運(yùn)放作為一種比較理想的放大器，在小信號(hào)測量方面有著非常廣泛的應(yīng)用，本小節(jié)介紹兩種比較常用的測量電路。

1. 微電壓測量

對(duì)于測量微電壓(幾個(gè)毫伏的量級(jí))，在現(xiàn)在數(shù)字技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)的今天，基本不是問題。 用運(yùn)放搭一個(gè)同相放大器，將微電壓放大到合適的比例，然后再用A/D轉(zhuǎn)換就可以得到這個(gè)被放大的微電壓值。

這里介紹一下以前在指針式測量的年代，如何測量微電壓。 雖然現(xiàn)在不再用這種方式測量微電壓了，但這個(gè)電路本身還是比較有用的，它可以將微電壓轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，在要求不是很高的場合下可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 微電壓測量的電路如下圖所示：

圖8-05.01

圖中，mA為指針式毫安計(jì)。 其工作情況分析如下：運(yùn)放的反相輸入端電位為0，S點(diǎn)的電位為：

電流Io的表達(dá)式為：

由于Rf遠(yuǎn)大于Rs，故可忽略括號(hào)中的+1，上式可近似為：

其中Rs可用來調(diào)節(jié)Vi的可測滿量程。 例如，當(dāng)Rf=R1且Rs為10Ω時(shí)，10mV的的輸入電壓會(huì)使運(yùn)放輸出1mA的電流。

另外，由于這個(gè)電路需要運(yùn)放的輸出端可輸出正負(fù)電壓，因此其運(yùn)放元器件在選型時(shí)要使用那種正負(fù)雙電源供電的運(yùn)放器件。

2. 儀表放大器

儀表放大器(instrumentation amplifier)電路被廣泛應(yīng)用于微小信號(hào)的放大和測量，它由3個(gè)運(yùn)放和7個(gè)電阻構(gòu)成。 如下圖所示：

圖8-05.02

由于這種電路的形式比較固定，因此儀表放大器常被制作于一塊集成芯片中，芯片內(nèi)部含有三個(gè)運(yùn)放和6個(gè)經(jīng)過激光校準(zhǔn)的精密電阻R，可調(diào)電阻RG留給用戶在片外配置，以使用戶可以自行調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。

下面我們對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行分析：

運(yùn)放A3為前面我們分過的差分放大電路，由于其四個(gè)配置電阻R阻值相等，其輸出電壓Vo的表達(dá)式為：

運(yùn)放A1和A2的反相輸入端分別和它們的同相輸入端虛短，并且由于運(yùn)放的輸入電流為0，故流過RG的電流和流過其上下兩個(gè)電阻R的電流相同，因此可對(duì)這三個(gè)電阻分別使用歐姆定律列出以下方程組：

根據(jù)上兩式，可推導(dǎo)出輸出Vo1-Vo2和輸入Vi1-Vi2的關(guān)系：

儀表放大器最終輸出的表達(dá)式為：

常用的儀表放大器集成芯片有LH0036、AD8221等。