弱信號放大電路的仿真測試

1 引言

運算放大器（op-amp）簡稱運放，因最初主要用于模擬量的數(shù)學(xué)運算而得名。它是一個高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的直接耦合多級放大電路，也是最基本、最具代表性、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。在工業(yè)自動化控制、過程控制中，運放常被用于放大來自傳感器的低電平信號，這就要求用作前置放大器的集成運放具有高的輸入阻抗，低的輸出阻抗，低失調(diào)電壓和溫度漂移以及精密的反饋特性和高的共模抑制比能力，否則造成的漂移問題將使系統(tǒng)無法正常工作，ICL7650正是為適應(yīng)上述要求而研制成功的。

介紹了ICL7650斬波集成運放的性能，并采用該器件設(shè)計了一個弱信號的前置放大電路，通過multisim 8軟件進行仿真和測試，其增益、幅頻特性、信噪比等性能指標都能達到設(shè)計的要求。該電路結(jié)構(gòu)簡單，對直流、低頻微弱電信號放大具有一定的參考使用價值。

2 ICL7650性能介紹

斬波器穩(wěn)定型運算放大器ICL7650芯片是Intersil公司的第四代運算放大器，性能極為優(yōu)越穩(wěn)定，因而在精密儀表、微弱信號的檢測及過程控制系統(tǒng)中作為前置放大器應(yīng)用很廣。

ICL7650主要有如下幾個特點：

1）極低的輸入失調(diào)電壓：整個工作溫度范圍（約100℃）內(nèi)只有±1μV ；輸入偏置電流低：15pA （典型值）；

2）失調(diào)電壓的溫漂和長時間漂移極低：分別為0.01 t， v/℃和100 nV /Month；

3）極高的開環(huán)增益，CMRR，PSRR均≥130dB，較高的轉(zhuǎn)換速率：SR = 0. 5 V/μs ；

4）單位增益帶寬BWG=2 MHz，并具有內(nèi)部補償，相位裕度≥80；5）內(nèi)部有箝位電路，能減少過載時的恢復(fù)時間；在輸入端、輸出端只有極微小的斬波尖峰泄漏。

3 用ICL7650設(shè)計弱信號的前置放大電路

根據(jù)上述分析，結(jié)合儀用放大器的原理，實際電路設(shè)計如圖1所示：

圖1 放大電路原理圖，R0為ICL 7650輸入限流保護電阻

在ICL7650的外圍電路中，電源電壓輸入端和地之間接入一個0.1μF（104）的電容，用來濾除電源帶來的干擾。采樣電容C2、C3在動態(tài)校零中起關(guān)鍵作用，直接影響到運放自動穩(wěn)零的精度，故選用高阻抗、瓷介質(zhì)、聚本乙烯材料的優(yōu)質(zhì)電容，其值可取0.1μF.R3與C6組成濾波網(wǎng)絡(luò)，用來濾去ICL7650模擬開關(guān)換向所帶來的斬波尖峰噪聲，減小輸出電壓中的過沖。

該電路第一級是兩個對稱的ICL7650集成運放，有很高的輸入阻抗和共模抑制比，而且變雙端輸入為單端輸出。由于整個電路的失調(diào)電壓及漂移與第一級有密切關(guān)系，因此A1、A2選用了具有超低失調(diào)電壓和超低漂移的ICL7650集成運放。ICL7650作為高精度、低漂移放大器，其輸入一般只有幾百微伏甚至幾十微伏電壓就能正常工作。