高精度、高稳定度微弱信号放大器的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第16卷，第3期漳州师范学院学报(自然科学版)、，01．16No．32003年8月JournalofZhangzhouTeachersCollege(Nat．Sd．)Aug．2003高精度、高稳定度微弱信号放大器的设计任志山，黄春耀(龙岩高等师范专科学校物理系，福建龙岩364000)摘要：根据ICL7650的特点及仪用放大器的原理设计一种微弱信号放大器，该电路能将极其微弱信号(O一5mV)，精确、稳定的放大到能被单片机系统直接处理的信号(0-5V)，具有一定的实用价值，并详细探讨了在实际电路设计过程的各注意事项。关键词：I

2、CL7650：仪用放大器；微弱信号放大器中圈分类号：TN722文1畎标识码：A文章缩号：1008—7826(2003)03-0042-041前言由于现今各类传感器输出的信号多为微弱的直流电压信号，而测量仪表大都使用单片机控制，这就需要将这些微弱的直流电压信号经放大器放大后接人A／D转换器供单片机处理，因此该仪表中微弱信号放大器精度、稳定度的高低直接关系到仪表性能的好坏。笔者所要设计的微弱信号放大器，系统要求将0—5mv的微弱直流信号放大到0—5v，供12位A／D转换器使用，即转换精度达到1．2mv，因此对该放大器的稳定性、线性等技术指标要求很高。笔者选用ICL7650集

3、成运算放大器，采用仪用放大器电路的设计方案，设计出高精度、高稳定度的微弱信号放大器。2集成运算放大器的选择2．1ICL7650的选择笔者原计划直接选用仪用放大器，虽然仪用放大器的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配，且稳定性也较好，但由于本系统对微弱信号放大器的精度、稳定度的要求很高，选用了几种性能较好的仪用放大器皆不能满足要求，最后选用集成运算放大器ICL7650。ICL7650是Intersil公司利用动态校零技术和先进的CMOS工艺制成的斩波稳零式高精度运算放大器，具有超低失调和超低漂移、高增益、高输入阻抗的特点，性能极为优越稳定，因而在精密仪表及过程控制系统中作为

4、前置放大器应用很广。2．2ICL7~50的主要特点超低失调电压：5uVmax超低漂移：0．02uv，℃超低输入漂流：20pAmax高增益：135dBrain高共模抑制比：120dBrain收稿日期：2003．05．08作者简介：任志山(1964一)，男，四川安岳县人，讲师，学士维普资讯http://www.cqvip.com第3期任志山，黄春耀：高精度、高稳定度微弱信号放大器的设计43高输人电阻：l00尤其是它具有其它高阻运放所没有的自动稳零的优点，适合作高精度高稳定度的微弱电流信号放大电路。2．3ICL7650的芯片结构ICL7650采用14脚双列直插式和8脚金属壳两

5、种封装形式，图1所示是最常用的14脚双列直插式封装的引脚排列图。各引脚的功能说明如下：c鲫：外接电容c鲫；c田^：外接电容CErtA；广—弋厂—1叫+IN№：同相输人端；目盼JP．XT册C'．Z。；Nc(cU崮目INTcLxTV一：负电源端；一IN田i—卜bv+CORUamT：CLCA一MP和共端；。}--L囱~OUT：箱位端；v，_崮~C⋯．ETH⋯⋯OUTPUT：输出端；L—一一Jv+：正电源端；图lICL7650的弓I脚排列图INTCLKOUT：时钟输出端；EXTCLKIN：时钟输人端；INT／EXT：时钟控制端，可通过该端选择使用内部时钟或外部时钟。当选择外部时

6、钟时，该端接负电源端(v一)，并在时钟输人端CEXTCLKIN)引人外部时钟信号。当该端开路或接v十时，电路将使用内部时钟去控制其它电路的工作。3放大电路设计一些文章中介绍的用ICL7650设计的测量微弱信号的前置放大电路如图2所示：豳2图2前置放大电路图该电路为差分式放大电路，输入电阻不高(R=R+)，会使输入的微弱信号产生衰减，在Vt为0-5mv范围，放大器放大倍数线性较差(AA~40％)，而且稳定度也不高(约有+__10mv波动)，完全达不到高精度、高稳定度测量微弱信号的要求。现根据仪用放大器原理设计成高精度、高稳定度的直流微弱信号放大电路。3．1仪用放大器的原理

7、维普资讯http://www.cqvip.com44漳州师范学院学报(自然科学版)2003焦仪用放大器的原理电路如图3所示，图3仪用放大器的原理电路运放A1、A2组成第一级差分电路，A3组成第二级差分式电路。在第一级电路中，vl、v2分别加到A1和A2的同相端，R1和两个R2组成的反馈网络，引人了深度的电压串联负反馈，两运放A1、A2的两输^端形成虚短和虚断，因而有u=u一u：和u／RI=(u一u·)／(2十R)，故得钒钒～一I一一—矗矗，I一—(I1上+十警百I一根据差分放大器的原理，可得：一一是c⋯=一～)该放大器第一级是具有深度电压