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(多图) 弱信号放大电路的仿真测试

/?? 2013年06月20日 ?? 收藏0
1 引言

运算放大器(op-amp)简称运放,因最初主要用于模拟量的数学运算而得名。它是一个高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路,也是最基本、最具代表性、应用最广泛的一种模拟集成电路。在工业自动化控制、过程控制中,运放常被用于放大来自传感器的低电平信号,这就要求用作前置放大器的集成运放具有高的输入阻抗,低的输出阻抗,低失调电压和温度漂移以及精密的反馈特性和高的共模抑制比能力,否则造成的漂移问题将使系统无法正常工作,ICL7650正是为适应上述要求而研制成功的。

介绍了ICL7650斩波集成运放的性能,并采用该器件设计了一个弱信号的前置放大电路,通过multisim 8软件进行仿真和测试,其增益、幅频特性、信噪比等性能指标都能达到设计的要求。该电路结构简单,对直流、低频微弱电信号放大具有一定的参考使用价值。

2 ICL7650性能介绍

斩波器稳定型运算放大器ICL7650芯片是Intersil公司的第四代运算放大器,性能极为优越稳定,因而在精密仪表、微弱信号的检测及过程控制系统中作为前置放大器应用很广。

ICL7650主要有如下几个特点:

1)极低的输入失调电压:整个工作温度范围(约100℃)内只有±1μV ;输入偏置电流低:15pA (典型值);

2)失调电压的温漂和长时间漂移极低:分别为0.01 t, v/℃和100 nV /Month;

3)极高的开环增益,CMRR,PSRR均≥130dB,较高的转换速率:SR = 0. 5 V/μs ;

4)单位增益带宽BWG=2 MHz,并具有内部补偿,相位裕度≥80;5)内部有箝位电路,能减少过载时的恢复时间;在输入端、输出端只有极微小的斩波尖峰泄漏。

3 用ICL7650设计弱信号的前置放大电路

根据上述分析,结合仪用放大器的原理,实际电路设计如图1所示:

图1 放大电路原理图,R0为ICL 7650输入限流保护电阻
图1 放大电路原理图,R0为ICL 7650输入限流保护电阻

在ICL7650的外围电路中,电源电压输入端和地之间接入一个0.1μF(104)的电容,用来滤除电源带来的干扰。采样电容C2、C3在动态校零中起关键作用,直接影响到运放自动稳零的精度,故选用高阻抗、瓷介质、聚本乙烯材料的优质电容,其值可取0.1μF.R3与C6组成滤波网络,用来滤去ICL7650模拟开关换向所带来的斩波尖峰噪声,减小输出电压中的过冲。

该电路第一级是两个对称的ICL7650集成运放,有很高的输入阻抗和共模抑制比,而且变双端输入为单端输出。由于整个电路的失调电压及漂移与第一级有密切关系,因此A1、A2选用了具有超低失调电压和超低漂移的ICL7650集成运放。ICL7650作为高精度、低漂移放大器,其输入一般只有几百微伏甚至几十微伏电压就能正常工作。

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第1页:前言及电路介绍

第2页:电路仿真



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