在之前的文章（《了解共模抑制和儀表放大器》）中我們簡單描述了三運放儀表放大器 (INA) 的內部工作原理，我們找到了造成總 CMR 誤差的主要原因。如果看一下相同器件的共模范圍，您就會發現事情并沒有那么簡單。在 INA 所有的性能特性中，最令人費解的特性就是共模范圍要求。那么，設計人員該如何計算儀表放大器的共模范圍呢？下面來看一下 INA 的輸入/增益過載條件。  

當談及儀表放大器的共模范圍時，輸入/增益過載條件會導致嚴重的問題。要知道當輸入信號超過 INA 的輸入范圍時輸入/增益過載并非是必備的條件。圖 1 中的 INA 有三個基本的節點，這三個節點會引起輸入/增益過載問題。需要引起注意的臨界電壓電平位于儀表放大器(V_IN+ 和 V_IN-) 輸入引腳、A₁ 和 A₂ (V_O-A1 與 V_O-A2) 輸出電平以及 A₃ (V_OUT) 輸出擺幅。工作時謹記這三個概念您就會發現進入 INA 的輸入信號會產生一個錯誤的輸出信號，但不會超出器件正常的輸出范圍。



圖 1 三運放儀表放大器

需要注意的第一個條件是施加到儀表放大器的輸入電壓（V_IN+ 與 V_IN）（請參見圖 1）。該電壓等于共模輸入電壓加上或減去差動輸入信號。A₁ 和 A₂ 的輸入級會限制這兩個輸入電壓的范圍。最大和最小輸入電壓極限值因器件不同而不同，因此需要查詢產品說明書以獲得最準確的信息并注意您的電源電壓。

第二、V_IN+ 和 V_IN- 輸入電壓和 A₁ 及 A₂ 增益的組合會導致內部輸出電壓上升或下降。請注意，A₁ 和 A₂ 級不具有輸入共模電壓(V_CM)。如果 A₁ 和/或 A₂ 的輸出電壓 (V_O-A1 和/或 V_O-A2) 超出了內部輸出擺幅限制，就會出現輸入/增益過載條件。我們可以直接對該條件進行測量，但您需要知道 V_O-A1 和 V_O-A2 的極限值，然后計算您是否在安全范圍（請參見圖1公式）。

INA 輸入端上的范圍內電壓可驅動一個或兩個 A₁ 和 A₂ 至其正（或負）輸出擺幅極限就是該輸入/增益過載條件一個例子。在該條件下，A₃ 將測量到一個錯誤的差動電壓。該錯誤電壓加上參考至 INA 的電壓是不正確的，且很可能位于 A₃ 的輸出范圍。

就輸入/增益過過載條件而言，第三也是最后一個要注意的地方就是儀表放大器的輸出 (V_OUT)。A₃ 輸出限制與所有放大器相似。例如，在單電源環境中，輸出擺幅將永遠也無法跨躍至電壓軌。請參見器件的產品說明書了解與這些極限有關的信息。

如果您忽略內部 A₁ 和 A₂ 輸出級的細微差別，那么三運放 INA 的共模行為可能會讓您大吃一驚。所有放大器的輸出電壓都與整個INA線性共模輸入范圍相關――輸入和輸出。大部分產品說明書都提供了輸入/增益過載條件影響的圖示。現在您可以使用本文的知識來理解并使用這些圖片來發揮您的優勢了。