弱信号放大电路的仿真测试

1 引言

运算放大器（op-amp）简称运放，因最初主要用于模拟量的数学运算而得名。它是一个高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路，也是最基本、最具代表性、应用最广泛的一种模拟集成电路。在工业自动化控制、过程控制中，运放常被用于放大来自传感器的低电平信号，这就要求用作前置放大器的集成运放具有高的输入阻抗，低的输出阻抗，低失调电压和温度漂移以及精密的反馈特性和高的共模抑制比能力，否则造成的漂移问题将使系统无法正常工作，ICL7650正是为适应上述要求而研制成功的。

介绍了ICL7650斩波集成运放的性能，并采用该器件设计了一个弱信号的前置放大电路，通过multisim 8软件进行仿真和测试，其增益、幅频特性、信噪比等性能指标都能达到设计的要求。该电路结构简单，对直流、低频微弱电信号放大具有一定的参考使用价值。

2 ICL7650性能介绍

斩波器稳定型运算放大器ICL7650芯片是Intersil公司的第四代运算放大器，性能极为优越稳定，因而在精密仪表、微弱信号的检测及过程控制系统中作为前置放大器应用很广。

ICL7650主要有如下几个特点：

1）极低的输入失调电压：整个工作温度范围（约100℃）内只有±1μV ；输入偏置电流低：15pA （典型值）；

2）失调电压的温漂和长时间漂移极低：分别为0.01 t， v/℃和100 nV /Month；

3）极高的开环增益，CMRR，PSRR均≥130dB，较高的转换速率：SR = 0. 5 V/μs ；

4）单位增益带宽BWG=2 MHz，并具有内部补偿，相位裕度≥80；5）内部有箝位电路，能减少过载时的恢复时间；在输入端、输出端只有极微小的斩波尖峰泄漏。

3 用ICL7650设计弱信号的前置放大电路

根据上述分析，结合仪用放大器的原理，实际电路设计如图1所示：

图1 放大电路原理图，R0为ICL 7650输入限流保护电阻

在ICL7650的外围电路中，电源电压输入端和地之间接入一个0.1μF（104）的电容，用来滤除电源带来的干扰。采样电容C2、C3在动态校零中起关键作用，直接影响到运放自动稳零的精度，故选用高阻抗、瓷介质、聚本乙烯材料的优质电容，其值可取0.1μF.R3与C6组成滤波网络，用来滤去ICL7650模拟开关换向所带来的斩波尖峰噪声，减小输出电压中的过冲。

该电路第一级是两个对称的ICL7650集成运放，有很高的输入阻抗和共模抑制比，而且变双端输入为单端输出。由于整个电路的失调电压及漂移与第一级有密切关系，因此A1、A2选用了具有超低失调电压和超低漂移的ICL7650集成运放。ICL7650作为高精度、低漂移放大器，其输入一般只有几百微伏甚至几十微伏电压就能正常工作。