外表扩大器是在有噪声的环境下放巨细信号的器材。它运用的是差分小信号叠加在较大的共模信号之上的特性，能够去除共模信号，而又一起将差分信号扩大。外表扩大器的要害参数是共模按捺比，这个功能能够用来衡量差分增益与共模衰减之比。
典型的被测信号能够是生物信号，如心电图（ECG）信号或许是来自比如惠斯登电桥等传感器的弱小信号。因为这些信号源常常具有几千欧姆或更高的输出阻抗，因而外表扩大器需求具有很高的输入阻抗（典型数值在千兆欧姆级）。此外，因为外表扩大器往往要驱动输入阻抗很低的后级电路，如A/D转换器等，因而要求外表扩大器的输出阻抗很低。外表扩大器作业频率一般在直流到1 MHz之间，而在MHz级的速度下，输入电容比输入电阻更为重要，因而这类运用要考虑运用差分扩大器。这种差分扩大器输入阻抗较低，但速度要快许多。
常见外表扩大器
差动扩大器
差动扩大器不是外表扩大器，可是有时能够用在外表扩大器的场合。其电路只需一个运算扩大器，如图1所示。在对高输入阻抗或许增益没有严苛要求的场合，运用它是很便利的。
该电路的传递函数为：
Vout=R1/R2（VA-VB）
这一传递函数是在抱负运算扩大器和抱负电阻器匹配条件下得出的。可是，当电阻不完全匹配时，同相扩大电路和反相扩大电路的传递函数不相等，就会有共模信号走漏出来。以0.1%的电阻匹配差错为例，最差状况下CMRR为54 dB，即10 V的共模信号会发生20 mV的输出差错。
差动扩大器的长处是结构简略，最首要的缺陷是输入阻抗很低。因为增益由R1/R2决议，因而需求在高增益和高输入阻抗间做出折中。此外，将信号分压变小后再进行扩大（好像相通路），并不是取得杰出噪声功能的办法。关于反相通路而言，加入了额定的电阻，而且反相扩大电路的噪声增益总比信号增益高。进步输入阻抗就要求添加电阻的数值，这样将会发生更多的噪声。最终，共模按捺比也受到约束。为了改进这些缺陷，榜首步是对输入进行缓冲，这样就处理了输入阻抗的问题，如图2所示。
在对输入进行缓冲的一起，假如引进一些增益，除了能够得到高阻抗，还会发生很好的噪声功能，如图3所示。
电路中差动扩大器的噪声依然存在，但折算到输入端时噪声要除以榜首级的增益。因为能够运用阻值十分小的电阻器，因而榜首级的噪声能够做得十分低，而且不影响输入阻抗。这种结构的别的一个长处是在高增益时有较宽的带宽。原因是电压反应扩大器具有必定的增益带宽乘积，经过把增益涣散到两级扩大器，可使每一级的增益比较低，下降差动扩大器级的增益，然后不会被增益带宽乘积所约束。可是还有一个没处理的问题便是共模按捺比。图3的电路将共模信号和差分信号都扩大了，而一切的共模按捺都在差分扩大级完成，因而，很简略超越榜首级的输入电压规模。
三运放外表扩大器
将图3中榜首级扩大电路中的接地址去掉来处理共模按捺的问题，然后构成三运放结构外表扩大器，如图4所示。
榜首级电路让共模信号有用地经过，没有任何扩大或衰减，第二级差动扩大器将共模信号去除。因为额定提升了差分增益，尽管电阻器的匹配状况并没有改进，可是体系的有用共模按捺才能却得到了增强。在实践运用中需求留意：
1）有必要在榜首级供给增益；
2）体系的共模按捺不是由前两个扩大器的共模按捺比功能决议的，而是取决于两个共模按捺的匹配程度。可是双运算扩大器历来不会给出这一方针，因而挑选时有必要要求CMRR功能方针比需求的方针功能方针至少好6 dB；
3）假如电阻器有某些对地的走漏通路，CMRR方针就会下降；
4）外表扩大器前面的元件要尽或许规划得平衡。假如外表扩大器同相通路中低通滤波器和反相通路中低通滤波器具有不同截止频率，体系的CMRR特性将会跟着频率的升高而下降。
关于外表扩大器的榜首级，每个运算扩大器都要坚持其两个电压输入端的电压相同。图4中R4两头的差分电压应当和两个输入端的电压相同，这个电压发生一个电流，流过电阻器R3并发生了扩大器的增益。
三运放外表扩大器一般会遇到的问题有：
1）这一结构扩大差分信号，然后去除共模信号。两级电路之间的中心节点载荷着大约一半的差分信号再加上共模信号。须保证这个信号处于运放的作业规模之内。当改动输入电压的共模成分时，假如看到类似于饱满的现象，则应首要查看这儿。
2）流过R4的电流。当把外表扩大器的增益设置得很高时，R4就会很小，这意味着差分电压很大的时分，R4上发生的电流也会相当大。需求查看这种状况对体系是否有负面效果。
3）反应通路中的电容。反应通路的走线应尽或许地短，反应通路过大的电容在高频时会使共模按捺比功能下降。
两运放外表扩大器
假如不需求三运放结构如此高的功能，可运用两运放结构进行简化。这种结构的首要长处是结构简略，它只需求两个运算扩大器和四个电阻器，如图5所示。因为很少有包含三个运放的器材，因而三运放结构一般需求运用一个四运放器材。而剩余的一个运放需求耗费更多的功率，所以两运放结构在能耗方面也会更低。此外，和三运放结构相同，两运放结构电路也具有很高的输入阻抗。可是两运放外表扩大器的功能要差一些，经过核算剖析，这种结构的共模按捺比对电阻器阻值改变的灵敏度比差分扩大器结构略高一些。最坏状况下，关于0.1%的电阻器匹配条件下的CMRR不是54 dB，而是50.5 dB。与三运放外表扩大器不同的是这个CMRR数值不随增益的添加而改进。因为两个通路不平衡，同相通路信号的频率响应与反相通路信号不同。因为反相通路要经过两级电路而不是一级电路，因而在反相通路中呈现了一个相位推迟，而且压摆率和带宽特性也会不同，其噪声功能也会差一些。
两运放外表扩大器常见的问题是：
1）因为榜首级的输出电压即扩大了的输入电压，其间包含共模电压，因而需求留意榜首级的输出电压；
2）因为两运放外表扩大器的CMRR关于电阻的匹配状况极为灵敏，因而需求留意电阻器的匹配；
3）高频功能。因而，关于这三种结构来说：差动扩大器 这种扩大器很好，也很简略，只需求一个运算扩大器和四个电阻器。可是，它的输入阻抗与所选电阻器的数值有关，而且噪声和CMRR的功能也较差。
2）三运放外表扩大器 榜首级电路供给高输入阻抗。当咱们在榜首级电路中引进增益时，还进步了噪声和CMRR的功能。
两运放结构外表扩大器 这种电路结构比三运放结构简略得多，而且也具有很好的输入阻抗特性。可是，其噪声和CMRR功能不能跟着增益的添加而改进。
实例剖析：混合规划
假如现已找到了根本符合要求的外表扩大器，但某一方针无法满意需求，此刻能够运用现有外表扩大器加上辅佐电路到达意图。
噪声是外表扩大器的一个重要方针，现在许多运放都具有十分低的噪声系数，假如要求更低的噪声，则能够选用分立规划办法构建外表扩大器。可是这需求花费很大的精力来规划、布局和调试，而得到的共模按捺比又低于单芯片外表扩大器。图6所示的混合规划节省了规划时刻和电路板空间，一起得到了与单芯片外表扩大器相同好的共模按捺功能。
这儿所示的混合规划分为三级：运放组成的前置扩大器，后边是外表扩大器。每一级的噪声都比前一级大，可是，因为为每一级都分配了增益，所以各级对体系最终的噪声没什么影响。假如用一个2.61 K的电阻将AD8221的增益设定为20，也能够将一切的增益都放在前置扩大级，而使AD8221的增益为1。而AD8599的增益带宽积为10MHz。假如将总的增益都放在榜首级，那么其带宽将会被约束在20 kHz。在两个元件之间分配增益，得到总带宽大约为300 kHz。
