基于TLC2652的高精度放大器

1、基于tlc2652的高精度放大器 在微弱信號(hào)的測(cè)量中，經(jīng)常需要放大微伏級(jí)的電信號(hào)。這時(shí)，一般的運(yùn)算已無(wú)法用法了，由于它們的輸入失調(diào)普通在數(shù)百微伏以上，而失調(diào)電壓的溫度系數(shù)在零點(diǎn)幾微伏以上。當(dāng)然輸入失調(diào)電壓可以被調(diào)零，但其漂移則是難以消退的。公司生產(chǎn)的斬波穩(wěn)零型提供了一種解決微信號(hào)放大問(wèn)題的便宜計(jì)劃。 tlc2652和tlc2652a是德州儀器公司用法先進(jìn)的lin工藝生產(chǎn)的高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器。斬波穩(wěn)零的工作方式使tlc2652具有優(yōu)異的直流特性，失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變幻等對(duì)運(yùn)算放大器的影響被降低到了最小，tlc2652十分適合用于微信號(hào)的放大。二、tlc2652的

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖一、tlc2652的功能框圖下面向tlc2652的內(nèi)部功能單元作一容易介紹：1、 主放大器。它與普通的運(yùn)算放大器不同之處在于，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(nèi)部還有一個(gè)用于校零的同相輸入端。2、 校零放大器。它也有三個(gè)輸入端，但與主放大器相反，在芯片內(nèi)部的輸入端是反相輸入端。3、 時(shí)鐘和開(kāi)關(guān)。內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，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(hào)還可從外部引入。4、 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。它使電路在較寬的頻帶內(nèi)有平坦的響應(yīng)。在tlc2652中，電路的高頻響應(yīng)主要由主放大器打算。5、 箝位電路（clamp）。它事實(shí)上是一個(gè)當(dāng)輸出與電源

3、電壓相差臨近1v時(shí)動(dòng)作的開(kāi)關(guān)，把clamp與運(yùn)放的反相輸入端短接，則其引入的深度負(fù)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)載后的復(fù)原。三、斬波穩(wěn)零的工作原理圖二、tlc2652的簡(jiǎn)化框圖tlc2652芯片上的控制規(guī)律產(chǎn)生兩個(gè)主要的時(shí)鐘周期：校零周期和放大周期。主放大器向來(lái)與電路的輸入端和輸出端相連，而校零放大器則在兩個(gè)周期內(nèi)分離對(duì)自己和主放大器校零。在校零周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)a閉合，使校零放大器的兩個(gè)輸入端短路，通過(guò)自身的反饋，校零放大器的失調(diào)電壓被減到最小。同時(shí)，外接記憶cxa 中儲(chǔ)存了這一失調(diào)電壓，使校零放大器在放大周期內(nèi)仍保持校零。在放大周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)b閉合，把校零放大器的

4、輸出與主放大器的同相輸入端銜接起來(lái)，使主放大器被校零。同時(shí)，外接記憶電容cxb 中儲(chǔ)存了校零電壓，使主放大器在下一個(gè)校零周期內(nèi)仍保持校零。在tlc2652中，內(nèi)部時(shí)鐘使放大器以450hz的頻率校零。在這種延續(xù)校零的機(jī)制下，失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變幻等對(duì)運(yùn)算放大器的影響被降低到了最小。因?yàn)榈皖l信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)放大器放大，電路可以獲得極高的增益，這在需要精密高增益放大的電路中是非常實(shí)用的。因?yàn)橛梅薼incmos工藝和低噪聲的，輸入噪聲被大大減小。四、tlc2652的主要技術(shù)性能1、 極低的輸入失調(diào)電壓：0.5v（典型值），1v（最大值）；2、 極低的失調(diào)電壓漂移：0.003v

5、/ oc（典型值），失調(diào)電壓長(zhǎng)久漂移為0.003v/月；3、 低輸入偏置：4pa（典型值），60pa（最大值）；4、 低輸入失調(diào)電流：2pa（典型值），60pa（最大值），500pa（t = - 55 oc 至125 oc最大值）；5、 開(kāi)環(huán)電壓增益：135db（最小值），150db（典型值）；6、 共模抑制比：120db（最小值），140db（典型值）；7、 電源抑制比：110db（最小值），135db（典型值）；8、 電源電流：1.5ma；9、 帶寬增益積：1.9mhz；10、輸入噪聲：94 nv/hz f="10hz"，23 nv/hz f="1khz&qu

6、ot;；11、擺動(dòng)速率：2.8v/s（sr+），3.1 v/s（sr-）；12、電源電壓：16v（vdd+-vdd-）（最大值）；13、輸出電流：±50ma。下面是tlc2652的管腳羅列和封裝信息。圖三、tlc2652的封裝形式表一、德州儀器公司提供的tlc2652封裝五、tlc2652的有用電路下圖是tlc2652的典型電路（反相放大器）。圖四、tlc2652（dip-8）的典型電路（圖中clamp已用法）在元件的挑選中需要特殊注重的是，電路中的兩個(gè)記憶電容cxa和cxb必需用法絕緣很高的優(yōu)質(zhì)。例如，聚酯薄膜電容器、聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器等可以作為記憶電容器，容量可以從0.

7、1f至1f中挑選，電容的一端接到cxa或cxb引腳，另一端接至vdd-或c return引腳。在一些斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器中把記憶電容接至vdd-引腳會(huì)增強(qiáng)噪聲，而tlc2652則沒(méi)有這種問(wèn)題。tlc2652的內(nèi)部時(shí)鐘使斬波器工作在450hz的頻率上。在8引腳封裝的芯片中，這個(gè)頻率是不行調(diào)的。但在14引腳封裝的芯片中，斬波頻率可以通過(guò)int/ext和clk in引腳舉行調(diào)整。當(dāng)這兩個(gè)引腳懸空時(shí)，電路用法內(nèi)部的450hz時(shí)鐘；用法外部時(shí)鐘時(shí)，可把int/ext引腳對(duì)vdd-短路，同時(shí)從clk in引腳輸入時(shí)鐘信號(hào)，幅度為2.5v（相對(duì)于vdd-），并且不能超過(guò)vdd-至vdd-+5v這個(gè)范圍。在單電

8、源工作時(shí)，tlc2652的時(shí)鐘可以挺直用5vttl和cmos信號(hào)驅(qū)動(dòng)。從理論上講，為了盡量展寬電路的頻帶，斬波頻率fc應(yīng)越高越好,但fc的提高又會(huì)造成嚴(yán)峻的尖峰效應(yīng)，是斬波器漂移增大，所以通常有fc10khz。這就是導(dǎo)致斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器頻帶窄的緣由。假如需要更低的噪聲和更寬的頻帶，可以用法德州儀器公司的另一款lincmos斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器tlc2654/tlc2654a,此款運(yùn)放的斬波頻率高達(dá)10khz。tlc2652的過(guò)載復(fù)原時(shí)光是比較短的（30ms左右），如要進(jìn)一步減小復(fù)原時(shí)光，可以用法電路的clamp引腳。這時(shí)，電路中的負(fù)反饋電阻要選大些，以使箝位發(fā)揮作用時(shí)電路的增益下降得更多。固然

9、，用法clamp后，電路的輸出幅度會(huì)略有減小。與其他cmos器件一樣，tlc2652也存在寄生效應(yīng)，用法時(shí)可在正負(fù)電源串接一只200-510的限流電阻，同時(shí)保證不使電路的輸入與輸出電壓超出電源電壓300mv。tlc2652是高精度放大器，往往在輸入電壓為微伏量級(jí)的狀況下高增益工作。要保證放大器的精度，一是負(fù)反饋電阻必需有足夠的精度，且電路的閉環(huán)增益不能太大；二是必需提高印制板的質(zhì)量，防止印板表面的漏電流。為此，可在印制板上設(shè)置庇護(hù)環(huán)，尤其是14引腳和20引腳的芯片，可以充分利用輸入端周圍的空腳，構(gòu)造庇護(hù)環(huán)（圖五、圖六）。圖五、用法庇護(hù)環(huán)的反相放大器 圖六、印板上的庇護(hù)環(huán)布置tlc2652在作直流微信號(hào)放大時(shí)，為了進(jìn)一步減小溝通干擾，可以在輸出端加接一個(gè)低通（見(jiàn)圖七），以濾除輸出電壓中的溝通重量，使輸出電平越發(fā)穩(wěn)定。圖七的電路可用于直流緩變信號(hào)的放大，如熱電偶放大器等。圖七、帶庇護(hù)環(huán)的1000倍高輸入阻抗直流前置放大器六、總結(jié)在上文中我們介紹了tlc2652的原理和性