儀表放大器可以調(diào)理傳感器生成的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)這些信號(hào)的數(shù)字化、存儲(chǔ)或?qū)⑵溆糜诳刂菩盘?hào)一般較小，因此，放大器可能需要配置為高增益。另外，信號(hào)可能會(huì)疊加大共模電壓，也可能疊加較大直流失調(diào)電壓。精密儀表放大器可以提供高增益，選擇性地放大兩個(gè)輸入電壓之間的差異，同時(shí)抑制兩個(gè)輸入中共有的信號(hào)。

　　惠斯登電橋是這種情況的經(jīng)典例子，但像生物傳感器一類的原電池具有類似的特性。電橋輸出信號(hào)為差分信號(hào)，因此，儀表放大器是高精度測(cè)量的首選。理想情況下，無(wú)負(fù)載電橋輸出為零，但僅當(dāng)所有四個(gè)電阻均完全相同時(shí)，這種情況方為真。假如有一個(gè)以分立式電阻構(gòu)建的電橋，如圖 1 所示。最差情況差分失調(diào) VOS為

　　（1）

　　其中，VEX 為電橋激勵(lì)電壓， TOL 為電阻容差（單位為百分比）。

　　圖 1 惠斯登電橋失調(diào)

　　例如，在各元件的容差均為 0.1%且激勵(lì)電壓為 5 V 時(shí)，差分失調(diào)可以高達(dá)±5 mV。如果需要 400 的增益來(lái)實(shí)現(xiàn)所需電橋靈敏度，則放大器輸出端的失調(diào)變成±2 V。假設(shè)放大器由同一電源驅(qū)動(dòng)，并且其輸出可以軌到軌擺動(dòng)，則僅電橋失調(diào)就可能消耗掉 80%以上的輸出擺幅。在行業(yè)要求電源電壓越來(lái)越小的趨勢(shì)下，這個(gè)問(wèn)題只會(huì)變得更加糟糕。

　　傳統(tǒng)的三運(yùn)放儀表放大器架構(gòu)（如圖 2 所示）有一個(gè)差分增益級(jí)，其后為一個(gè)減法器，用于移除共模電壓。增益施加于第一級(jí)，因此，失調(diào)放大的倍數(shù)與目標(biāo)信號(hào)相同。因此，將其移除的唯一方法是在參考（REF）端施加反電壓。這種方法的主要不足在于，如果放大器的第一級(jí)已經(jīng)飽和，則調(diào)節(jié) REF 上的電壓并不能更正失調(diào)。克服這點(diǎn)不足的幾種方法包括：

　　根據(jù)具體情況，以外部電阻對(duì)電橋分流，但對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，這是不現(xiàn)實(shí)的，而且在出廠后是無(wú)法調(diào)整的

　　減少第一級(jí)增益，通過(guò)微調(diào) REF 上的電壓來(lái)移除失調(diào)，并再添一個(gè)放大器電路以實(shí)現(xiàn)所需增益

　　減少第一級(jí)增益，以高分辨率 ADC 完成數(shù)字化輸出，并在軟件中移除失調(diào)

　　后兩種選項(xiàng)還需要考慮最差情況下與原始失調(diào)值的偏差，從而進(jìn)一步減少第一級(jí)的最大增益。這些解決方案并不理想，因?yàn)樗鼈冃枰~外的電源、電路板空間或成本，來(lái)達(dá)到高 CMRR 和低噪聲的目標(biāo)。另外，交流耦合并不是測(cè)量直流或超慢移動(dòng)信號(hào)的一種選擇。

　　圖 2 三運(yùn)放儀表放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　間接電流反饋（ICF）儀表放大器（如AD8237 和 AD8420可在放大之前移除失調(diào)。圖 3 顯示ICF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖。

　　圖 3 間接電流反饋儀表放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　該儀表放大器的傳遞函數(shù)在形式上與經(jīng)典三運(yùn)放拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)相同，其計(jì)算公式為

　　（2）

　　由于輸入之間的電壓等于反饋（FB）與參考（REF）端子之間的電壓時(shí)，放大器的反饋要求可得到滿足，因此，我們可將該公式重寫為

　　（3）

　　這意味著，引入一個(gè)等于反饋和參考端子之間失調(diào)的電壓，即使在存在大輸入失調(diào)的情況下，也可將輸出調(diào)整為零伏特。如圖 4 所示，該調(diào)整可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)：從一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓源（如低成本 DAC）或者來(lái)自嵌入式微控制器的濾波 PWM 信號(hào)，通過(guò)電阻 RA 將一個(gè)小電流注入反饋節(jié)點(diǎn)。

　　圖 4 帶失調(diào)移除功能的高增益電橋電路