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1、第20卷第3期电子器件Vol.20,No.31997年9月JournalofElectronDevicesSep.1997仪器放大器AD620性能及其应用曹军(东南大学,南京,210096)摘要本文简要概述了单片仪器放大器AD620的结构原理及其性能特点和主要关系曲线,并给出了一些典型应用。关键词:仪器放大器芯片中图分类法:TN431.2TN72一引言在许多现代电子设备中,如数据采集系统、医疗仪器、信号处理系统等需要对弱信号进行高精度处理的场合,都较普遍地采用了仪器放大器,常用的仪器放大器有传统的三运放仪器放大器
2、和单片仪器放大器,因单片仪器放大器具有高精度、低噪声及易于控制、设计简单等特点而成为设计者优选的对象。作为著名的模拟电路及数模混合电路的制造商AD公司为设计者提供了许多性能优良的单片仪器放大器芯片,如AD524、AD620、AD624等已广泛应用到各种电路设计之中,这些芯片的电气性能指标各不相同,但设计方法大同小异。本文选择增益范围较大,且精度较高的AD620芯片作一个较为详细的介绍。二AD620简介AD620为一个低成本,高精度的单片仪器放大器,为8脚SOIC塑封外形(图1),其主要特点如表1。表1供电电源增益
3、选择增益范围最大增益误差%带宽功耗017%1MHz(G=1,±213～±18V电阻编程1～10k最大650mW(G=1000)小信号-3dB)输入失调电压输入失调漂移输入偏置电流最小共模抑制比温度范围0°～70℃民品最大125LV最大1LVö℃最大2.0nA93dB(G=10)-40°～85℃工业品-55°～125℃军品第2期曹军:仪器放大器AD620性能及其应用63尽管AD620由传统的三运算放大器发展而成,但一些主要性能却优于三运算放大器构成的仪表放大器的设计,如电源范围宽(±2.3～±18V),设计体积小,
4、功耗非常低(最大供电电流仅1.3mA),因而适用于低电压、低功耗的应用场合。AD620的单片结构和激光晶体调整,允许电路元件紧密匹配和跟踪,从而保证电路固有的高性能。AD620为三运放集成的仪表放大器结构,为保护增益控制的高精度,其输入端的三极管提供简单的差分双极输入,并采用B工艺获得更低的输入偏置电流,通过输入级内部运放的反馈,保持输入三极管的集电极电流恒定,并使输入电压加到外部增益控制电阻RG上。AD620的两个内部增益电阻为24.7k8,因而增益方程式为4914k8图1芯片引脚图G=+1(1)RG对于所需的
5、增益,则外部控制电阻值为4914RG=k8(2)G-1图4输入电压变化与预热时间的关系图5增益与频率关系外部增益控制电阻值RG也决定前置放大器的跨导,当RG减小时,由(1)式可知可编程64电子器件第20卷的增益增加,开环增益随之增加;反之当RG增大时则增益降低,并且降低了增益误差,同时带宽也随之增加,因而优化了频率响应。另一方面,AD620的低输入电压噪声在1kHz时为9nVöHz,在0.1Hz到10Hz频带时为0.28LVp-p,电流噪声仅为0.1pAöHz,因而在精确测量系统中,应用AD620设计电路是非常理
6、想的。图(2)～图(5)为AD620的一些典型特性曲线图。三AD620的典型应用AD620由于体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广等特点,使AD620特别适宜应用到诸如传感器接口、心电图监测仪、精密电压电流转换等应用场合。(1)压力传感器电路AD620特别适宜于较高电阻值,较低电源电压的压力传感器电路设计。AD620的体积小、功耗低成为压力传感器的重要因素,图(6)为3k8、+5V电源供电的压力传感器电桥。在这样一个电路中,电桥功耗仅为1.7mA,AD620和AD705缓冲电压驱动器对信号调节,使总供电电流仅为
7、3.8mA,同时该电路产生的噪声和漂移也极低。图6压力检测器电路图7心电图监测电路第2期曹军:仪器放大器AD620性能及其应用65(2)心电图监测电路在心电图监测电路设计中,信号的源阻抗极高、器件的便携特点,这就要求用低功耗、低供电电压的放大器进行设计,而AD620正是这种器件的最佳选择。图(7)为心电图监测电路中AD620的应用情况。而且AD620的低电压噪声改善了动态范围,使监测电路具有较好的性能,为了维持图中驱动环路的稳定性,应使电容C1值选择适当的值。(3)精密电压电流转换器AD620与一运放组合可以设计
8、成一个精密电压电流转换器,通过AD705对AD620的参考端进行缓冲,使之保持优良的共模抑制,AD620的Vx通过R1电阻转换为电流,此电流小到仅为运算放大器AD705的输入偏置电流,然后流出到负载,电路如图8所示。四设计考虑在仪表放大器的电路设计中,尚有一些实际问题在设计时需要进行考虑,主要有以下几点:图8精密电压电流转换①AD620的增益是通过改变编程电阻RG来实现的
