经典仪表放大器 AD620 及其模组

前言

ADI 的 AD620 是一款经典的仪表放大器（Instrumentation Amp，INA）。

虽不清楚它的诞生年份，但从持续更新至 Rev.H 版本的 Datasheet，以及 20 年前应用笔记中曾出现过的身影，足以印证它的地位。

AD620 的主要指标如上图所示，比如：增益最大 10,000 倍，支持 ±18 V 宽电压输入，内部是 Three Op Amp （3 运放）架构。

作为一款经典芯片，尽管比较老，却有着明显优势 —— 网上能买到它的模组，使用很方便，价格也很亲民，非常适合入门。

下面我们就从它的模组说起，并做一个简单的测试。

我买到的模组如下图所示，你应该很容易在某宝找到。我在图中标注了输入、输出接口、和主要的元器件。

模组包含三颗芯片和两个电位器，作用如下：

如果你的卖家不提供原理图的话，不用担心，网上能找到，我挑了一份如下图所示：

电路的最中间是 AD620，其 Rg 两端是 100KΩ （104）电位器。根据数据手册中的增益公式，增益与 Rg 成反比 —— 当电阻最大（100KΩ）时，对应最小增益约 1.5 倍；电阻调至最小时，理论上可达到 AD620 的最大增益。

电路的下方和右上角是两个 LM358 运放（集成在一颗芯片内），它们都是输出端直接连接反相端，所以工作在单位增益缓冲器（Unity Gain Buffer）模式，起到电压跟随作用。

其中，下方的 LM358 为 AD620 提供 Ref 信号，用于调节输出偏置；右上角的 LM358 增强 AD620 的输出能力，LM358 能够 source 30mA 和 sink 20mA 的电流，比 AD620 更大一些。

最后是 7660 芯片，最早由 Intersil 推出，主要功能是将单电源转换为正负双电源输出：

这个电路图最被诟病的也是 7660，因为 7660 最大只能提供 ±10V，而 AD620 可以支持 ±18V，LM358 可以支持 ±15V，所以压缩了电路的动态范围。

此外，7660 基于电荷泵原理实现电源转换，易产生噪声，对于主打微弱信号放大的 AD620 来说可能干扰过大，所以建议使用比原电路更大的电源滤波电容，以降低噪声。

我们来做个简单测试。

首先进行调零，给模组单电源上电，将两个输入端短接，用示波器查看输出，调节 10KΩ（103）电位器使输出为 0V，连接框图如下：

然后接入实际的信号，我采用如下单端输入（Singled-Ended Input）方式，即，信号源的正极连接模组 S+，负极连接模组 S-；示波器的正极连接模组 Vout，负极连接模组 Ground，连接框图如下：

随后调节 100KΩ（104）电位器 —— 顺时针旋转电阻减小、增益增大，直至示波器能够显示清晰波形。

在 10V 单电源供电下，我给的输入是 20mVpp、1KHz 的正弦波，得到输出波形如下：

输出波形的峰峰值为 17.5Vpp，正弦波已出现轻微饱和，如果进一步调大增益，饱和会更明显。

此时，对应增益是 17.5 / 0.02 = 875 倍。

我们从图 4 增益公式可以反推，此时 100KΩ （104）电位器的阻值应该在 50Ω 左右，然而 50Ω 对于一个最大阻值是 100KΩ 的电位器来说实在太小了，稍微旋转一点点就会因增益过大导致输出饱和。

本文介绍了经典仪表放大器 AD620 及其模组，并做了一个简单测试，由于其易使用、低成本的特点，非常适合作为仪表放大器的入门器件。