弱信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)

摘要：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。
關(guān)鍵詞：弱信號(hào)放大；TLC2652；儀表放大器

0 引言
在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律的實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到檢測(cè)被強(qiáng)背景噪聲淹沒(méi)的微弱信號(hào)問(wèn)題，如地震波的分析、衛(wèi)星信號(hào)的接收、植物電信號(hào)、醫(yī)療中腦電波的分析等。這些問(wèn)題都?xì)w結(jié)為微弱信號(hào)的檢測(cè)。
微弱信號(hào)檢測(cè)與處理是隨著工程應(yīng)用而不斷發(fā)展的一門(mén)學(xué)科，采用一系列信號(hào)處理的方法，檢測(cè)被噪聲背景淹沒(méi)的微弱信號(hào)。由于在微弱信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)中，我們獲取的信號(hào)是極其微弱的，因而我們不能直接選用普通的放大器，否則放大器的本底噪聲就可能淹沒(méi)了我們的實(shí)際信號(hào)，所以在這一過(guò)程中，如何在抑制噪聲的前提下增大微弱信號(hào)的幅度是我們獲取有用信號(hào)的關(guān)鍵。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)。