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电容测量中差分转单输出的弱信号放大技术研究(4)

时间:2022-07-10 09:31来源:毕业论文
从信号传输的过程来考虑,当两输入信号电压Vp和Vn加到差分放大输入级的两输入端时,得该级的输出电压Vo1=Av1(Vp-Vn),其中Av1是输入级的电压增益。Vo1的电

    从信号传输的过程来考虑,当两输入信号电压Vp和Vn加到差分放大输入级的两输入端时,得该级的输出电压Vo1=Av1(Vp-Vn),其中Av1是输入级的电压增益。Vo1的电压在中间级被放大,则中间级的输出端存在Vo2=Av1Av2(Vp-Vn)。输出级不能对电压进行放大,但Vo2具有控制作用,则输出级能利用该作用对外接阻值较小的负载提供一定功率。运放的输出电压Vo=Av0(Vp-Vn)[9],其中Av0=Av1Av2称为运放的开环电压增益,即无外接反馈器件时从输出端到输入端的电压增益。

    利用运算放大器,我们可以连接出同相放大电路和反相放大电路,在此基础上,我们又能够连接出求差点路和求和电路。此外,我们也能用运算放大器连接出积分电路和微分电路等其余多种电路。以上的这些电路在我们的日常生产生活中都有着广泛的应用。

3  提高电路的性能

当我们设计完微弱信号放大电路后,由于运算放大器等器件的性能达不到理想状态,实际连接好的电路性能达不到我们的预期。因此,我们需要采取一些办法来提高电路的性能使之尽量达到我们的设计要求。

3。1  元器件的选择

1)在选择电阻、电容及运算放大器芯片和电路板上器件布局时,要选择与所选运放芯片匹配的低噪声电阻等。

2)在进行电路设计时尽可能保持电路的平衡从而更有效地抑制干扰。论文网

3)为提升电路的抗干扰能力,可采用一个小的金属壳,壳体接地端[10]。该金属壳把微弱信号部分与外界隔离开来以更好地减少外界的干扰。若对于速度的要求不高,运放芯片也不算贵。若可接受较高的成本,最好还是采用仪表放大器。

4)如果采用非仪表的运算放大器,则要注意选用的反馈电阻阻值不能太大。

3。2  运算放大器的偏置设置

如果采用双电源运放去连接成一个单电源电路,如何给运放芯片设置合适的偏置电压会是一个问题。例如偏置的电压可以使用参考电压源和电阻分压两种方式。如果采用参考电压源,好处是精度高,此外还能提供较低的交流旁路。而如果采用电阻[11],好处是成本低而且方便。我查阅的资料对此声称如果将双电源供电的运放变换为单电源供电的电路时,应尽量选择使用基准电压以获得最佳的效果。此种基准电压可以使得设计的系统获得最低的噪声和最高的电源抑制比。但是如果使用电阻分压的方式,电源纹波会对系统产生一定的影响,必须对此加以考虑。另外,这种方法会得到较大的噪声和较低的电源抑制比。 

3。3  运算放大器的零漂问题

运算放大器中的传感器在动态工作时,电荷放大器的电压存在无法回到零状态的现象,这就是零漂现象。一般来说,零漂现象可能由以下的几种情况导致:(1)反馈电容的等效串联电阻特性不好,其阻值随着电荷量的变化而波动;(2)没有在反馈电容的两端并联上一个电阻,为尽可能减小零漂现象对于运算放大器工作的影响,可把电阻并联在反馈电容的两端,从而形成直流负反馈以达到使运算放大器稳定工作的目的;(3)也有可能是我们给运算放大器所选取的输入电阻阻值偏小,从而造成了零漂现象的产生。

若我们对造成运算放大器零漂现象的原因进行数学方面的分析,则应该适当增大传感器的电阻,同时增大运放芯片的输入电阻、减小运放芯片的反馈电阻,即反馈电阻是用来避免零漂现象使运放稳定工作的。但是如果反馈电阻的阻值过小,运算放大器的频率下限会受影响。因此应该多方面多角度地考虑。实际应用中我们可以通过以下的办法来尽可能减少运算放大器零漂现象发生的可能性:(1)利用开关电容电路的一些知识,运放的失调电压能够用相关双采样法(CDS)采样方式被消除掉;(2)运用同步检测电路模型,也能比较充分地去除失调电压[12]。 电容测量中差分转单输出的弱信号放大技术研究(4):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_96183.html

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