低噪聲微弱信號(hào)放大電路的研究

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1abstract1key words1引言（或緒論）11系統(tǒng)框架及電阻應(yīng)變傳感器輸出信號(hào)特點(diǎn)21.1電路系統(tǒng)框圖21.2電阻應(yīng)變傳感器電路結(jié)構(gòu)及其輸出信號(hào)特點(diǎn)32微弱信號(hào)放大電路42.1 運(yùn)算放大器tlc265242.1.1運(yùn)算放大器tlc2652的工作原理42.1.2運(yùn)算放大器tlc2652的主要技術(shù)性能及封裝52.2 運(yùn)算放大器op0762.2.1運(yùn)算放大器op07的基本原理62.2.2運(yùn)算放大器op07的技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn) 82.3 放大電路的構(gòu)成83實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析94 結(jié)束語 10致謝10參考文獻(xiàn)11低噪聲微弱信號(hào)放大電路的研究摘要：在測(cè)量紗線張力的時(shí)候,較大的張力容易

2、被檢測(cè)和測(cè)量,而較小的張力的測(cè)量則要復(fù)雜困難的多。電阻應(yīng)變傳感器具有高靈敏度、高精度的特點(diǎn),從理論上來說適合作為小張力的信號(hào)轉(zhuǎn)換器件。但是要設(shè)計(jì)好相應(yīng)的小信號(hào)放大電路卻有相當(dāng)?shù)碾y度,因?yàn)樾⌒盘?hào)極易受外界干擾。而一般集成運(yùn)算放大器都是利用參數(shù)補(bǔ)償原理的直接耦合或者阻容耦合放大器,它們的初始失調(diào)參數(shù)并不等于零,而是用調(diào)零電位器或精密修正技術(shù)的調(diào)節(jié)來進(jìn)行失調(diào)參數(shù)的補(bǔ)償。這使得直接耦合放大器在放大信號(hào)的同時(shí)也放大了溫漂,而阻容耦合放大器雖然能夠抑制溫漂,但不能用來放大微弱的直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào)。本案應(yīng)用高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器芯片tlc2652 設(shè)計(jì)小信號(hào)前置放大電路,用芯片op07 設(shè)計(jì)后級(jí)放大

3、濾波電路,通過級(jí)聯(lián)方式對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大濾波。關(guān)鍵詞：tlc2652;電阻應(yīng)變傳感器; 放大濾波; 小信號(hào)the research of small-signal amplifing circuitstudent majoring in elect ronics name jinyi tutor lixiuxiaabstract：in the measurement of yarn tension, the greater the tension easily be detected and measured, and the smaller will be the tension measur

4、ement of more complex and difficult. resistance strain sensors with high sensitivity, high-precision features, in theory suitable for small signal conversion devices tension. but the design of the corresponding small-signal amplifier there was a considerable difficulty, because the small-signal vuln

5、erable to outside interference. integrated operational amplifier and the general parameters of the compensation principle is to use the direct coupling, or resistance-capacitance coupled amplifier, which parameters of the initial imbalance is not zero, but zero potentiometers with precision correcti

6、on or adjustment to the imbalance compensation parameters . this allows direct coupling of the signal amplifier at the same time to enlarge enlarge the drift, and the resistance-capacitance coupled amplifier can inhibit drift though, but can not be used to enlarge small dc signals or slow changes in

7、 signal. in this case the application of high-precision chopper stabilized op amp tlc2652 chip preamp design small-signal circuit design using chip-level amplification op07 filter circuit, by way of cascade amplification of small signal filtering.key words: tlc2652；resistance strain sensor；amplifyin

8、g and filtering；small-signal引言: 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類的生活帶來了根本的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)，更是將人類社會(huì)帶入了一個(gè)新的時(shí)代近年來,微電子產(chǎn)品得到廣泛使用,迫切要求采用低電壓的模擬電路來降低功耗,低電壓、低功耗的模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)。從能源角度考慮,低的功率消耗不僅是電池驅(qū)動(dòng)的便攜設(shè)備的需求,更是大型系統(tǒng)的迫切需要。 運(yùn)算放大器作為集成電路中最基本的單元,其重要性是眾所周知的?，F(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，工程建設(shè)及日常生活中數(shù)據(jù)測(cè)量起著重要的作用，早期的數(shù)據(jù)測(cè)量主要用于工廠時(shí)間生產(chǎn)中，能起到實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)、電壓、電流數(shù)據(jù)等

9、，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會(huì)中的數(shù)據(jù)測(cè)量不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠房，對(duì)某些數(shù)據(jù)的要求極其嚴(yán)格，溫度、濕度、電壓、電流等數(shù)據(jù)的變化極有可能對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。由于某些信號(hào)比較微弱，因此，這就需要將其放大，再進(jìn)行相關(guān)的研究，使人們對(duì)某些數(shù)據(jù)變化做及時(shí)的調(diào)整，提示人們數(shù)據(jù)變化情況，協(xié)助人們能及時(shí)的調(diào)整，起到報(bào)警作用，使其更好的服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)，生活。例如，在測(cè)量紗線張力的時(shí)候,較大的張力容易被檢測(cè)和測(cè)量,而較小的張力的測(cè)量則要復(fù)雜困難的多。電阻應(yīng)變傳感器具有高靈敏度、高精度的特點(diǎn),從理論上來說適合作

10、為小張力的信號(hào)轉(zhuǎn)換器件。但是要設(shè)計(jì)好相應(yīng)的小信號(hào)放大電路卻有相當(dāng)?shù)碾y度,因?yàn)樾⌒盘?hào)極易受外界干擾。而一般集成運(yùn)算放大器都是利用參數(shù)補(bǔ)償原理的直接耦合或者阻容耦合放大器,它們的初始失調(diào)參數(shù)并不等于零,而是用調(diào)零電位器或精密修正技術(shù)的調(diào)節(jié)來進(jìn)行失調(diào)參數(shù)的補(bǔ)償。這使得直接耦合放大器在放大信號(hào)的同時(shí)也放大了溫漂,而阻容耦合放大器雖然能夠抑制溫漂,但不能用來放大微弱的直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào)。針對(duì)以上集成運(yùn)算放大器的缺點(diǎn)，本案應(yīng)用高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器芯片tlc2652 設(shè)計(jì)小信號(hào)前置放大電路,用芯片op07 設(shè)計(jì)后級(jí)放大濾波電路,通過級(jí)聯(lián)方式對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大濾波。1 系統(tǒng)框架及電阻應(yīng)變傳感器輸出信號(hào)

11、特點(diǎn)11 電路系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要由電源模塊、電阻應(yīng)變傳感器、小信號(hào)放大電路、放大濾波電路等4部分組成，電路總體框圖如圖1所示。電源模塊主要為其他三個(gè)模塊提供穩(wěn)定可靠的電壓；傳感器電路作為信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，把非電量（小張力）轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；小信號(hào)放大電路主要由高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器芯片tlc2652組成，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行前置放大并對(duì)噪聲進(jìn)行有效抑制，對(duì)干擾信號(hào)的抑制主要集中在這一級(jí)；放大濾波電路作為后級(jí)放大器，同時(shí)也起到了低通濾波的作用。 圖1 電路總體框圖12 電阻應(yīng)變傳感器電路結(jié)構(gòu)及其輸出信號(hào)特點(diǎn) 電阻應(yīng)變傳感器電路結(jié)構(gòu)及其輸出信號(hào)特點(diǎn)，電阻應(yīng)變傳感器內(nèi)部是由4 個(gè)應(yīng)變片 構(gòu)成的橋式電路,構(gòu)成等

12、臂電橋電路。當(dāng)受力適應(yīng)變片產(chǎn)生形變，相應(yīng)的電阻值發(fā)生變化，從而使橋路失去平衡，在電橋有外電源供電的情況下，利用橋差來檢測(cè)被測(cè)信號(hào)。電橋按激勵(lì)源不同可分為恒壓源供電電橋和恒流源供電電橋。 由于采用恒流源供電比采用恒壓源供電可以減少非線性誤差,因此本設(shè)計(jì)采用恒流源供電模式,如圖2所示。 其中理論上未受任何力時(shí)應(yīng)有 r1 = r2 = r3 = r4 ,當(dāng)受到壓力和拉力(分別變化r1 ,r2 ,r3 ,r4 ) 作用的時(shí)候,其橋臂電阻值分別變?yōu)?r1 - r1 , r2 +r2 , r3 +r3 , r4 - r4 ;設(shè)流過 r1 和 r2 的電流分別為 i1 和 i2 ,可得到:u0 = i1 (

13、 r3 +r3 ) - i2 ( r4 - r4 ) (1)又 u0 = i2 ( r2 +r2 ) - i1 ( r1 - r1 ) (2)而 i = i1 + i2 (3) 根據(jù)式(1) 、 式(2) 、 式(3) 可推出:u0 = i ( r2 +r2 ) ( r3 +r3 ) - ( r1 - r1 ) ( r4 - r4 ) / ( r1 + r2 + r3 + r4 +r2 +r3 - r4 - r1 ) (4) 圖 2 電阻應(yīng)變傳感器電路 由于分母中(r2 +r3 - r4 - r1 ) 很小,其值可以忽略。 其中初始條件: r1 = r2 = r3 = r4 = r;當(dāng)各橋臂阻

14、值變化r1 =r2 =r3 =r4 =r時(shí),代入上式并整理得輸出電壓:u0 =r i (5)式(5) 表明:當(dāng)恒流源供電時(shí),其輸出信號(hào) u0 與電阻應(yīng)變量以及恒流電流成正比,傳感器的輸出與供電電流大小和精度有關(guān)(假設(shè)忽略溫度的影響) 。 表1 給出了傳感器的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)條件:室溫;恒流源 5ma;安捷倫六位半數(shù)字萬用表;定量砝碼)。表 1 傳感器部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 從表 1 中可以看出 ,傳感器輸出信號(hào)是十分微弱的微伏級(jí)電壓 ,設(shè)計(jì)要求量程為 40 g ,最小分辨張力為0. 1 cn ,轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)后要求最小能分辨 3v 的幅度變化。表中數(shù)據(jù)經(jīng)電平位移可得輸出電壓范圍約為 01. 2 mv。

15、如此微小的信號(hào)容易受噪聲的干擾 ,因此要有效提取該信號(hào) ,關(guān)鍵的是在放大有用信號(hào)的同時(shí)把干擾信號(hào)有效地抑制掉 ,設(shè)計(jì)放大器時(shí)還要充分考慮放大器的精度和穩(wěn)定度。2 微弱信號(hào)放大電路 根據(jù)輸出信號(hào)特點(diǎn) ,放大器的設(shè)計(jì)主要是高增益 ,低噪聲。一方面 ,提高增益的最直接的措施是采用多個(gè)放大器級(jí)聯(lián) ,但這種結(jié)構(gòu)在提高增益的同時(shí)也引入了噪聲干擾 ,而且級(jí)數(shù)越多引入電路的傳輸函數(shù)極點(diǎn)越多 ,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定 ,一般不選擇三級(jí)以上級(jí)聯(lián)方式 ,常用兩級(jí)級(jí)聯(lián)方式。另一方面 ,由于多級(jí)放大電路噪聲系數(shù)及電壓增益滿足:nftotal = 1 + (nf1 - 1) + (nf2 - 1) / av1 + + (nfn

16、- 1) / av1 av2 avm,由此可見 ,多級(jí)放大電路總噪聲主要取決于第一級(jí)。德州儀器公司生產(chǎn)的斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器 tlc2652 在抑制噪聲、 增益、 漂移方面都有優(yōu)異的特性 ,是解決微信號(hào)放大問題的廉價(jià)方案。21 運(yùn)算放大器tlc2652在微弱信號(hào)的測(cè)量中，常常需要放大微伏級(jí)的電信號(hào)。 這時(shí)， 普通的運(yùn)算放大器已無法使用， 因?yàn)樗鼈兊妮斎胧д{(diào)電壓一般在數(shù)百微伏以上，而失調(diào)電壓的溫度系數(shù)在零點(diǎn)幾微伏以上。 固然輸入失調(diào)電壓可以被調(diào)零， 但其漂移則是難以消除的。德州儀器公司的斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器提供了一種解決微信號(hào)放大問題的廉價(jià)方案。211 運(yùn)算放大器tlc2652的工作原理tlc2

17、652 功能框圖示于圖3 。tlc2652 芯片上的控制邏輯產(chǎn)生兩個(gè)主要的時(shí)鐘周期 ： 校零周期和放大周期。 主放大器一直與電路的輸入端和輸出端相連，而校零放大器則在兩個(gè)周期內(nèi)分別對(duì)自己和主放大器校零。在校零周期內(nèi)，開關(guān)a 閉合，使校零放大器的兩個(gè)輸入端短路， 通過自身的反饋， 校零放大器的失調(diào)電壓被減到最小。同時(shí)，外接記憶電容cxa 中儲(chǔ)存了這一失調(diào)電壓，使校零放大器在放大周期內(nèi)仍保持校零。在放大周期內(nèi)，開關(guān)b 閉合，把校零放大器的輸出與主放大器的同相輸入端連接起來， 使主放大器被校零。同時(shí)，外接記憶電容c xb 中儲(chǔ)存了校零電壓， 使主放大器在下一個(gè)校零周期內(nèi)仍保持校零。在tlc2652

18、中，內(nèi)部時(shí)鐘使放大器以450hz 的頻率校零。 在這種連續(xù)校零的機(jī)制下， 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)算放大器的影響被降低到了最小。 由于低頻信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)放大器放大， 電路可以獲得極高的增益，這在需要精密高增益放大的電路中是十分有用的。由于使用了lincmos 工藝和低噪聲的mosfet ，輸入噪聲被大大減小。 圖3 tlc2652 的功能框圖212 運(yùn)算放大器tlc2652的主要技術(shù)性能及封裝tlc2652 是德州儀器公司使用先進(jìn)的lincmostm 工藝生產(chǎn)的高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器,其封裝如圖4所示。在 tlc2652 內(nèi)部 ,有主放大器和較零放大器 ,

19、內(nèi)部時(shí)鐘使放大器以450 hz 的頻率校零。在這種連續(xù)校零的機(jī)制下 ,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)算放大器的影響被降低到最小。由于使用了lincmos工藝和低噪聲的 mos2fet ,輸入噪聲被大大減小, tlc2652 非常適合用于微弱信號(hào)的放大。其主要技術(shù)性能如表2 所示。 圖4tlc2652 封裝圖 表 2 tlc2652 主要技術(shù)性能22 運(yùn)算放大器op07221 運(yùn)算放大器op07的基本原理 op07系列運(yùn)算放大器采用精密雙極型 pnp輸級(jí)并配有高電壓cmos輸出級(jí),從而使這種放大器的輸入電壓范圍包括負(fù)電源電壓(通常指單電源應(yīng)用中的地) ,并且輸出擺

20、幅差1mv不到電源電壓。另外輸入電壓范圍擴(kuò)展到差別1v不到正電源電壓。這種外延pnp輸入級(jí)提供的高擊穿電壓、高增益和輸入偏置電流技術(shù)指標(biāo)都可與帶達(dá)林頓輸入級(jí)的放大器相比,但是沒有帶達(dá)林頓輸入級(jí)放大器存在的那些缺點(diǎn)(使輸入電壓范圍、失調(diào)電壓、漂移和噪聲嚴(yán)重變劣)這種pnp輸入結(jié)構(gòu)還極大地降低了噪聲并且減小了直流輸入誤差。電源電壓：op07系列放大器用一個(gè)+ 5v單電源供電完全能達(dá)到規(guī)定技術(shù)指標(biāo),由于采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工藝,它們?cè)陔娫措妷簭牡偷綀?chǎng)2. 7v一直到高達(dá)30v范圍內(nèi)也能工作。這樣就允許使用當(dāng)前工業(yè)實(shí)際采用的大多數(shù)分檔電源(split supplies) ,其主要優(yōu)點(diǎn)是比傳統(tǒng)的分檔電源放大器

21、增加了輸入電壓和輸出電壓范圍。op07系列放大器在vxv = 5v v- = 0v和vcm = 2. 5v條件下能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo),所以非常適合單電源應(yīng)用。由于該系列運(yùn)放的電源抑制比(psrr)為130db(0. 3uv/ v) ,共模抑制比(cmrr)為110db (3uv/ v) ,所以其失調(diào)電壓受電源電壓或共模電壓的影響最小。在 15v雙電源工作條件下也完全能夠達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。 圖5 op07接成差動(dòng)放大器的電路輸入共模抑制電壓范圍：op07系列放大器被認(rèn)為具有從負(fù)電源電壓到差lv 不到正電源電壓的擴(kuò)展輸入共模電壓范圍。當(dāng)輸入電壓稍低于負(fù)電源(vee)時(shí)這種放大器仍能正常工作。在圖

22、5中將op07 系列放大器接成一種差動(dòng)放大器 ,采用 2. 7v 單電源 ,在兩個(gè)輸入端施加負(fù)直流共模電壓。然后將 400mvpp輸入電壓加到同相輸入端。測(cè)試結(jié)果表明輸出電壓沒有任何失真。該電路雖然接有很大的輸入電阻器和反饋電阻器 ,但仍保持微功耗工作。 輸入過壓保護(hù)：當(dāng)放大器的輸入電壓比vee低一個(gè)二極管壓降以下或比vcc高一個(gè)二極管降以上時(shí),將有一個(gè)大電流分別入負(fù)電源(v - )或正電源(v + )流到兩個(gè)輸入端,從而會(huì)損壞器件。對(duì)于op07來說,只要差動(dòng)電壓等于電源電壓就不會(huì)產(chǎn)生任何問題(見圖6) ,因?yàn)閛p07內(nèi)補(bǔ)有兩個(gè)串聯(lián)輸入500m限流電阻器,允許輸入信號(hào)超過電源電壓(任一端)3v

23、而不損壞器件通常使進(jìn)入輸入端的電流保持在5ma以下的做法是切實(shí)可行的。在這方面還應(yīng)該說明的是,如果放大器的輸入三極管的擊穿電壓很高,則沒有必要在放大器的兩個(gè)輸入端之間加鉗位二極管,這是很多精密運(yùn)放電路設(shè)計(jì)都必須遵循的一個(gè)原則。另外加這種鉗位二極管這是許多精密運(yùn)放電路設(shè)計(jì)都必須循的一個(gè)原則,另外加這種鉗位二極管對(duì)許多應(yīng)用(例如精密整流電路和比較器)會(huì)產(chǎn)生極壞的影響。由于op07系列具有很大的差動(dòng)電壓能力,所以不必外接這種鉗位二極管。圖6單位增益跟隨器倒相：許多放大器當(dāng)其中一個(gè)輸入端或兩個(gè)輸入端的電壓超過輸入共模電壓范圍時(shí) ,工作不正常。對(duì)放大器傳遞函數(shù)的典型影響是倒相 ,使傳遞的極性顛倒。在某些

24、情況下 ,這種倒相會(huì)使伺服系統(tǒng)閂鎖并且對(duì)放大器產(chǎn)生永久性損壞或使參數(shù)造成不可恢復(fù)性改變。許多放大器采用補(bǔ)償電路來抵制這種作用 ,但是這種方法僅對(duì)反相輸入端有一定作用。另外 ,這種方法的多數(shù)情況 ,僅對(duì)超過電源電壓大約幾百毫伏有效。op07當(dāng)其中一個(gè)或兩個(gè)輸入端的輸入電壓超過輸入共模電壓范圍時(shí) ,不會(huì)出現(xiàn)倒相 ,因?yàn)樗鼈儙в蟹乐沟瓜嗟谋Ｗo(hù)電路。但是 ,我們不推薦對(duì)op07輸入端連續(xù)施加超過電源電壓3v以上的輸入電壓。輸出級(jí)：cmos輸出級(jí)具有優(yōu)良和相當(dāng)均衡的輸出驅(qū)動(dòng)能力 ,并且在輕負(fù)載情況下 ,實(shí)際的輸出擺幅可以差 1mv 不到電源電壓。這比所謂滿電源雙極型輸出級(jí)的同類放大器好得多。op7 7

25、的電壓跟隨器工作方式性能穩(wěn)定 ,而且在單電源工作方式下 ,對(duì)信號(hào)響應(yīng)低到1mv 輸出短路保護(hù)：op07系列放大器的輸出級(jí)帶有短路保護(hù)電路 ,防止由于電源意外短路損壞器件 ,只要管芯最高溫度不超過長(zhǎng)期偏置的極限溫度。通常電流高達(dá)30ma也不會(huì)對(duì)器件造成任何損壞。222 運(yùn)算放大器op07的技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)美國模擬器件公司（analog devices inc 簡(jiǎn)稱adi）把op07作為精密運(yùn)算放大器的標(biāo)準(zhǔn)器件，這一系列精密運(yùn)算放大器具有真正單電源、微功耗和滿電源輸出的特點(diǎn)。由于他們還具有極低的失調(diào)電壓、低漂移和低噪聲的特點(diǎn)。所以他們是當(dāng)今不斷發(fā)展的低電壓工業(yè)應(yīng)用的極好選擇。op07和其他公司的同類

26、產(chǎn)品例如lt1006、lt1077、opa177、opa277相比有如下特點(diǎn)：低電源電流：每運(yùn)放300ua 滿電源輸出：無倒相寬電源工作范圍：2.730v 低失調(diào)電壓：最大100ua低輸入偏置電流：10na 低電壓噪聲：典型值0.4uv單位增益穩(wěn)定：容性負(fù)載1000pf 寬溫度范圍：-40+85 c輸入過電壓保護(hù)能力：兩輸入端串入500運(yùn)算放大器op07主要應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)儀器儀表、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、計(jì)算機(jī)和通信等。例如：傳感器放大溫度檢測(cè)器、壓力傳感器、電子秤、腦電圖和心電圖機(jī)；精密電流測(cè)量工業(yè)電能表、plc模擬測(cè)量模塊、電流、電壓計(jì)；通信系統(tǒng)通信電源控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、精密濾波器和

27、比較器。23 放大電路的構(gòu)成 在該放大電路中 ,采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)放大:第一級(jí)選擇高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器 tlc2652作為小信號(hào)的放大。第二級(jí)主要由運(yùn)放 op07 構(gòu)成 ,作為信號(hào)的二級(jí)放大及濾波。前置放大電路如圖7所示。 可以看出 , tlc2652 構(gòu)成差分放大電路。從tlc2652 輸入端看進(jìn)去 ,電橋電路可用圖 8等效示意圖(虛線部分)來描述 ,等效于在放大器反相端和同相端各接 r =500 歐的一個(gè)電阻;為了提高電阻的精度和共模抑制比, r2 和 r3 選用精密電阻且取 r19 =r18 =39 k,因此理論上閉環(huán)放大倍數(shù)約為 a = r3/r = 39000/500 =78倍;c2

28、、c3用來濾除信號(hào)上的高頻噪音;記憶元件 c4 和 c5 使用絕緣電阻很高的聚酯薄膜電容器 ,容量為0. 1f。電容的一端接到 cxa或 cxb引腳 ,另一端接至vdd-引腳;tlc2652在作直流微弱信號(hào)放大時(shí) ,為了進(jìn)一步減少交流信號(hào)干擾 ,在輸出端加接一個(gè)低通濾波電容 c6 ,容量為 1f ,用以濾除輸出信號(hào)中的交流成分 ,使輸出信號(hào)更加平穩(wěn);總之 ,為了保證放大器的精度,一是負(fù)反饋電阻必須有足夠的精度 ,采用精密電阻 ,且電路的閉環(huán)增益不能太大;二是必須提高印制板的質(zhì)量 ,防止印刷板表面的漏電流;三是注意合理布線。圖 7 前置放大電路 圖 8電橋電阻等效示意圖 第二級(jí)放大電路完成信號(hào)的

29、二次放大和低通濾波的作用。后級(jí)放大電路如圖 9 所示:圖中運(yùn)放 op07構(gòu)成了反相放大電路 ,u1 是經(jīng) tlc2652 放大之后的電壓 ,理論上此放大電路的放大倍數(shù)為 b = r1 / r3 = 30k/ 1k = 30倍。c3 、r1 構(gòu)成 rc低通濾波網(wǎng)絡(luò) ,其電路截止頻率為 f = 1/ 23r22 3 c13 = 1/ 2 3 30 k 3 0. 01= 530 hz ,符合設(shè)計(jì)要求(有用信號(hào)頻率范圍主要集中在 0500 hz) ;管腳 7 和 4分別接一個(gè) 0. 1f 的瓷片電容 ,用來濾除高頻成分;為了減少失調(diào)電流,3 腳接 r2 (其阻值約為 r1 和 r3 的并聯(lián)值 1 k) ;ou t端出來的信號(hào)送 a/ d 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ,轉(zhuǎn)換完成送 cpu 進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。3 析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分 圖9 后級(jí)放大電路表 3 說明了放大電路輸入輸出信號(hào)的關(guān)系。ui 為放大電路輸入電壓,uo 為放大電路輸出電壓。其中 ui 是電阻應(yīng)變傳感器電路在張力變化下所產(chǎn)生的微小電壓信號(hào)。放大電路輸入輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 3 所示。根據(jù)表 3 中數(shù)據(jù) ,用 ma tlab 進(jìn)行最小二乘法直線擬合。用形如 y = k x + b函數(shù)來擬合數(shù)據(jù) x1 ,y1 , x2 , y2 xn , yn ,由庫函數(shù)poly