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深入解析三运放仪表放大器的结构与应用优势
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深入解析三运放仪表放大器的结构与应用优势

三运放仪表放大器的核心原理与设计优势

三运放仪表放大器（Three-Op-Amp Instrumentation Amplifier）是工业测量和精密信号调理系统中广泛应用的一种高精度放大电路。它由三个运算放大器组成，其中两个作为输入缓冲放大器，一个作为差分放大器，形成典型的“双端输入、单端输出”结构。

1. 电路结构详解

三运放仪表放大器的基本结构包括：

  • 第一级：输入缓冲放大器（U1, U2）——分别连接到同相输入端，提供高输入阻抗，有效隔离信号源与后续电路，避免负载效应。
  • 第二级：差分放大器（U3）——接收来自前两级的输出信号，实现真正的差分放大功能，抑制共模噪声。

2. 核心优势分析

相比传统差动放大器，三运放仪表放大器具备以下显著优点：

  • 高共模抑制比（CMRR）：由于对称性设计，能有效抑制共模干扰，适用于长线传输或电磁干扰严重的环境。
  • 可调增益灵活便捷：通过调节中间电阻（如Rg）即可改变整体增益，公式为： G = 1 + (2R / Rg)，便于系统集成与调试。
  • 输入阻抗高、噪声低：第一级采用电压跟随器结构，保证输入阻抗极高，适合微弱信号采集，如生物电信号、应变片测量等。

3. 实际应用场景

三运放仪表放大器广泛应用于：

  • 医疗设备中的心电图（ECG）、脑电图（EEG）信号处理；
  • 工业传感器接口，如压力、温度、流量传感器信号调理；
  • 数据采集系统（DAQ）前端信号预处理。
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