弱信號放大電路的設計

摘要：依據儀表放大器的工作原理，利用德州儀器公司的TLC2652設計了一低頻弱信號放大電路。通過(guò)Multisim軟件仿真分析，該電路具有極高的輸入電阻，極低的輸出電阻，共模抑制能力很強，能放大頻率在0～300 Hz內的微伏級信號，且該電路的工作穩定，失真度小。
關(guān)鍵詞：弱信號放大；TLC2652；儀表放大器

0 引言
在研究自然現象和規律的實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì )遇到檢測被強背景噪聲淹沒(méi)的微弱信號問(wèn)題，如地震波的分析、衛星信號的接收、植物電信號、醫療中腦電波的分析等。這些問(wèn)題都歸結為微弱信號的檢測。
微弱信號檢測與處理是隨著(zhù)工程應用而不斷發(fā)展的一門(mén)學(xué)科，采用一系列信號處理的方法，檢測被噪聲背景淹沒(méi)的微弱信號。由于在微弱信號檢測與處理系統中，我們獲取的信號是極其微弱的，因而我們不能直接選用普通的放大器，否則放大器的本底噪聲就可能淹沒(méi)了我們的實(shí)際信號，所以在這一過(guò)程中，如何在抑制噪聲的前提下增大微弱信號的幅度是我們獲取有用信號的關(guān)鍵。本文主要以直流與低頻信號為研究對象設計一弱信號放大器，并進(jìn)行仿真分析。

1 集成運算放大器的選擇
隨著(zhù)集成工藝與電子技術(shù)的發(fā)展，集成運算放大器的性能越來(lái)越好。TLC2652是德州儀器公司使用先進(jìn)的LinCMOS工藝生產(chǎn)的高精度斬波穩零運算放大器。斬波穩零的技術(shù)使TLC2652具有優(yōu)異的直流特性，將失調電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對運算放大器的影響降低到了最小值，因此TLC2652非常適合用于微信號的放大。
1．1 TLC2652的內部結構
如圖1所示，TLC2652主要由5個(gè)功能模塊構成：

(1)主放大器(Main)：與一般的運算放大器不同，它有三個(gè)輸入端。除引出芯片外部的同相和反相輸入端外，其在芯片內部還有一個(gè)用于校零的同相輸入端。
(2)校零放大器(Null)：它也有三個(gè)輸入端，但與主放大器相反，在芯片內部的輸入端是反相輸入端。
(3)時(shí)鐘和開(kāi)關(guān)電路：內部時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘信號，控制各開(kāi)關(guān)按一定的時(shí)序閉合與斷開(kāi)。在14和20引腳的芯片中時(shí)鐘信號還可從外部引入。
(4)補償網(wǎng)絡(luò )(Compensation-Basing Circuit)：它使電路在較寬的頻帶內有平坦的響應。在TLC2652中，電路的高頻響應主要由主放大器決定。
(5)箝位電路(Clamp Circuit)：它實(shí)際上是一個(gè)當輸出與電源電壓相差接近1 V時(shí)動(dòng)作的開(kāi)關(guān)，把CLAMP與運放的反相輸入端短接，則其引入的深度負反饋可使電路在過(guò)載時(shí)的增益大大下降以防止飽和。它可以加速電路在過(guò)載后的恢復。