依據(jù)儀表放大器的工作原理,利用德州儀器公司的TLC2652設(shè)計(jì)了一低頻弱信號(hào)放大電路。通過(guò)Multisim軟件仿真分析,該電路具有極高的輸入電阻,極低的輸出電阻,共模抑制能力很強(qiáng),能放大頻率在0~300 Hz內(nèi)的微伏級(jí)信號(hào),且該電路的工作穩(wěn)定,失真度小。本文主要以直流與低頻信號(hào)為研究對(duì)象設(shè)計(jì)一弱信號(hào)放大器,并進(jìn)行仿真分析。
1 集成運(yùn)算放大器的選擇
??? 隨著集成工藝與電子技術(shù)的發(fā)展,集成運(yùn)算放大器的性能越來(lái)越好。TLC2652是德州儀器公司使用先進(jìn)的LinCMOS工藝生產(chǎn)的高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器。斬波穩(wěn)零的技術(shù)使TLC2652具有優(yōu)異的直流特性,將失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對(duì)運(yùn)算放大器的影響降低到了最小值,因此TLC2652非常適合用于微信號(hào)的放大。
1.1 TLC2652的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
??? 如圖1所示,TLC2652主要由5個(gè)功能模塊構(gòu)成:
??? (1)主放大器(Main):與一般的運(yùn)算放大器不同,它有三個(gè)輸入端。除引出芯片外部的同相和反相輸入端外,其在芯片內(nèi)部還有一個(gè)用于校零的同相輸入端。
??? (2)校零放大器(Null):它也有三個(gè)輸入端,但與主放大器相反,在芯片內(nèi)部的輸入端是反相輸入端。
??? (3)時(shí)鐘和開(kāi)關(guān)電路:內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào),控制各開(kāi)關(guān)按一定的時(shí)序閉合與斷開(kāi)。在14和20引腳的芯片中時(shí)鐘信號(hào)還可從外部引入。
??? (4)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(Compensation-Basing Circuit):它使電路在較寬的頻帶內(nèi)有平坦的響應(yīng)。在TLC2652中,電路的高頻響應(yīng)主要由主放大器決定。
??? (5)箝位電路(Clamp Circuit):它實(shí)際上是一個(gè)當(dāng)輸出與電源電壓相差接近1 V時(shí)動(dòng)作的開(kāi)關(guān),把CLAMP與運(yùn)放的反相輸入端短接,則其引入的深度負(fù)反饋可使電路在過(guò)載時(shí)的增益大大下降以防止飽和。它可以加速電路在過(guò)載后的恢復(fù)。
1.2 TLC2652的主要性能指標(biāo)
??? (1)極低的輸入失調(diào)電壓:最大值1μv
??? (2)極低的輸入失調(diào)電壓漂移:典型值0.003μV/℃
??? (3)低輸入失調(diào)電流:最大值500pA(TA=-55℃~125℃)
??? (4)開(kāi)環(huán)電壓增益:最小值135dB
??? (5)共模抑制比:最小值120dB
2 弱信號(hào)放大電路
??? TLC2652的典型電路如圖3所示,構(gòu)成差分放大電路。
???
如果R1=R2,R3=R4,則
??? u0=(ui1-ui2)(R2/R1)
??? 這一電路提供了儀表放大器的功能,即放大差分信號(hào)的同時(shí)抑制共模信號(hào),但是同相輸入端與反相輸入端阻抗相當(dāng)?shù)投也幌嗟?。由圖3容易得到同相輸入端的阻抗為(R2+R4),反相輸入端的阻抗為R1。另外,這一電路要求電阻對(duì)R1/R2和R3/R4的比值匹配得非常精密,否則,每個(gè)輸入端的增益會(huì)有所差異,這將直接影響電路的CMR?,F(xiàn)根據(jù)儀表放大器的工作原理設(shè)計(jì)一個(gè)高精度高穩(wěn)定性的放大器。
評(píng)論