弱信號放大電路的設(shè)計

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)計了一低頻弱信號放大電路。通過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，能放大頻率在0～300 Hz內(nèi)的微伏級信號，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為研究對象設(shè)計一弱信號放大器，并進(jìn)行仿真分析。

1 集成運算放大器的選擇
??? 隨著集成工藝與電子技術(shù)的發(fā)展，集成運算放大器的性能越來越好。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、電源電壓變化等對運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個功能模塊構(gòu)成：

??? (1)主放大器(Main)：與一般的運算放大器不同，它有三個輸入端。除引出芯片外部的同相和反相輸入端外，其在芯片內(nèi)部還有一個用于校零的同相輸入端。
??? (2)校零放大器(Null)：它也有三個輸入端，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)時鐘和開關(guān)電路：內(nèi)部時鐘產(chǎn)生時鐘信號，控制各開關(guān)按一定的時序閉合與斷開。在14和20引腳的芯片中時鐘信號還可從外部引入。
??? (4)補償網(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)：它實際上是一個當(dāng)輸出與電源電壓相差接近1 V時動作的開關(guān)，把CLAMP與運放的反相輸入端短接，則其引入的深度負(fù)反饋可使電路在過載時的增益大大下降以防止飽和。它可以加速電路在過載后的恢復(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)開環(huán)電壓增益：最小值135dB
??? (5)共模抑制比：最小值120dB

2 弱信號放大電路
??? 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，即放大差分信號的同時抑制共模信號，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R1／R2和R3／R4的比值匹配得非常精密，否則，每個輸入端的增益會有所差異，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)計一個高精度高穩(wěn)定性的放大器。