弱信號放大電路的設計

摘要：依據儀表放大器的工作原理，利用德州儀器公司的TLC2652設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內的微伏級信號，且該電路的工作穩定，失真度小。
關鍵詞：弱信號放大；TLC2652；儀表放大器

0 引言
在研究自然現象和規律的實踐中，經常會遇到檢測被強背景噪聲淹沒的微弱信號問題，如地震波的分析、衛星信號的接收、植物電信號、醫療中腦電波的分析等。這些問題都歸結為微弱信號的檢測。
微弱信號檢測與處理是隨著工程應用而不斷發展的一門學科，采用一系列信號處理的方法，檢測被噪聲背景淹沒的微弱信號。由于在微弱信號檢測與處理系統中，我們獲取的信號是極其微弱的，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了我們的實際信號，所以在這一過程中，如何在抑制噪聲的前提下增大微弱信號的幅度是我們獲取有用信號的關鍵。本文主要以直流與低頻信號為研究對象設計一弱信號放大器，并進行仿真分析。

1 集成運算放大器的選擇
隨著集成工藝與電子技術的發展，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的LinCMOS工藝生產的高精度斬波穩零運算放大器。斬波穩零的技術使TLC2652具有優異的直流特性，將失調電壓及其漂移、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的內部結構
如圖1所示，TLC2652主要由5個功能模塊構成：

(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，在芯片內部的輸入端是反相輸入端。
(3)時鐘和開關電路：內部時鐘產生時鐘信號，控制各開關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)補償網絡(Compensation-Basing Circuit)：它使電路在較寬的頻帶內有平坦的響應。在TLC2652中，電路的高頻響應主要由主放大器決定。
(5)箝位電路(Clamp Circuit)：它實際上是一個當輸出與電源電壓相差接近1 V時動作的開關，把CLAMP與運放的反相輸入端短接，則其引入的深度負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。