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高性能电容传感器检测系统

作者:时间:2012-07-20来源:网络收藏

  当开关s断开时,由于运算放大器输入端阻抗很高。电阻R2上的电压降近似等于零,R2可以近似等效为短路。同时由于放大器两输入端虚短的特性,流过电阻R1的电流等于零。因此,R1可以等效为去掉。此时放大器为单位增益同相放大器。

  脉冲信号的形成可以用如下公式表示。

  uout=uin·GC

  输

入信号为电压为5V,并带有噪声的直流信号。

  控制信号为:

  (n=0,1,2...)

  输入电压为常数Vref,uout(t)可用傅氏级数表示为:

  可见,输出信号中含有基波和奇次谐波。滤除掉高次谐波即得到所需的单一频率正弦激励信号。正弦信号的幅度由基准电压源决定,频率由控制脉冲决定。

  在这个环节,放大器处理的时交流信号,同时信号幅度较大,需要着重考虑的指标有:噪声电压密度,频率响应特性,输出电压摆率。激励环节最终输出的信号将作用在电容(传感器)上,低频信号将被滤除掉。同时放大器的增益很小。因此,放大器的输入失调电压,失调电流,低频噪声等参数可以不考虑。

  放大器选用LT1128。LT1128是一个单位增益稳定的低噪声运算放大器。等效输入电压噪声密度最大值为1.1nV/肏z。增益带宽积不小于13MHz。输出电压摆率5V/ms。

  在这里输出电压摆率要求不小于。如果取正弦信号频率为500KHz,则要求放大器的输出电压摆率不小于30V/ms。远远高于LT1128的能力。这个问题采用下面的技术解决。

  电路中的开关使用一个N沟道MOSFET来实现。

  大输出电压摆幅放大技术—运算放大器复合

  在这个环节要求运算放大器的等效输入噪声要尽量小,输出电压摆幅、摆率要大,并且大信号开环增益要大。低噪声高性能运算放大器都不能很好的满足要求。而这几项指标中,噪声性能是无法通过补偿改善的。通过增加一个高速的输出驱动级(如图6)可以提高低噪声放大器的输出电压摆率。

  在输出级放大器A2的选取上要考虑输出电压摆率要大,放大器带宽要高,频率响应中相位移动要小。运算放大器A2在设计通频带内的相移要小于A1在此范围内的相位裕量值。

高输出电压摆率组合放大器



图6 高输出电压摆率组合放大器

  输出放大器的增益值等于要求的电压摆率除以A1的最小输出电压摆率值。

  A2放大器选用LT1227。LT1227是一个电流反馈宽带运算放大器。140MHz 带宽1100V/us输出电压摆率。

电容传感器相关文章:电容传感器原理

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