bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2026-24-5-60-68bsuir-4448Research ArticleСтатьиСхемотехнический синтез инструментальных усилителей с однополярным напряжением питанияCircuit Synthesis of Instrumentation Amplifiers with a Single Supply VoltageДворниковО. В.DvornikovO.

Дворников Олег Владимирович, д-р техн. наук, доц., гл. науч. сотр.  Тел.: +375 29 616-45-87

220113, Минск, ул. Я. Коласа, 73

Dvornikov Oleg, Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor, Principal Researcher  Тel.: +375 29 616-45-87

220113, Minsk, Ya. Kolasa St., 73

oleg.dvornikov@mnipi.byЧеховскийВ. А.TchekhovskiV.

Чеховский В. А., зав. лаб.

Минск

Tchekhovski V., Head of Laboratory

Minsk

ОАО «Минский научно-исследовательский приборостроительный институт»БеларусьOJSC “Minsk Research Instrument-Making Institute”BelarusИнститут ядерных проблем Белорусского государственного университетаБеларусьInstitute for Nuclear Problems of Belarusian State UniversityBelarus2026071120262456068Copyright © Дворников О.В., Чеховский В.А., 20262026Дворников О.В., Чеховский В.А.Dvornikov O., Tchekhovski V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4448

Инструментальные усилители, представляющие собой дифференциальные усилители напряжения с высоким сопротивлением по каждому входу и фиксированным значением коэффициента усиления, широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. Типовая реализация инструментальных усилителей путем соединений трех операционных усилителей не позволяет получить высокую стабильность коэффициента усиления напряжения в широком диапазоне входного синфазного сигнала, особенно при большом усилении. Для решения указанной проблемы были изучены конструктивно-схемотехнические особенности прецизионных инструментальных усилителей фирмы Analog Devices и на основе результатов выполненного анализа разработаны основные блоки микросхем инструментальных усилителей с однополярным напряжением питания на биполярных транзисторах и полевых транзисторах, управляемых p-n-переходом. В статье для всех блоков приведены электрические принципиальные схемы и результаты схемотехнического моделирования, показывающие возможность программирования различного сочетания параметров.

Instrumentation amplifiers, which are differential voltage amplifiers with high impedance at each input and a fixed gain, are widely used in various electronic equipment. The typical implementation of instrumentation amplifiers by connecting three operational amplifiers does not provide high voltage gain stability over a wide range of input common-mode signals, especially at high gain. To solve this problem, the design and circuitry features of precision instrumentation amplifiers from Analog Devices were studied. Based on the analysis results, the main blocks of instrumentation amplifier microcircuits with a single-supply voltage using bipolar transistors and junction field-effect transistors were developed. The article presents electrical schematic diagrams and circuit simulation results for all units, demonstrating the capability to program various combinations of parameters.

прецизионный инструментальный усилительполевой транзисторp-n-перехододнополярное напряжение питанияprecision instrumentation amplifierfield-effect transistorp-n junctionsingle-polarity supply voltageReferencesDvornikov O., Tchekhovski V., Popov A. (2025) Design of Bipolar Analog Basic Matrix Crystals. Electronic Components. (1), 48–53 (in Russian).Dvornikov O., Tchekhovski V., Popov A. (2025) Design of Bipolar Analog Basic Matrix Crystals. Electronic Components. (1), 48–53 (in Russian).Dvornikov O., Tchekhovski V., Popov A. (2025) Development and Application of High-Power Analog Basic Matrix Crystals in the Design of Power Analog Integrated Circuits. Electronic Components. (5), 14–20 (in Russian).Dvornikov O., Tchekhovski V., Popov A. (2025) Development and Application of High-Power Analog Basic Matrix Crystals in the Design of Power Analog Integrated Circuits. Electronic Components. (5), 14–20 (in Russian).Dvornikov O. V., Tchekhovski V. A. (2025) Design of a Set of Analog Microcircuits for Processing Signals from High-Resistance Sensors. Devices and Methods of Measurements. 16 (4), 333–343. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-4-333-343 (in Russian).Dvornikov O. V., Tchekhovski V. A. (2025) Design of a Set of Analog Microcircuits for Processing Signals from High-Resistance Sensors. Devices and Methods of Measurements. 16 (4), 333–343. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-4-333-343 (in Russian).Tietze W., Schenk K. (2007) Semiconductor Circuitry. Moscow, DMK Press Publ. (in Russian).Tietze W., Schenk K. (2007) Semiconductor Circuitry. Moscow, DMK Press Publ. (in Russian).Fonderie J., Maris M. M., Schnitger E. J., Huijsing J. H. (1989) 1-V Operational Amplifier with Rail-to-Rail Input and Output Ranges. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 24 (6), 1551–1559. DOI: 10.1109/4.44990.Fonderie J., Maris M. M., Schnitger E. J., Huijsing J. H. (1989) 1-V Operational Amplifier with Rail-to-Rail Input and Output Ranges. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 24 (6), 1551–1559. DOI: 10.1109/4.44990.Vyne R. L., Petty T. D., Koda R., Susak D. M. (1992) A Quad Low Voltage Rail-to-Rail Operational Amplifier. Proceedings of the 1992 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, Minneapolis, MN, USA. 242–245. DOI: 10.1109/BIPOL.1992.274041.Vyne R. L., Petty T. D., Koda R., Susak D. M. (1992) A Quad Low Voltage Rail-to-Rail Operational Amplifier. Proceedings of the 1992 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, Minneapolis, MN, USA. 242–245. DOI: 10.1109/BIPOL.1992.274041.Bowers D. F. (1987) A 20-/spl mu/W Precision Operational Amplifier. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 22 (3), 322–329. DOI: 10.1109/JSSC.1987.1052728.Bowers D. F. (1987) A 20-/spl mu/W Precision Operational Amplifier. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 22 (3), 322–329. DOI: 10.1109/JSSC.1987.1052728.Wurcer S. A., Counts L. W. (1982) A Programmable Instrumentation Amplifier for 12-bit Resolution Systems. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 17 (6), 1102–1111. DOI: 10.1109/JSSC.1982.1051867.Wurcer S. A., Counts L. W. (1982) A Programmable Instrumentation Amplifier for 12-bit Resolution Systems. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 17 (6), 1102–1111. DOI: 10.1109/JSSC.1982.1051867.Close J. P., Santos F. (1993) A JFET Input Single Supply Operational Amplifier with Rail-to-Rail Output. 1993 Proceedings of IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, Minneapolis, MN, USA. 149–152. DOI: 10.1109/BIPOL.1993.617487.Close J. P., Santos F. (1993) A JFET Input Single Supply Operational Amplifier with Rail-to-Rail Output. 1993 Proceedings of IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, Minneapolis, MN, USA. 149–152. DOI: 10.1109/BIPOL.1993.617487.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.