此时设备偏离工作频带1MHz时的带外增益为Go，那么就有GO=GP-?K）
增益光学通信
增益是评价EDFA的重要参数，它表示放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比
G=（Pout-Pase）/Pin
Pase是内EDFA的自发
Pout和Pin分别是信号的输出输入功率
．百度百科[引用日期]
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中国通信学会
中国通信学会
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中国联通网络技术研究院
工业和信息化部电信研究院互联网中心
副院长兼总工程师
中国移动设计院
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