斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)放ICL7650的工作原理及應(yīng)用電路分析

ICL7650是Intersil公司利用動態(tài)校零技術(shù)和CMOS工藝制作的斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)放，它具有輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、共模抑制能力強(qiáng)、響應(yīng)快、漂移低、性能穩(wěn)定及價格低廉等優(yōu)點。

1 芯片結(jié)構(gòu)

ICL7650采用14腳雙列直插式和8腳金屬殼兩種封裝形式，圖1所示是最常用的14腳雙列直插式封裝的引腳排列圖。各引腳的功能說明如下：

CEXTB：外接電容CEXTB；

CEXTA：外接電容CEXTA；

－IN：反相輸入端；

＋I(xiàn)N：同相輸入端；

V－：負(fù)電源端；

CRETN：CEXTA和CEXTB的公共端；

OUTCLAMP：箝位端；

OUTPUT：輸出端；

V＋：正電源端；

INTCLKOUT：時鐘輸出端；

EXTCLKIN：時鐘輸入端；

時鐘控制端，可通過該端選擇使用內(nèi)部時鐘或外部時鐘。當(dāng)選擇外部時鐘時，該端接負(fù)電源端（V－），并在時鐘輸入端（EXTCLKIN）引入外部時鐘信號。當(dāng)該端開路或接V＋時，電路將使用內(nèi)部時鐘去控制其它電路的工作。

2 工作原理

ICL7650利用動態(tài)校零技術(shù)消除了CMOS器件固有的失調(diào)和漂移，從而擺脫了傳統(tǒng)斬波穩(wěn)零電路的束縛，克服了傳統(tǒng)斬波穩(wěn)零放大器的這些缺點。

ICL7650的工作原理如圖2所示。圖中，MAIN是主放大器（CMOS運(yùn)算放大器），NULL是調(diào)零放大器（CMOS高增益運(yùn)算放大器）。電路通過電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行兩個階段工作，第一是在內(nèi)部時鐘（OSC）的上半周期，電子開關(guān)A和B導(dǎo)通，和C斷開，電路處于誤差檢測和寄存階段；第二是在內(nèi)部　時鐘的下半周期，電子開關(guān)和C導(dǎo)通，A和B斷開，電路處于動態(tài)校零和放大階段。

由于ICL7650中的NULL運(yùn)算放大器的增益A0N一般設(shè)計在100dB左右，因此，即使主運(yùn)放MAIN的失調(diào)電壓VOSN達(dá)到100mV，整個電路的失調(diào)電壓也僅為1μV。由于以上兩個階段不斷交替進(jìn)行，電容CN和CM將各自所寄存的上一階段結(jié)果送入運(yùn)放MAIN、NULL的調(diào)零端，這使得圖2所示電路幾乎不存在失調(diào)和漂移，可見，ICL7650是一種高增益、高共模抑制比和具有雙端輸入功能的運(yùn)算放大器。

3 應(yīng)用電路

ICL7650除了具有普通運(yùn)算放大器的特點和應(yīng)用范圍外，還具有高增益、高共模抑制比、失調(diào)小和漂移低等特點，所以常常被用在熱電偶、電阻應(yīng)變電橋、電荷傳感器等測量微弱信號的前置放大器中。

圖3所示電路是某地震前兆信號采集系統(tǒng)的前置放大電路。系統(tǒng)中碳電極與信號調(diào)理器浮空地之間感應(yīng)的自然地空電位Vi1和Vi2被分別加到I－CL7650的兩個輸入端，微弱信號Vi1和Vi2經(jīng)放大后將從ICL7650的第10引腳輸出，放大后的信號經(jīng)過一系列處理后可分別送入顯示器和記錄儀進(jìn)行顯示和記錄，以供地震研究和預(yù)測使用。

為了防止輸入信號幅度過大而導(dǎo)致ICL7650損壞，圖3電路在兩路信號的輸入端分別加入了起保護(hù)作用的四個二極管D1～D4。由于電路正常工作時的輸入信號Vi1和Vi2幅度很小，所以二極管不導(dǎo)通，也就不會影響電路的正常工作。電路的增益較高，為防止產(chǎn)生高頻振蕩，設(shè)計時在電阻R4上并接了電容C3，因其容量較小，所以對信號放大倍數(shù)的影響也非常小。為了抬高運(yùn)算放大器輸出信號的直流分量，可將箝位端接在運(yùn)算放大器的反向輸入端。

運(yùn)用ICL7650生產(chǎn)的三十多套地震前兆信號采集系統(tǒng)已分別安裝在全國四個省市近十個地震臺站，并已采集到大量的地震前兆信號，因此可以證明：整個系統(tǒng)性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)。

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