高增益单片仪用放大器的设计

高增益单片仪用放大器的设计

0ad620的原理ad-620是一种仅通过外部阻力调整放大倍数为1.1000的低频和高精度设备矩阵。它体积小，为8管脚的SOIC或DIP封装；供电电源范围为±2.3V～±18V；最大供电电流仅为1.3mA。AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大输入失调电压为50μV，最大输入失调电压漂移为1μV/℃，最大输入偏置电流为2.0nA。G=10时，其共模抑制比大于93dB。在1kHz处输入电压噪声为，在0.1Hz～10Hz范围内输入电压噪声的峰-峰值为0.28μV，输入电流噪声为。G=1时它的增益带宽为120kHz，建立时间为15μs。总的来看，AD620的特点可归结为如下几点：(1)AD620能确保高增益精密放大所需的低失调电压、低失调电压漂移和低噪声等性能指标；(2）只用一只外部电阻就能设置放大倍数1～1000;(3）体积小，只有8个引脚；AD620是在传统的三运放组合方式改进的基础上研制的单片仪用放大器。输入三极管Q1和Q2提供了唯一双极差分输入，因内部的超β处理，它的输入偏移电流比一般情况低10倍。通过Q1-A1-R1环路和Q2-A2-R2环路的反馈，保持了Q1、Q2集电极电流为常量，所以输入电压相当于加在外接电阻Rg的两端，从输入到A1/A2输出的差分放大倍数为G=(R1+R2）/Rg+1。由A3组成的单位增益减法器消除了任何共模成分，而产生一个与REF管脚电位有关的单路输出。Rg的值还确定了前级运放的跨导。当Rg减小时，放大倍数增大，对输入三极管的跨导渐渐地增大，这具有明显的优点：放大倍数增加使得开环增益增大，因此减小了与增益有关的误差；由C1、C2和前置运放跨导确定的增益带宽乘积增加，因此频率响应得到改善；主要由输入三极管集电极电流和基极电阻确定的输入电压噪声减小到。内部增益电阻R1和R2被精确确定为24.7kΩ，使得运放增益精确地由Rg确定2ad620接口(1）输入偏置电流是给运放的输入晶体管提供偏置所需的电流，它必须由一个返回回路，因此，当放大象变压器这种交流耦合信号源时，每一个输入点必须有一个到地的直流通路，如图3所示。(2）所有的仪用放大器都对通道外的信号进行整流，若放大小信号时，这个整流电压就成了直流失调电压。AD620的结构允许在输入晶体管的基极和发射极之间接入一级滤波，将不需要的整流信号滤除，如图4所示。RC=1/2πf,f大于等于AD620的带宽，C≤150pF。(3)AD620的输出电压和参考端有关，将REF端和恰当的接地点连接可解决很多接地方面的问题。为了将低电平的模拟信号从有噪声的数字环境中隔离出来，许多数据采集系统将模拟地和数字地分开。接地原则为各个独立的接地回路使敏感点流向地的电流为最小。这些接地回路又必须在某一点连接在一起，通常在ADC上。如图5所示，AD620的参考端5端、采样保持器AD585的地端、模拟供电电源的地端分别接到模数转换器AD574A的模拟地端；而数字供电的地端和模数转换器AD574A的数字地相接，最后模拟地和数字地在AD574A上相接。在许多应用场合，常采用屏蔽电缆方法来减小输入端的噪声干扰。对屏蔽给予适当的驱动，可减小电缆电容和杂散电容造成的差分相移，保证交流共模抑制比不下降，图6a为差分屏蔽驱动接法，图6b为共模屏蔽驱动接法。3应用3.1光电检测电路光电检测在工业中应用非常广泛。设计一个光电检测系统的原则就是把总系统噪声减小到最低限度。系统的噪声主要包括探测器噪声、电阻噪声和运放的噪声，因他们之间各自独立，所以总噪声可以表示为因AD620的噪声很小，故常被用做光电检测电路的前置运放。下面以光电二极管作为探测器为例加以说明。设光电二极管的电流为ID，则其中ISC———光电流，它与光强度成正比，为检测到的有效信息；I暗———暗电流，由二极管表面的电流和通常的PN结电流组成，为系统中的无效信息。为了消除暗电流的影响，选用性能完全相同的两只二极管D1、D2和两只阻值为R的电阻R1、R2接成桥式，如图7所示。当D1有光照而D2无光照时，运放两端输入的电压为2ISC+I暗2·R1-I暗·R=ISC·R1，它只与光电流有关，从而消除了暗电流的影响。3.2传统运放中的回波问题在超声检测领域，特别是超声波在不均匀且衰减大的介质中传播时将遇到介面后的回波很微弱。若用一般的运放作前置处理，往往噪声较大，得不到有效的信号。选用AD620作前置放大电路连接简单、噪声小，如图8所示。4分离电路的应用AD620是一个高精度的仪表放大器，在应用中还需要注意防止放大器的堵塞问题。如果微弱信号上迭加有一个较强的直流信号，就要设置一个分离电路，使直流信号分离出来。我们已将其应用于光电检测和超声检测领域，取得了较好的效果。(4）低功耗，最