仪表放大器有它自己参考端，这些参考端均于地线相连，可以驱动以地为参考的负载。

此外仪表放大器的输入地和输出地都汇集在一点，该点又与电源地相连，这样可以减小电路中接地环路电阻，从而减少因接地电阻带来的影响。

下面以AD620为例介绍其典型应用。

AD620是低成本仪表放大器，用户仅通过外接一个电阻，就可以在1~1000倍的增益范围内任意设置放大倍数。

该器件具有宽的供电电源范围±2.3V~±18V ，较低的功耗（≤1.3mA ），输入失调电压小于50μV ，输入失调电压温漂小于0.6μV/℃，具有低的噪声输入。

其管脚排列如图3.6.2所示。

G图 3.6.21和8脚是外接电阻端子，以调节放大倍数；7和4脚是正、负电源端子；2和3脚是输入电压端；6脚是输出电压端；5脚是参考端，若该端接地，则6脚输出为对地之间的电压。

AD620仪表放大器的放大倍数表达式为：14.49+=GR kG 1压力测量电路图3.6.4是一压力测量电路，压力传感器输出的信号通过AD620放大后送入AD 转换器， 转换成数字量进行测量。

3.6.1 有源滤波器滤波器是一种能使一定频率的信号通过，而阻止和衰减其他频率的信号的电路。

所谓有源滤波器就是采用有源器件（主要是集成运算放大器）和RC 网络构成，其优点是体积小、低频性能好、精度高、性能稳定，目前在信号处理电路中广泛应用。

根据滤波器的频率特性可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器，其幅频响应曲线如图3.6.6所示。

AAAA 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器图 3.6.6由于一个高阶滤波器可以分解成多个一阶和二阶滤波器，所以二阶有源滤波器电路是最基本的电路。

二阶有源滤波器的电路结构形式非常多，有：无限增益多路反馈型滤波器、压控电压源型滤波器、双二次型滤波器和通用的集成滤波器等，下面以二阶压控电压源型滤波器为例介绍其设计方法。

1 二阶低通滤波器二阶低通滤波器的典型传递函数表达式为：2220)()(nn nS Q S A S A ωωω+⋅+= 其中，ωn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。

图3.6.7所示电路的传递函数为：图 3.6.7[]1)1()()()(0112122221210+-+++==S A C R C R C R S C C R R A S U S U S A i o a b R R A +=10 , )(121212C C R R n =ω)1()(0112122121A C R R R C C C R R Q -++=若令 R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C ，则滤波器的参数为： RC n 1=ω , 031A Q -= 可见为了保证滤波器稳定工作，要求Q ＞0，则该滤波器的电压放大倍数必须小于3。

举例：要求二阶低通滤波器的通带截止频率为100kHz ，品质因数Q =1。

试确定电路中电阻、电容元件的参数值。

解：首先选用二阶低通有源滤波器的电路结构如图 所示。

且R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C ，先选定电容C =1000pF ，则电阻R 为：Ω=⨯⨯⨯⨯==-1592101000101002121123ππC f R n ，选用1.6kΩ根据031A Q -=，故 2131310=-=-=+=Q R R A a b ，即 R b =R a 可选择电阻R b =R a =10kΩ 。

由于滤波器处理的信号频率不高，集成运算放大器可选用LM741。

2 二阶高通滤波器二阶高通滤波器的标准传递函数为：2220)(ωω++=S QS S A S A n，其中A 0为通带电压增益，ωn 是特征角频率，Q 是等效品质因数。

图 3.6.7图3.6.7电路的传递函数为：[])(1)()1()()()(2121212102221112200C C R R C C R R A C R C R C R S S S A S U S U S A i +-+++== 令 a b R R A +=10 ， 21211C C R R n =ω)1(02221112121A C R C R C R C C R R Q -++=若选择电阻R 1=R 2=R ，电容C 1=C 2=C ，则此高通滤波器的参数为：RC n 1=ω ， 031A Q -= ， ab R R A +=10 可见，要保证滤波器能稳定的工作，A 0必须大于3。

3 二阶带通滤波器二阶带通滤波器传递函数的典型表达式为：220)(nn n S QS QSA S A ωωω++=式中ωn 是特征角频率也等于带通滤波器的中心频率ω0。

带通滤波器的主要性能指标之间的关系为： BWf Q 0=其中f 0为3dB 带宽。

图 3.6.8图3.6.8是二阶带通滤波器的典型电路，若C 1=C 2=C ，且abF R R A +=1，则它的传递函数为：)11(1)21()1()(312232121R R C R R R R R R C S S CR S R R S A a b a b ++-++⋅+=与其标准传递函数对比，可求的：)21(32110R R R R R R R R R A a F a b a -++=，)11(113120R R R C+=ω ，32131221)11(1R R R R R R R R Q a b -++=该带通滤波器的带宽为：)21(1321R R R R R C BW a b -+=若R 1=R 2=R ，R 3=2R ，则滤波器的参数指标为：VFVF A A A -=30 , RC n 10==ωω ， VF A Q -=31该电路的优点是改变运算放大器反相端R b 与R a 的比值，即可调整带通滤波器的带宽，但不影响其中心频率。

4 二阶带阻有源滤波器图 3.6.9二阶带阻有源滤波器的典型电路如图 3.6.9所示，起带阻作用的是双T 网络。

当C C C C ===32121，R 1=R 2=2R 3=R 时，其传递函数为： 2222221)2(2)1()(CR S RC A S C R S A S A FF +-++=与其标准传递函数对比，可求的：01A R R A ab F =+=，RC 10=ω，)2(21F A Q -= 该电路的优点是：当调整R b 与R a 相接近时（即A F 接近2），陷波作用明显。

只要保持R b ≤R a 的条件，调整其比值大小，就可控制输出幅度及Q 值，而改变R （或C ）即可调整中心频率，两者互不影响。

5设计有源滤波器要点设计有源滤波器时，首先明确滤波器的传递函数；然后选择出有源滤波器的电路结构；最后确定出电容、电阻参数及集成运算放大器的型号。

对于电阻、电容的选择，一般要选用精度高、稳定性好的金属膜电阻和聚苯乙烯等电容。

对于集成运算放大器的选择应根据滤波器的要求来决定，运算放大器的主要参数对滤波器的性能主要影响为：（1）直流失调量（U IO、I IO、I B）对于高通、带通滤波器影响很小，它主要对低通影响大。

消除其影响一般通过精心调零、两输入端直流电阻匹配以及选用低漂移运放等措施。

（2）由于受运算放大器的增益带宽积的影响，随着工作频率的升高运算放大器的开环电压放大倍数将下降，这势必会改变滤波网络传递函数的零、极点分布，使得ω0和Q值发生变化。

所以，尽量选用增益带宽积大的运放。

目前运算放大器组成的滤波电路还仅限于低频范围内应用。

（3）在大信号下工作时，运算放大器的转换速率S R限制了滤波器的最大不失真输出幅度，工作频率越高，不失真输出幅度越小，所以在工作频率较高时，也应选用转换速率较高的运放。

3.6.3V/F、F/V转换电路V/F转换电路所实现的功能是输出信号的频率f与输入电压V i成正比；F/V转换可以实现频率到电压转换，使输出电压V0与输入频率f i成正比。

目前实现V/F、F/V转换的方法很多，常见的是通过专用集成电路完成，有AD公司的ADVF32、AD537、AD650、AD651，NS公司的LM131、LM231、LM331等。

下面重点介绍AD650的使用方法。

1AD650集成器件的特点AD650是美国AD公司生产的单片V/F、F/V转换集成电路，可精密实现V/F、F/V的变换，其主要特点有：(1)满度频率高（可达1MHz）(2)非线性误差小。

在满度10KHz时，非线性误差小于0.002%，在100KHz满度时，非线性误差小于0.005%，在1MHz满度时，非线性误差小于0.07%。

(3)输入电压范围宽。

即可输入单极性电压，也可输入双极性电压或差分电压。

(4)采用集电极开路输出。

输出端经上拉电阻接5V~30V电源，可与CMOS、TTL电路兼容。

(5)电源电压范围宽，功耗低。

允许±9V~±18V供电。

(6)可以实现V/F变换，又能作F/V变换。

其管脚排列及功能如3.6.10图所示。

OUT V -Vs C1FoutC2GND D GNDA +VsTr1Tr2图 3.6.102 AD650实现V/F 转换电路AD650在构成V/F 转换电路时,其输出频率与输入电压的关系为：FC R V f ININ OUT 111104.4-⨯+=设计V/F 转换电路，就需要确定四个元件参数。

输入电阻R IN ，定时电容C 1，积分电容C 2，上拉电阻R 2。

对于R 2的选择，应使流过输出三极管的电流小于8mA 。

输入电阻R IN 和定时电容C 1决定了满度频率和输入电压范围，同时也决定了输出非线性度大小，C 1越大，输入电流越小（R IN 大），线性度越好。

例如在要求满度100KHz （0~10V ）时，选取R IN =20k Ω，C 1=620pF 有最低的非线性失真。

另外，若输入电压范围改变，R IN 应成比例改变，如输入电压0~10V 时，R IN 选取100k Ω，那么输入电压变为0~1V ，则R IN 选取10k Ω；输入电压变为+10V~-10V 时，R IN 应选取200k Ω。

积分电容的选择，一般为：)(10max42F f C -=在输入0~10V 的情况下，定时电容的选择可参考图3.6.11。

图 3.6.11（1）单极性正输入电压V/F转换电路图 3.6.12（2）单极性负输入电压V/F转换电路该电路在输入电压-10V~0V范围内，对应输出频率为100kHz~0kHz。

图 3.6.13（3）双极性输入电压V/F转换电路该电路在输入电压为-5V~+5V时，对应的输出频率范围为0~100kHz。

图 3.6.14（4）高频V/F转换电路由AD650构成的0~1MHz输出的U/F转换电路如图3.6.15所示。

R IN由较小的可调电阻R1和固定电阻R2组成，选取R IN的原则是要确保I IN在0~6mA的范围内。