德州儀器INA163：低噪聲、低失真儀表放大器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款性能出色的儀表放大器對(duì)于提升系統(tǒng)性能至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解德州儀器（Texas Instruments）的INA163低噪聲、低失真儀表放大器。

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特性亮點(diǎn)

低噪聲與低失真

INA163在1kHz時(shí)的電壓噪聲低至1nV/√Hz，總諧波失真加噪聲（THD + N）在1kHz、增益G = 100時(shí)僅為0.002%。如此出色的低噪聲和低失真特性，使其在處理低電平音頻信號(hào)時(shí)表現(xiàn)卓越，例如平衡低阻抗麥克風(fēng)的信號(hào)處理。大家可以思考一下，在實(shí)際的音頻錄制場(chǎng)景中，這樣低的噪聲和失真能為音頻質(zhì)量帶來(lái)多大的提升呢？

寬帶寬與寬電源范圍

它擁有800kHz（G = 100時(shí)）的寬帶寬，能夠滿(mǎn)足多種高頻信號(hào)處理的需求。同時(shí)，寬電源范圍為±4.5V至±18V，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

高共模抑制比與增益設(shè)置靈活

共模抑制比（CMR）大于100dB，能夠有效抑制共模信號(hào)的干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量。增益可以通過(guò)外部電阻進(jìn)行設(shè)置，公式為(G = 1 + frac{6000}{R_{G}})，這種靈活的增益設(shè)置方式為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了便利。

封裝形式

采用SO - 14表面貼裝封裝，節(jié)省空間，并且規(guī)定在 - 40°C至 + 85°C的溫度范圍內(nèi)工作，適用于多種工業(yè)、儀器儀表和醫(yī)療等應(yīng)用環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

INA163的出色性能使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

• 專(zhuān)業(yè)麥克風(fēng)前置放大器：其低噪聲、低失真和高共模抑制比的特性，能夠?yàn)辂溈孙L(fēng)信號(hào)提供高質(zhì)量的放大，確保音頻信號(hào)的純凈度。
• 動(dòng)圈式傳感器放大器：可以有效處理動(dòng)圈式傳感器輸出的微弱信號(hào)，提高傳感器的性能。
• 差分接收器：在差分信號(hào)接收方面表現(xiàn)出色，能夠準(zhǔn)確地接收和處理差分信號(hào)。
• 橋式傳感器放大器：為橋式傳感器提供穩(wěn)定的放大，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

電氣特性詳解

增益特性

增益范圍為1至10000V/V，不同增益下的增益誤差和非線性度都有很好的表現(xiàn)。例如，在G = 1時(shí)，增益誤差為±0.1%；在G = 100時(shí)，增益誤差為±0.2%。增益溫度漂移系數(shù)在不同增益下也有相應(yīng)的指標(biāo)，如G = 1時(shí)為±1ppm/°C。大家在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇合適的增益，并考慮增益溫度漂移對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

噪聲性能

輸入級(jí)噪聲在不同頻率下有不同的表現(xiàn)，如在1kHz時(shí)電壓噪聲為1nV/√Hz，100Hz時(shí)為1.2nV/√Hz，10Hz時(shí)為2nV/√Hz。輸出級(jí)噪聲在1kHz時(shí)電壓噪聲為60nV/√Hz。對(duì)于低源阻抗（如200Ω），INA163能提供接近理論值的噪聲性能。但當(dāng)源阻抗大于10kΩ時(shí)，其噪聲性能可能不是最優(yōu)的，此時(shí)可以考慮其他儀表放大器。

輸入輸出特性

輸入偏置電流、輸入失調(diào)電壓、輸入電壓范圍等參數(shù)都有明確的指標(biāo)。輸出電壓擺幅和輸出短路電流等特性也為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。例如，輸出電壓在負(fù)載電容為1000pF時(shí)仍能保持穩(wěn)定，短路電流為±60mA。

典型特性分析

增益與頻率關(guān)系

從典型特性曲線可以看出，在不同增益下，放大器的帶寬有所不同。隨著增益的增加，帶寬會(huì)相應(yīng)減小。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)對(duì)帶寬和增益的要求進(jìn)行合理的選擇。

總諧波失真加噪聲與頻率關(guān)系

THD + N隨著頻率的增加而增大，在低頻段表現(xiàn)較好。在音頻應(yīng)用中，需要關(guān)注低頻段的THD + N指標(biāo)，以確保音頻信號(hào)的質(zhì)量。

共模抑制比與頻率關(guān)系

共模抑制比在低頻時(shí)較高，隨著頻率的增加而逐漸降低。在實(shí)際應(yīng)用中，要注意在不同頻率下共模信號(hào)的抑制效果。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

增益設(shè)置電阻

增益設(shè)置電阻(R{G})的精度和溫度系數(shù)會(huì)影響增益的準(zhǔn)確性和溫度穩(wěn)定性。內(nèi)部3kΩ反饋電阻的溫度系數(shù)約為±25ppm/°C，因此外部(R{G})的選擇也很重要。要確保與增益設(shè)置電阻的連接短而直接，避免輸出信號(hào)靠近這些敏感的輸入節(jié)點(diǎn)。

輸入穩(wěn)定性

非常低的源阻抗（小于10Ω）可能會(huì)導(dǎo)致INA163振蕩?？梢允褂糜尚‰姼泻碗娮杞M成的輸入穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)來(lái)減少振蕩的可能性，如圖2所示。

失調(diào)電壓調(diào)整

通過(guò)向引腳10施加可變電壓，可以調(diào)整輸出失調(diào)電壓。使用一個(gè)連接為緩沖器的運(yùn)算放大器來(lái)為引腳10提供低阻抗，以確保良好的共模抑制。

輸出感測(cè)

輸出感測(cè)端子可以提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)的增益精度。通過(guò)在負(fù)載處連接感測(cè)連接，可以將負(fù)載的I ? R電壓損失包含在反饋回路中。還可以在反饋回路中連接一個(gè)緩沖放大器來(lái)增加電流驅(qū)動(dòng)能力。

應(yīng)用電路示例

麥克風(fēng)放大器

圖5展示了一個(gè)專(zhuān)業(yè)麥克風(fēng)輸入放大器的典型電路。(R{1})和(R{2})為遠(yuǎn)程麥克風(fēng)的48V幻象電源提供電流路徑，(C{1})和(C{2})阻止幻象電源電壓進(jìn)入INA163輸入電路。通過(guò)可變電阻(R{7})和(R{6})可以設(shè)置增益，(R{6})確定最大增益，(R{6}+R_{7})確定最低增益。

封裝與訂購(gòu)信息

INA163有多種封裝和訂購(gòu)選項(xiàng)，如SOIC（D）封裝，引腳數(shù)為14。不同的訂購(gòu)型號(hào)在包裝數(shù)量、載體等方面有所不同，例如INA163UA為50個(gè)/管，INA163UA/2K5為2500個(gè)/大卷帶。在訂購(gòu)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的型號(hào)。

總之，德州儀器的INA163儀表放大器以其出色的性能和豐富的特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用電路時(shí)提供了一個(gè)可靠的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)和設(shè)計(jì)電路，以充分發(fā)揮INA163的優(yōu)勢(shì)。大家在使用INA163的過(guò)程中，遇到過(guò)哪些問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。