一种微电流放大器的设计与探讨
一种新型深亚微米电流灵敏放大器的设计
一种新型深亚微米电流灵敏放大器的设计王勇;张新川;唐明华;蒋波【摘要】快速读取的灵敏放大器对于现代便携式电子设备极其重要.对此,设计出一种具有较快读取速度的新型电流灵敏放大器.这种灵敏放大器采用改进了的预充电电路,可以在预充电期间维持较大的预充电电流,并且采用两级放大电路对信号进行放大,使放大器的读取速度得到显著提高.采用上海宏力0.18 μm工艺在HSpice下进行仿真,结果表明:在1.8 V工作电压和室温条件下,放大器的读取时间仅为13 ns.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2009(032)024【总页数】3页(P5-7)【关键词】电流灵敏放大器;非挥发性存储器;深亚微米;HSpice【作者】王勇;张新川;唐明华;蒋波【作者单位】湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105;湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105;湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105;湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105【正文语种】中文【中图分类】TN4020 引言随着便携式电子设备(PDA、射频卡、GPS等)的广泛应用，半导体存储器得到了长足的发展。
半导体存储器的性能将直接影响到系统在速度等方面的性能。
因此，设计能够高速存储的存储器便成为当今集成电路设计的一个研究热点[1]。
存储器的速度主要决定于存储器的读取时间。
存储器的读取时间主要是指从地址信号的输入到数据信号的输出所经历的延迟时间，一般由地址输入缓冲器、译码器、存储单元、灵敏放大器、输出缓冲器的延迟时间共同决定。
因此，要减少存储器的读取时间，一般有两种途径：一是，减少从地址信号输入到字线选通的延时，由于内部译码器等电路相对固定的形式，用这种方法减少延时是比较有限的；另一种是减少从字线选通到数据输出所经历的延时，这可以通过改进灵敏放大器的设计来实现。
可见，高性能灵敏放大器的设计对于存储器性能改进是至关重要的[2，3]。
一种基于拓展摆幅的超低噪音微电流检测互阻放大器
度 ，而且还 能减少等效 噪声 电流。因此 ，低 噪声微 电流 放 大器 的设 计 目标是在 放大器允许 的动态 范围 内尽可 能 地 增加反馈 电阻。如此 ，便 可 以拓展 放大器 的动态范 围
Ａｍ ｐ ｌ ｉ ｉｅ ｆ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｅｘ ｐａ ｎ ｄ ｉ ｎｇ Ｓｗｉ ｎ ｇ
南 瑞 亭 刘 灼 华 广 州 ５ １ ０ １ ７ ０ ） ’
（ 广 州 市 交通 技 师 学 院
摘要 ：精确测量飞安级别 的微弱 电流需要超低偏置 电流 的前置放大器 。通常 ，这 一类 该放 大器 的输出摆幅相 对较低 ，因此 限制 了反馈 电阻值 的提高并最终使得噪声偏大 。 本研 究提 出了一种改 良版 的低噪声互阻放大器 ， 该放大器 内部采用大环反馈 回路拓展 了摆幅 ，从而允许使用高值 电阻达 到降低噪 声的效果 。本研 究讨论 了该
技术 ・ 创新 ／目 用 电 器
一
种基 于拓展摆 幅的超低噪音微 电流检 测互 阻放 大器
Ａ Ｋｉ ｎ ｄ ｏｆ Ｓｕ ｐｅ ｒ Ｌｏ ｗ －ｎｏｉ ｓ ｅ ａ ｎｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎｔ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｒ ａ ｎｓ ｉ ｍ ｐｅ ｄ ａ ｎｃ ｅ
的 电压信 号 以供后 续限 幅放 大器 等单元处 理 １ 。通常 ，流 的测量范 围 ，或
基于ICL7650程控微电流放大器的设计
第19卷第4期 佛山科学技术学院学报(自然科学版) V o l.19N o.4 2001年12月 Jou rnal of Fo shan U n iversity(N atu ral Science Editi on)D ec.2001文章编号:100820171(2001)0420008203基于I CL7650程控微电流放大器的设计陈国杰,徐志民(佛山科学技术学院物理系,广东佛山528000)摘要:介绍了基于I CL7650程控微电流放大器的设计方法、工作原理以及电路工艺,并给出了部分电路。
该放大器具有量程编程可调、分辨率高、响应快、漂移低、体积小、稳定性好以及价格低廉等优点。
关键词:微电流放大器;运算放大器;I CL7650中图分类号:TM938.33 文献标识码:A在光电流或射线电流测量中,电流信号变化缓慢且非常微弱,一般为10-5～10-15A,甚至更小。
当电流小于10-9A时,用磁电式电流计测量十分困难。
目前常用高输入阻抗静电计管微电流放大器测量,但是静电计管存在寿命短、体积大、稳定时间长以及供电复杂等缺点。
随着高阻抗、高性能运放的出现,研制运放微电流放大器已成为可能。
现用I CL7650运放为弗兰克—赫兹实验测量仪研制的微电流放大器可分辨10-12A电流(国内生产的运放微电流放大器一般测到10-9A),量程编程自动调节,自动校零,不需预热,响应快,漂移低,体积小,稳定性好。
1 微电流测量原理 微电流信号源可以看做内阻非常大的电流源I s,具有接地端的微电流测量原理如图1所示[1]。
对于输入阻抗与放大倍数均为无穷大的理想运放,输出电压V0=-I s R f。
理论上,只要电阻R f取得足够大,即使电流I s很小,也可得图1 微电流放大原理到较大的输出电压V0。
例如,R f=10108,I S=10-11A,则V0=-I S R f=0.1V。
实际上,运放输入阻抗不是无穷大,电阻R f的增大要受到运放输入阻抗的限制。
电路中的放大器设计与分析
电路中的放大器设计与分析在现代的电子设备中，放大器无疑扮演着至关重要的角色。
无论是音频系统、通信设备还是计算机，都离不开放大器的应用。
本文将着重探讨电路中的放大器设计与分析，并介绍一些常见的放大器类型和应用。
1. 放大器的基本原理放大器是一种能够将输入信号放大的电路，它能够增加输入信号的幅度、电流或功率，以使输出信号能够更好地满足特定的需求。
放大器的基本原理是通过放大器中的有源元件（如晶体管）来放大输入信号。
2. 放大器的分类放大器根据其工作方式和放大的物理量的不同可以分为多种类型，其中常见的有三种：电压放大器、电流放大器和功率放大器。
2.1 电压放大器电压放大器是最常见的一种放大器类型，它通过放大输入信号的电压来达到增大信号幅度的目的。
常见的电压放大器包括共射放大器、共集放大器和共基放大器等。
每种电压放大器有其特定的应用场景和性能指标。
2.2 电流放大器电流放大器是通过放大输入信号的电流来实现放大的，它在某些特定的应用场景中非常重要。
例如，在传感器信号放大和直流电源中的消耗者驱动电路中就常常需要使用电流放大器。
2.3 功率放大器功率放大器是用来放大输入信号的功率，以驱动高功率负载或提供更大的输出功率。
功率放大器在广播、无线通信和音频系统中经常使用，常见的功率放大器有AB类、A类和B类功率放大器。
3. 放大器设计的要点放大器的设计需要考虑多个因素，包括增益、输入输出阻抗、频率响应等。
以下是一些放大器设计的要点：3.1 增益增益是衡量放大器输出信号相对于输入信号增强程度的指标，对于不同的应用，对增益的要求也不同。
在设计放大器时，需要根据实际需求选择合适的增益水平。
3.2 输入输出阻抗输入输出阻抗分别决定了放大器对信号源和负载的适应度。
合理设计输入输出阻抗可以最大程度地保证信号传递的完整性和准确性。
3.3 频率响应放大器的频率响应指的是在不同频率下放大器对输入信号的放大倍数。
在设计时，需要根据应用要求选择合适的频率响应范围，并考虑如何解决频率失真等问题。
怎样设计一个简单的放大器电路
怎样设计一个简单的放大器电路在电子学中，放大器是一种重要的电路组件，用于增强信号的电压、电流或功率。
设计一个简单的放大器电路可以帮助我们更好地理解放大器的原理和工作方式。
本文将向您介绍如何设计一个简单的放大器电路，以及该电路的基本工作原理。
一、放大器电路的基本原理放大器电路主要由三个基本组件构成：输入信号源、放大器电路和输出负载。
输入信号源提供要放大的信号，放大器电路对该信号进行放大处理，输出负载接收并利用放大后的信号。
放大器电路的基本原理是将输入信号转换为相应增强的输出信号。
在放大器电路中，常用的放大方式有电流放大、电压放大和功率放大。
根据应用的不同需求，我们可以选择不同类型的放大器电路。
二、常用的放大器电路1. 电压放大器电路电压放大器电路是最常见的一种放大器电路。
它主要通过增加输入电压的大小来放大信号。
一个简单的电压放大器电路可以使用晶体管进行设计。
其中，晶体管的基极连接到输入信号源，发射极连接到地线，而集电极则提供放大后的输出信号。
2. 运放放大器电路运放是一种专门用于放大电压信号的集成电路。
运放放大器电路由一个运放芯片和其他几个元件（如电阻和电容）组成。
运放放大器电路具有高增益、低失真度和宽带宽等优点，常被用于音频放大和信号处理等领域。
3. 差动放大器电路差动放大器电路是一种特殊的放大器电路，主要用于抑制共模噪声。
它由两个输入端和一个输出端组成。
两个输入端分别输入相同大小但相位相反的信号，通过差动放大器电路的处理，可以有效抑制噪声，实现信号的增强和滤波。
三、设计一个简单的放大器电路为了设计一个简单的放大器电路，我们可以选择使用晶体管和几个基本元件。
以下是一个简单的电压放大器电路设计示例。
材料：- NPN型晶体管（如2N2222）- 电阻（如5kΩ，1kΩ）- 电容（如1μF）- 输入信号源- 输出负载（如扬声器）步骤：1. 连接电阻和电容将输入信号源连接到电阻R1，然后将R1与电容C1相连。
如何设计和分析电子电路中的放大器
如何设计和分析电子电路中的放大器放大器在电子电路设计中起着至关重要的作用。
它们可以将输入信号放大到所需的幅度，并提供所需的功率输出。
设计和分析电子电路中的放大器需要一定的技巧和知识。
本文将介绍如何设计和分析电子电路中的放大器的一些基本原则和方法。
一、放大器的基本原理放大器是一种能够增加输入信号幅度的电路。
它由一个输入端、一个输出端和一个放大元件组成。
放大元件可以是晶体管、运放、功放等。
放大器的基本原理是利用放大元件的放大效应增加输入信号的幅度。
二、放大器的设计步骤设计一个电子电路中的放大器需要经过以下几个步骤：1. 确定放大器的类型根据实际需求和电路要求，确定放大器的类型。
常见的放大器类型包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
2. 选择放大元件根据放大器的类型和要求，选择合适的放大元件。
不同的放大元件具有不同的特性和性能，需要根据具体情况进行选择。
3. 计算放大器的增益根据放大器的输入信号和输出信号，计算放大器的增益。
增益是衡量放大器放大效果的指标，可以通过计算输入信号幅度和输出信号幅度的比值来得到。
4. 确定电路参数根据放大器的增益和要求，确定放大器的电路参数。
例如，输入电阻、输出电阻、偏置电压等。
5. 进行电路仿真和优化利用电子电路仿真软件，进行放大器电路的仿真和优化。
通过调整电路参数和元件的选择，使放大器的性能达到预期要求。
三、放大器的分析方法在设计电子电路中的放大器时，需要对放大器进行分析。
以下是常用的放大器分析方法：1. 直流分析直流分析是对放大器在稳态工作条件下的性能进行分析。
通过计算偏置电压、电流等参数，可以确定放大器的静态工作点，以及偏置电路的稳定性。
2. 小信号分析小信号分析是对放大器在信号幅度较小的情况下的性能进行分析。
通过线性化放大器的非线性元件，可以得到放大器对小信号的响应特性，例如频率响应、输入输出阻抗等。
3. 非线性分析非线性分析是对放大器在大信号幅度的情况下的性能进行分析。
微小信号放大电路设计
微小信号放大电路设计随着电子工程技术的不断发展，信号放大技术变得越来越重要。
信号放大器是一种电路，可以有效地放大信号，提高信号的电压，幅度或功率。
它可以用于无线电，电信，卫星，计算机，消费电子，医疗设备和汽车等众多领域。
尽管信号放大器在许多领域都很有用，但它们主要用于微小信号放大，这也是它们最受欢迎的应用之一。
微小信号放大主要指在较低电压下放大较低的信号，以便改善系统的性能。
在这种情况下，需要特定的类型的电路，使用特殊的技术来获得最佳的结果，而且必须考虑许多因素，例如受放大因子，带宽，噪声和背景电平。
要设计一个微小信号放大器，首先需要明确要求和设计要求，它可以有很多种形式，其中最常见的是线性放大器，用于放大较低的信号，包括逻辑信号和高频信号等，可以考虑特殊的需求，比如可以提供更大的放大因子，噪声性能更低，低噪声，以及对ADC等受放大器的影响要求小等等。
接下来要考虑电路参数，即电路元件的参数，这也是有效放大信号的关键。
电路参数包括电流限制，增益，带宽，负载电阻，输入和输出电压，耗散功率等，所有这些参数都要根据系统要求和要求进行优化，以获得最佳的放大效果。
此外，还要考虑电路中的可能存在的噪声问题，如果受放大的信号很小，则噪声可能会影响信号放大效果。
噪声的源可以是环境噪声，例如室内和室外噪声，也可以是电路中供电噪声，例如滤波器噪声和电路设计噪声。
为了减少这种噪声，通常需要使用一些抑制噪声技术，如降噪混频器，低噪声放大器，滤波器和屏蔽等。
总之，设计微小信号放大器需要非常多的细节，必须考虑电路的参数和噪声的可能性，并且考虑系统的性能，以获得最高的信号放大效能。
只有充分了解微小信号放大器的特性，才能设计出一个有效的信号放大电路。
如何设计一个简单的电流放大器
如何设计一个简单的电流放大器电流放大器是电子电路中常用的一种放大器，它可以将输入电流信号放大到更高的电流水平。
在本文中，将介绍如何设计一个简单的电流放大器，并提供详细的步骤和指导。
1. 确定设计需求在开始设计之前，首先需要明确设计的需求和目标。
例如，确定输入电流范围、放大倍数、功耗要求等。
这些参数将指导后续的电路设计。
2. 选择合适的放大器类型根据设计需求，选择适合的放大器类型。
常见的电流放大器类型包括共射放大器、共基放大器和共集放大器。
根据输入和输出的电流关系，选择最合适的放大器类型。
3. 确定电路拓扑根据选择的放大器类型，确定电路的拓扑结构。
考虑放大器的稳定性、线性度和频率响应等因素。
有时需要添加负反馈电路来提高放大器的性能。
4. 计算电路元件数值根据设计需求和电路拓扑，进行电路元件数值的计算。
主要包括电流源的设置、电阻和电容的选择等。
确保电路元件满足设计要求，并具有良好的性能。
5. 绘制电路图根据计算得到的电路元件数值，使用电路设计软件或手绘方式，绘制电路图。
电路图应该清晰、准确地表达电路结构和元件连接关系。
6. 进行仿真分析使用仿真软件对电路进行仿真分析。
通过仿真可以验证电路的工作性能、波形特征和稳定性等。
根据仿真结果，对电路进行调整和优化。
7. 制作电路实物在完成电路设计和仿真分析后，可以开始制作电路实物。
根据电路图，选择合适的元件进行焊接或连接。
注意保持电路的整洁和准确性。
8. 进行电路测试制作完成后，进行电路测试。
使用恰当的测试仪器和电源，对电流放大器进行性能测试，包括输入输出特性、频率响应、失真度等。
根据测试结果，对电路进行调整和改进。
9. 进行性能评估根据测试结果和实际需求，对电流放大器的性能进行评估。
比较设计要求和实际表现，看是否满足设计目标。
如有需要，可对电路进行再次调整和改进。
10. 文档记录和总结完成设计和评估后，将电路设计文档化。
包括电路图、元件数值、仿真结果、测试结果和评估报告等。
微电流放大技术研究
微电流放大技术研究【摘要】为了在现有器件、材料以及工艺基础上解决微电流放大的关键技术，研制出高精度快响应的微电流放大器。
研究内容包括：高性能电流-电压转换电路研究、高性能电压放大级的研究、信号预处理电路（滤波电路）、接地和电磁屏蔽技术的研究。
样机的电流测量范围为103V/A～1011V/A，测量精度、响应时间及噪声指标都有显著提升。
研究结果基本解决了制约微电流放大的关键技术，微电流放大器的主要技术指标达到或者接近了预期水平。
【关键词】微电流放大高精度快响应微电流放大器在核反应堆工程和实验中具有广泛的应用，例如，反应堆核功率测量、中子注量率倍增周期测量、模拟及数字化反应性仪的中子信号测量等。
同时高精度快响应的微电流放大器在其它研究及工业领域，例如电化学电流测量、生物电流测量、压电材料测试、介电吸收及极化研究、扫描隧道显微镜（STM）等也有很广泛的应用。
微电流放大器在工业和科研领域的应用日益广泛，并对其技术参数提出了更高的要求。
为了改善微电流放大器的性能，国外长期以来进行了大量的研究开发工作，主要有以下几个方面：（1）着力开发性能更优良的电流放大器件同时不断改进与电流放大器件配合使用的超低噪声、超高稳定性的电压放大器件和超低泄漏电流模拟开关，以及反馈电阻的有效值和稳定性参数也逐步得到改进；（2）着力开发性能更优良的专用绝缘材料；（3）针对现有器件的特点，研究能够针对其性能扬长避短的电路，既优化电流放大器件、电压放大器件和高阻之间的组合，已达到优化整体性能的目的；（4）不断改进结构和制作工艺，寻求更有效的电磁屏蔽、更合理的接地技术和更适宜的PCB结构等。
本文针对在目前现有器件、材料和工艺条件下，对制约微电流放大器关键技术指标的关键问题进行了解决或合理回避，提高了微电流放大器的性能指标，同时对微电流放大器样机的结构、工作原理、技术指标以及应用进行了详细介绍。
1 微电流放大测量原理微电流测量原理采用电压电流转换原理，最基本的电流电压转换原理如图1所示。
一种微小信号放大器电路的设计
第１０卷㊀第２期Ｖｏｌ．１０Ｎｏ．２㊀㊀智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ㊀㊀２０２０年２月㊀Ｆｅｂ．２０２０㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９５－２１６３（２０２０）０２－０１９６－０４中图分类号：ＴＮ７２２文献标志码：Ａ一种微小信号放大器电路的设计秦德乐，梁㊀蓓，马㊀奎，贾明俊（贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳５５００２５）摘㊀要：由于微小信号频率较低，且易受到外界噪声干扰的特性，给低频小信号放大器电路的设计带来困难㊂文中采用ＯＰ１１７７放大器来放大微弱小信号，并基于ＴＬＣ２６５２运算放大器设计了一种用于微弱小信号的放大器电路㊂本设计的放大电路同时具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，并取得了较强的共模抑制作用，可以放大０ ３００Ｈｚ的低电压，且工作稳定，失真度较小㊂关键词：微小信号；低频；噪声干扰；放大器电路；共模抑制；失真度ＤｅｓｉｇｎｏｆａｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔＱＩＮＤｅｌｅ，ＬＩＡＮＧＢｅｉ，ＭＡＫｕｉ，ＪＩＡＭｉｎｇｊｕｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｇＤａｔａａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）ʌＡｂｓｔｒａｃｔɔＤｕｅｔｏｔｈｅｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｅｉｎｇｅａｓｉｌｙｄｉｓｔｕｒｂｅｄｂｙｅｘｔｅｒｎａｌｎｏｉｓｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ＯＰ１１７７ａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏａｍｐｌｉｆｙｗｅａｋａｎｄｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓ，ａｎｄａｎａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｗｅａｋａｎｄｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＴＬＣ２６５２ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ．Ｔｈｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｈｉｇｈｉｎｐｕｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｌｏｗｏｕｔｐｕｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ａｎｄｈａｓａｓｔｒｏｎｇｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍａｇｎｉｆｙｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｆｒｏｍ０ｔｏ３００Ｈｚ，ａｎｄｗｏｒｋｓｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓｗｉｔｈｌｏｗｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ．ʌＫｅｙｗｏｒｄｓɔｔｉｎｙｓｉｇｎａｌｓ；ｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｎｏｉｓｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎ；ｄｅｇｒｅｅｏｆｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ哈尔滨工业大学主办系统开发与应用●基金项目：贵州省科技重大专项：草海综合整治工程大数据系统集成与示范（黔科合重大专项字［２０１６］３０２２号）；贵州省科技成果转化项目：可溯源的天然饮用水电子商务系统平台研发（黔科合成果［２０１７］４８５６）㊂作者简介：秦德乐（１９９２－），男，硕士研究生，主要研究方向：电子技术设计；梁㊀蓓（１９６６－），女，博士，教授，主要研究方向：集成电路设计；马㊀奎（１９８５－），男，博士，副教授，主要研究方向：集成电路设计㊁半导体技术；贾明俊（１９９５－），男，硕士研究生，主要研究方向：逻辑电路设计㊂收稿日期：２０１９－１１－１００㊀引㊀言微小信号是指电路系统中信号函数的峰峰值（最大值减去最小值）相对较小的信号［１－２］㊂因为微弱的小信号幅度和输入阻抗较低，容易受到背景噪声的干扰等特点，给小信号的检测与分析带来诸多不便，只能使用低输入阻抗的低偏置差分放大电路㊂目前，众多放大器具有几百微伏或更高的输入偏移电压，温度系数通常约为几微伏，即使偏移电压能够满足零点调整，也难以解决漂移问题［３－５］㊂本文基于ＴＬＣ２６５２运算放大器和ＯＰ１１７７差分放大器，设计出一种专用于微小信号的放大器电路㊂首先采用ＴＬＣ２６５２运算放大器从环境噪声的角度去解决信号源的问题，从中有效地提取目标信号进行放大，然后使用ＯＰ１１７７差分放大器进一步放大获得稳定的增益［６－９］㊂１㊀ＴＬＣ２６５２运算放大器１．１㊀ＴＬＣ２６５２简介ＴＬＣ２６５２［１０］内部结构如图１所示，由５个主要功能单元组成，分别是：主放大器㊁校零放大器㊁时钟和开关电路㊁补偿网络和箝位电路㊂I NI N C l a m p O U T图１㊀ＴＬＣ２６５２内部结构图Ｆｉｇ．１㊀ＩｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＴＬＣ２６５２㊀㊀在图１中，主放大器是具有校零功能的三输入运放；校零放大器内部输入为反相；时钟电路用于产生稳定的时钟信号，开关电路用于控制连通和关闭；补偿网络可以平坦性修复相应结果；箝位电路可以加速电路过载后的修复㊂１．２㊀ＴＬＣ２６５２工作原理ＴＬＣ２６５２的逻辑控制有２个时钟周期：零校周期和放大周期㊂主放大器与外接电路的输入和输出总是相连在一起的，但是校零放大器是在２个不同的周期内进行自身校零和主放大器校零㊂在放大器校零准周期时，把开关Ａ关闭，把放大器的２个输入端短接在一起［１１］，由于放大器本身的反馈作用，使得校准放大器的偏移量尽量最小化㊂同时，偏移的电压会存储在外部的电容器内，为了保证零校放大器在放大期间内始终保持零校准状态㊂当放大器处在放大周期时，把开关Ｂ关闭，把零校准放大器的输出端和主放大器的同相输入端连接在一起［１２］，这样就可以使得主放大器校准调零㊂同时，外部存储电容存储零校准电压，为了保证零校放大器在放大期间内始终保持零校准状态㊂在连续不断的零点设定状态下，则降低了偏移电压和漂移，这就解决了低频噪声对电路产生的影响㊂２㊀ＯＰ１１７７差分放大器２．１㊀ＯＰ１１７７简介ＯＰ１１７７差分放大器使用了８个引脚的贴片封装，而且ＭＳＯＰ和ＴＳＳＯＰ封装可以通用，封装性能相同㊂和同等放大器相比，特别是贴片装置的精密放大器中，ＯＰＸ１７７型号可以适应最宽的温度［１３－１４］㊂所有同类型的放大器工作温度电压都在－４０ħ ＋１２５ħ之间，保证了在最恶劣的环境中依然可以正常工作㊂其封装图如图２所示㊂87651234N C V +O U T NC N C -I N +I N V -O P 1177图２㊀ＯＰ１１７７封装图Ｆｉｇ．２㊀ＯＰ１１７７ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎｆｉｇｕｒｅ㊀㊀ＯＰ１１７７放大器具有低失调电压㊁极低失调电压漂移㊁低输入偏置电流㊁低噪声㊁低供电电流㊁双电源工作等特点㊂低失调电压最大为６０ｕＶ；极低失调电压漂移最大为０．７ｕＶ／ħ；低输入偏置电流最大为２ｎＡ；低噪声为８ｎＶ／ｖＨｚ；低供电电流为４００ｕＡ／Ａｍｐ；双电源电压为ʃ２．５ ʃ１５Ｖ［１５］；且其单位增益稳定，无反转，内部保护适用于超过电源电压的输入信号㊂２．２㊀ＯＰ１１７７工作原理ＯＰ１１７７是一款精密的单路放大器，配备了非常低的偏移电压和温度漂移，其偏置电流也达到了最低，还具有低噪声和低功耗的特点㊂当负载电容超过１０００ｐＦ时，电路外部即使没有给予补偿，但其输出依然保持稳定，在３０Ｖ电压时，放大器的输入电流不高于５００ｕＡ㊂放大器内部串联了５００Ω的电阻，目的是为了保护输入信号比电源信号稍高，这样就保证了信号不反转的情况㊂３㊀总电路设计本文提出的微小信号放大器电路是由两级放大电路组成，如图３所示㊂针对受到环境噪声影响的微小信号输入，第一级通过２片高精度ＴＬＣ２６５２运算放大器进行信号放大，并且在芯片连续校零的机制下，使得低频噪声㊁失调电压及漂移等因素的影响降到最低㊂第二级在降低噪声影响的信号基础上进一步对低频，微弱信号进行放大，使其获得更加稳定的增益㊂图３㊀微小信号放大器电路结构框图Ｆｉｇ．３㊀Ｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｃｒｏｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ㊀㊀总电路原理图如图４所示，微小信号是由系统自带的函数信号发生器模拟，信号同时进入２片ＴＬＣ２６５２，因为ＴＬＣ２６５２的特点是具有较小的失调电压，由于是共模输出，２片ＴＬＣ２６５２的输出电压相同，使得噪声干扰被降低，通过缓冲把较小的偏置电流再通过ＯＰ１１７７进行差分放大㊂Ｃ４㊁Ｃ５㊁Ｃ７和Ｃ８的作用是作为存储器电容存储偏置电压，用来进行零校准㊂Ｃ１㊁Ｃ２㊁Ｃ３㊁Ｃ６和Ｃ９是电源的滤波电容，消除电路外界高频信号对电路产生的影响㊂根据放大器的工作原理，电路的增益为：Ｇ＝（１＋２ˑ３００／２）（１００／１０）＝３０１０㊂４㊀仿真实验结果本实验使用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真软件［１６］构建电路仿真图，在图４微小信号放大器电路原理图的基础上进行仿真测试，设置输入端微小信号函数发生器的相关参数，如图５所示，模拟的微小信号采用的是正弦信号波形，频率为６０Ｈｚ，占空比为５０％，振幅为１０ｕＶ㊂７９１第２期秦德乐，等：一种微小信号放大器电路的设计V C C 5.0VC 3100n F100n F 100n F C 1C 4U 1X F G 1V E E-5.0V5.0VV C C C 7C 8C 9100n F100n F100n F100n FT L C 2652A C 8DT L C 2652A C 8DU 3R 1300K ΩR 52K ΩR 2300K ΩR 310K ΩR 4100K Ω-5.0V 5.0VV C CV E ER 6100K Ω10K ΩC 6100n F100n FO P 1177A RU 4C 2X S C 1C 5R 7图４㊀微小信号放大器电路原理图Ｆｉｇ．４㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｃｒｏｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔX F G 1图５㊀微小信号函数发生器Ｆｉｇ．５㊀Ｆｕｎｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｆｏｒｍｉｃｒｏｓｉｇｎａｌ㊀㊀由电路原理图可知，信号输出端接入检测示波器Ａ通道，通过总电路的降噪与两级放大作用后，检测结果如图６所示㊂通过观察仿真实验结果可得，输出波形的振幅为５０ｍＶ，与输入信号参数对比可知，微小信号被相应地放大，且波形无明显失真现象，进一步证明了本文设计的微小信号放大器电路的降噪和放大效果㊂图６㊀输出信号波形图Ｆｉｇ．６㊀Ｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌ５㊀结束语由于传感器采集到的微小信号通常为几毫伏的电压信号，且容易被电路元器件噪声和环境噪声所干扰㊂只有电压增益足够大时才能满足设计要求，而且设计的放大电路自身噪声也要尽可能降到最低㊂本设计提出了一种用于低频，微弱信号的放大８９１智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１０卷㊀器电路，使用ＴＬＣ２６５２运算放大器和ＯＰ１１７７差分放大器，通过两级放大的原理对微小信号进行相应的降噪和放大，并获得较高的电压增益㊂仿真实验结果表明，该放大电路取得了预期的降噪和放大效果，且无明显失真现象发生，较好地解决了漂移问题㊂参考文献［１］程晶晶，孟祥隆，孙豫斌，等．高温２００ħ测井仪器微弱电压信号放大电路设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１７（２）：４０．［２］黄琳，龚治宇，孟祥隆，等．井下地层流体ＮＭＲ分析仪微弱信号放大电路设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１７（２）：２７．［３］ＧＵＯＷｅｉ，ＺＨＯＵＺｈｅｍｉｎｇ，ＣＨＥＮＣｈｅｎｇ．Ｃａｓｃａｄｅｄａｎｄｐａｒａｌｌｅｌｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｏｒｗｅａｋｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ［Ｃ］／／Ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓ＆ＳｙｓｔｅｍＨｅａｌｔｈＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｃｈｅｎｇｄｕ：ＩＥＥＥ，２０１６：１．［４］石苗，吴永仁，管德赛，等．１０ （－４）Ｖ级微弱脉冲信号放大电路设计研究［Ｊ］．国外电子测量技术，２０１９，３８（２）：４６．［５］闫岩，行鸿彦．微伏级直流电压信号放大电路设计［Ｊ］．现代电子技术，２０１７，４０（１４）：１４９．［６］杨新磊，陈龙，张新亮，等．超微晶合金磁特性测量高频小信号放大电路设计［Ｊ］．现代电子技术，２０１７，４０（１２）：１８３．［７］ＬＩＵＹａｎｌｉ，ＺＨＡＮＧＲｕｉ．ＡＤ６３０Ｌｏｃｋ－ｉｎａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｗｅａｋｓｉｇｎａｌ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，４８２－４８４：９７５．［８］张慧敏．基于加速度传感器的微弱信号放大电路设计［Ｊ］．重庆师范大学学报（自然科学版），２０１６，３３（３）：１３２．［９］尤啟明，周俊，詹康，等．高精度弱信号放大电路的设计［Ｊ］．电子测试，２０１７（１５）：５．［１０］周云艳．弱信号放大电路的设计［Ｊ］．山西电子技术，２０１１（６）：１１．［１１］刘刚，高平，邹剑．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ在漏电开关保护技术设计中的应用［Ｊ］．计算机仿真，２０１０，２７（９）：３３３．［１２］滕菲，于兰．利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件改进电子电路实验教学的研究［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１０（３３）：２４４．［１３］赵双，刘云涛．恒跨导轨对轨ＣＭＯＳ运算放大器的设计［Ｊ］．微电子学，２０１６，４６（３）：３０２．［１４］薛超耀，韩志超，欧健，等．一种恒跨导轨对轨ＣＭＯＳ运算放大器的设计［Ｊ］．电子科技，２０１３，２６（９）：１２１．［１５］李勤．在‘模拟电子技术“课程教学中应用Ｍｕｌｔｓｉｍ软件［Ｊ］．科技风，２０１２（４）：１８９．［１６］刘健，刘昕，马虎山．基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ的集成运放运算电路仿真实现［Ｊ］．电子世界，２０１９（１２）：１９．（上接第１９５页）表１㊀部分三维数据点Ｔａｂ．１㊀Ｐａｒｔｉａｌ３Ｄｄａｔａｐｏｉｎｔｓ图像点ｘ轴ｙ轴ｚ轴１－０．１９５６１０９．１８６１９．４５３９２２８．３１７８１０８．１８２６９．７１４７３４５．２５６３１０７．５９１０９．９１９６４７３．７９６１１０６．５７７７１０．０８６１５９０．８４９９１０５．９４４３９．８８３８６－０．４１０８１０７．３６８６－１０．２３７１７２７．７１７３１０６．３９４３－９．８０９７８４５．１７９５１０５．７０９６－１０．４０５６㊀㊀将得到的三维数据点值以数值矩阵的形式导入Ｍａｔｌａｂ中，编程得到三维Ｎ形线图，如图５所示㊂151050-5-10-152040608010015010050图５㊀Ｎ线三维成像图Ｆｉｇ．５㊀Ｎ－ｌｉｎｅ３Ｄｉｍａｇｅ３㊀结束语三维成像结果可以真实再现被测物体的三维面貌，通过人机交互操作，能帮助操作人员明确目标位置，达到检测目的，具有一定的实用价值和应用前景㊂参考文献［１］ＤＲＩＮＫＷＡＴＥＲＢＷ，ＷＩＬＣＯＸＰＤ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｒｒａｙｓｆｏｒｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００６，３９：５２５．［２］ＳＯＮＧＳＪ，ＳＨＩＮＨＪ，ＪＡＮＧＹＨ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｈａｓｅｄａｒｒａｙｓｙｓｔｅｍｆｏｒｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｓｏｆｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｊ］．ＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ，２００２，２１４：１５１．［３］洪涛，潘志方，林立本，等．ＶＴＫ医学图像三维重建应用及实现［Ｊ］．计算机系统应用，２０１１，２０（４）：１２７．［４］胡伟．自由臂超声三维图像快速重建算法研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１３．［５］么娆，陆文华，胡盛斌，等．珠线式模板在Ｆｒｅｅｈａｎｄ超声图像快速标定中的应用［Ｊ］．机械工程学报，２０１６，５２（２２）：２４．［６］ＡＮＤＲＩＹＭ，ＸＵＢＯＳ．Ｐｏｉｎｔｓｅｔｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔｐｏｉｎｔｄｒｉｆｔ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎＰａｔｔｅｒｎａｎｄＭａｃｈｉｎｅＬｅａｒｎｉｎｇ，２０１０，３２（１２）：２２６２．［７］皇甫亚波，杭鲁滨，程武山，等．基于ＬＭ算法的机器人运动学标定［Ｊ］．轻工机械，２０１７，３５（４）：１．９９１第２期秦德乐，等：一种微小信号放大器电路的设计。
一种新型电流运算放大器的设计
流信号转化为电压信号， 使信号在电流和电压之间转 换， 最后是用跨导级输出电流信号。 在图２ａ 和图２ｃ中， （） （） 电流缓冲器的输出晶体管
具有高 阻抗； ｇ ， 输出 ／ ｄ 能够有效地把输人电 Ｅ ｓ 流转换
为电压。 在图２ｂ中 （） 跨导级电路中， 通过跨导ｇ把电 。
压转换为电流。于是， 此高电流增益级的增益可以由
［吕 １ 秋霞． ］ 基于Ｗ ｒＦ ｏｄＩ的现场总线一 流转换器的开发［ ｌＰ 电 ［ Ｊ ］ 微 ， ５ ： －７ ２ １５ ０ 公式 （） 计算机信息， ０，１ １ ５
［Ｒ ． Ｓ． ａ Ｄ ． ｏ Ａ ｇｎ ｅ－ｏ ２ ． Ｚｅ ． Ｌ ｎ ．Ａｓｔ ｈｈ ｃｒｔ ｄ ］Ｈ ｅ， ｅ ｄ ｌ ， ｉ ａ ｕ ｎ ｍ ｅ ｌ Ｓ ｅ Ｊ ｌ ＂ ｇ ｉ ｒ ｔ
相位裕度 物出电流范围 建立时伺 共模抖 ｔ 比＋ 共模抑 １ 比一
５ｌ ３ｅ ｇ
土ｏ５４ ． ａ
＜５ ５ｎ １ ３阳 ４ｓ １９ ３Ｍ
分析。从得到的结果分析来看， 增益和高频响应的指 的差值得到Ｔ 点的电压 Ｖ Ｔ 标与电压运算放大器并没有什么大的差别，Ｏ Ｃ Ａ的输 Ｖ ＝Ｉ＋ １ １ ｄ＋ ｄ ＋ ３ ３ 公式（） 入输出信号不受电源电压的影响。和一般的镜像电流 １ ）ｇ４ ｇ２ ｇ１ ｇ３ Ｔ （ －． （ ｌ ｓ ｄ ＋ ） ｉ 一 ． ３ ｓ ｄ ｓ ３ 其中叙是晶体管的输出电导， 此电压 Ｖ 通过晶 放大器相比， Ｔ 此电路提高了高频时的非主极点 ， 对各 体管 Ｍ ２ Ｍ ３ ４－ ４ 组成的跨导级转换为电流 ｌ ｔ ｏ ｕ 项指标有了很大的改善， 但随着频率增加到几百 Ｍ ｚ Ｈ 非主极点开始对电路的性能有了 极大的影响。 ４ ｇ４ Ｉ ＝ Ｔ ｍ ＋ ｍ） ｍ Ｖ（ ２ ３ ｒ ｇ 公式（） 后， ４ 参考文献： 最后给出小信号低频开环增益
微电流放大器工作原理
微电流放大器工作原理
微电流放大器是一种专门用来放大微弱电流信号的电子元件或电路。
它的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 输入阶段：微电流放大器的输入阶段接收到微弱电流信号。
这个输入阶段通常由一个电流输入放大器组成。
电流输入放大器的作用是将输入的微弱电流信号转化为对应的电压信号。
通常情况下，这个电流输入放大器会使用一个高阻抗的输入端，以保持输入电流信号的准确性。
2. 放大阶段：转化为电压信号后，微电流放大器会通过一个或多个放大器级别，将电压信号进行放大。
这些放大器级别通常采用共集电极放大器（Emitter Follower）或共源放大器（Common Source Amplifier）等放大电路。
这些电路都利用了晶体管或场效应晶体管等半导体器件的放大特性，将电压信号进行增强。
3. 输出阶段：经过放大后的电压信号会被送入微电流放大器的输出阶段。
输出阶段通常由一个输出放大器组成，将放大后的电压信号转化为输出电流信号。
这个输出放大器通常采用B 类或AB类功放电路，以提供较大的输出电流能力。
4. 反馈控制：为了确保微电流放大器的线性度、稳定性和准确性，通常会采用反馈控制技术。
这种技术可以将输出信号与输入信号进行比较，并输出一个误差信号，通过调节放大器的增益或其他参数，使得误差信号趋近于零，从而达到放大器的稳定工作。
总的来说，微电流放大器通过将微弱的电流信号转化为电压信号，并经过放大和输出等阶段，最终实现对微弱电流信号的放大。
同时，通过反馈控制技术，可以提高放大器的性能和稳定性。
微电流测量电路设计
微电流测量电路设计一、微电流测量电路的基本原理在微电流测量电路中，通过对微弱电流信号进行放大，可以将微弱电流信号转换成较大的电压信号，然后再通过信号处理电路进行滤波和增益控制，最后输出到显示设备上。
二、微电流测量电路的设计1.选择合适的电流放大器在微电流测量电路中，选择合适的电流放大器是非常重要的。
电流放大器的放大倍数应能够满足实际测量要求，同时还要有良好的稳定性和低噪声特性。
常见的电流放大器包括电流放大器IC、差分放大器、运放等。
选择合适的放大器需要考虑放大倍数、功耗、噪声、带宽等因素。
2.降低噪声和干扰此外，可以采用屏蔽措施、滤波器以及差分放大器等技术手段来抑制干扰和噪声。
3.选择适当的滤波器滤波器的作用是对放大后的电流信号进行滤波，去除不需要的干扰信号和噪声。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
在微电流测量电路中，可以根据具体要求选择不同类型的滤波器，比如使用带通滤波器来提取特定频段的信号。
4.增益控制的实现在微电流测量电路中，增益控制是非常重要的功能。
通过调整放大器的增益，可以适应不同范围的微电流测量。
增益控制可以通过调节电压分压电阻、变阻器、放大器的增益设置等方式实现。
5.输出显示电路的设计最后，微电流测量电路的输出显示电路设计也很重要。
通常使用数字显示器、LED灯或模拟表等设备来显示测量结果。
输出显示电路应保证测量结果的准确性和稳定性，同时还需要具备与其他系统进行数据交互的能力。
三、总结通过合理的电路设计和技术手段，可以实现对微弱电流的准确测量和稳定显示，为科学研究和工程应用提供有力支持。
用TI的OPA129搭建极微弱电流放大器
用TI的OPA129搭建极微弱电流放大器微弱电流放大的理论很多；但在工程实践中制作微弱电流的放大，关键还是在调试的功夫。
而调试的功夫离不开对低噪声放大器各项参数的深入理解。
下面围绕TI公司的OPA129深入实践这种放大方法。
1，设计要求这是一个传感器的前端低噪放，传感器的信号是大约10～100pA的电流脉冲信号，信号带宽上限约为1KHz，要求将此电流信号尽可能不失真的放大出来。
2，器件选型根据需求，我们应该考虑片子的这几个参数，偏置电流极低，放大器输入电容较小，差分输入电阻极大，电流和电压噪声较低，电源抑制比较高的放大器。
根据设计需要选择TI公司的OPA129超低偏置电流差分运算放大器，其主要指标为：1)，偏置电流：这是运算放大器两输入端流进或流出直流电流的平均值。
因为我们放大的信号大约是10pA，所以要求偏置电流应该远远小于这个值，而OPA129的偏置电流为±30fA。
2)，放大器的差分输入电阻和输入电容：因为10pA的信号需要很大的反馈电阻做放大，所以应该选择输入差分电阻远远大于反馈电阻；而输入电容的大小会对信号的带宽带来限制，所以应该选择极小的输入电容。
OPA129的这两个参数分别为10e13欧姆和1pF。
3)，电流和电压噪声：这个指标会影响输出信号的信噪比。
这个指标后面会有一个估算，而且有详细的解释。
OPA129的典型噪声参数，电压17nV/sqrt(Hz)，电流0.1fA/sqrt(Hz)。
4)，电源抑制比：因为是微弱信号放大，对电源要求是显而易见的，一般放大器里datasheet 给的电源抑制比都是指直流的，但是这个值在频率增大时会降低。
OPA129很贴心的给出了1Hz到1MHz的电源抑制比，其典型值在90dB。
3，设计估算TI公司的网站有很多设计工具，也有他们各种器件的spice模型，设计者在设计的一开始应该对所要设计的问题做一下评估，这些都是非常有用的工具。
1)，噪声估计TI公司有一个Noise Calculator工具，是用Excel表格做的，里面包含所有的放大器，我们现在就用这个工具来估计一下噪声。
可编程微电流放大电路的设计
可编程微电流放大电路的设计【摘要】为了使微电流测量时放大倍数可根据实际需要控制，介绍了一种基于可编程放大器LMP8100的微电流测量方法，它适用于变化范围较大的微电流测量。
该放大器具有量程可调节、高分辨率、响应速度快和抗干扰稳定性好以及价格低廉等优点。
【关键词】微电流测量；量程可调节；LMP8100可编程放大器0.引言近年来，随着电子技术的飞速发展和研究的不断深入，人们认识自然的方向从宏观世界不断向微观世界延伸，人们对电流和电压精度的要求也不断提高。
为了满足需要，微弱电流的高精度检测在不同的领域得到了非常广泛的应用和推广。
微弱信号检测也随之不断发展成为一门学科，在生物医学工程、物理、化学、材料测试、天文、光电器件以及多种工程应用领域都有广泛的应用。
1.微电流信号的检测微电流信号的测量通常包括五个步骤，将被测信号依次进行预滤波处理、一级放大、二级滤波、二级放大等操作，得到满意的信号，再进行测量等后续处理。
1.1预滤波处理通常，人们所需要的有用信号是非常微弱的，几乎湮灭于强大的干扰噪声信号中，测量信号的困难来自于各种干扰。
因此，要检测到该有用的信号，我们需要最大程度地抑制噪声信号。
预滤波处理的作用就是消除夹杂在模拟信号中的高频波成分来提高测量微弱信号的精确程度。
常见的滤波电路有π型RC滤波，倒L型RC滤波，π型LC 滤波，倒L型LC滤波。
1.2微弱信号的放大显然，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果。
通常，我们处理微弱信号所采取的方法是先用运算放大器将其进行I-V转换，进行第一级放大，然后再进行第二级放大。
1.2.1一级放大一级放大就是运算放大器将其进行I-V转换。
由于在实际中，运算放大器并不理想，其输入阻抗并不是无穷大, 偏置电流IB也有分流作用。
而被测量的对象是微弱电流信号, 在进行放大时易产生电压和电流失调、零点漂移等现象，从而影响测量精度。
此时普通运算放大器已不能满足要求。
仪用放大器是一种经过优化处理、专门设计的精密差分放大器,它具有很多独特的优势——高共模抑制比、较小的线性误差、高输入阻抗、低噪声、低失调电压和低失调电压漂移，非常适合用于微电流信号的放大。
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3 收稿日期:1999年4月1日
一种微电流放大器的设计与探讨
周 怡
(
武汉冶金科技大学 湖北武汉 430070)
摘 要 介绍一种微电流放大器的设计(附工作原理图),指出应重点注意的一些关键性问题及进
一步提高性能的途径。
关键词 微电流放大器 M OS 场效应 绝缘栅
分类号 T N722173
1 工作原理
本机原理图如图1所示,本机可分为三个部分:I —U 转换放大器、表头电路、电源部分。
图1 原理图
第20卷 第2期 广 西 物 理G UANG XI W U LI
Vol.20No.21999
第2期 一种微电流放大器的设计与探讨
微电流放大器的形式有多种多样,有采用静电计管的,有采用特种双极型晶体管的,有采用结型场效应管或绝缘栅场效应管的,还有动电容式的微电流放大器。
本机采用绝缘栅M OS 场效应管,较静电计管具有漂移小、寿命长、体积小、功耗小等优点,较动电容式微电流放大器具有响应时间快、价廉、结构简单、容易制造等优点,但也存在着一些缺点,如灵敏度在普通条件下不能提得很高,另外M OSFET较易损坏,当然可以采用一些办法避免。
本机的最大特点是所有零部件都用通用零部件而达到了高性能,较之于某些仪器具有漂移小、灵敏度高、不需预热、能够快速测量等优点。
本机性能参数如下:
11测量范围:1×10-7～1×10-14(A)即100nA～10fA
211(V)满量程输入端压降约1×10-5(V)
31零点摆动情况:107～1011(Μ)档基本无漂移;1012(Μ)档漂移量≤5(mV)
41最小可分辨电流1×10-14(A) 51漂移情况:≤10(mV)/小时
61响应时间:1012(Μ)档时≤1(秒),其他各档为表头响应时间
71准确度:表头为115级,高阻误差10%(在要求需高时,可以用精密高阻,误差≤1%) 81功率消耗:仅线路部分时可小于900(mW),整机功耗不大于5(W)
I—U转换放大器即电流———电压转换放大器,是本机的关键部分。
图中M OS场效应管T1T2组成了共源高输入阻抗双差分前置级,后随运放采用高增益通用集成运放5G24C,两者构成了一个高输入阻抗运算放大器,由高阻R f形成电压并联负反馈,从而实现了I—U转换,其关系式如下:I sr=-U o/R f
式中:I sr为输入电流,U o是放大器的输出电压,R f是反馈高阻。
具体线路上,T1T2必须工作于接近零温度系数工作点上,以降低温度漂移,D1用来补偿恒流源的温度漂移,采用了一些温度补偿措施;还采用了一些消除自激的措施,使工作更稳定;在放大器的输入端即场效应管T1的栅极加了一个可接也可断开的电容,可以保护M OS场效应管免遭静电损坏,另外必要时可加一氖管,平时氖管呈高阻状态,倘若输入端超过一定电压,则氖管中的气体电离,使电压不致于击穿M OS场效应管的绝缘膜。
另外,在工艺制造上必须要求屏蔽良好,防潮性质亦较好,在安装波段开关K1时,必须使高阻两端的分布电容尽量小,使得响应时间尽量短,体现出其优点。
本机的第二部分为表头电路,也用了一块通用的5G24A,电路形式采用同相比例放大,具有输入阻抗高达几百KΜ的优点,使前面的I—U转换放大器的电流放大倍数不致于过高,以免导致工作不稳定。
后面表头指示部分有一电压倍率开关,增加读数时的灵活性,另外还加了一只取样电阻R20,使放大器的输出信号可接至X—Y记录仪,增加仪器的使用灵活性。
电源部分采用两块XWY0005A15V集成三端稳压器,构成一组±15(V)的电源,以供给前面运放的工作电压。
(下转第56页)
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图4 图5
然后就可按正常的插入编辑方式对CT L 间断处的视音频进行编辑操作。
具体操作办法是:首先断开全消磁头的工作,然后输入一视频同步信号,找到CT L 间断部分,用组合方式记录并覆盖黑场部分,要注意CT L 间断的两边压2～3帧,保证完全覆盖,而后即可对这一段进行插入精编,采用这种方法不仅保证了信号质量,而且节约了大量的时间,减少了不必要的设备损耗。
因为对电路的改动并不影响整个消磁电路的工作,整个录像机性能亦不受任何影响,增加这一开关可放在录像机面板下部可张开部分的里面,使之外观没有改动。
这项改动对实际工作具有很大的实用价值。
(上接第47页)2 进一步提高性能的途径
11M OSFET 采用P 沟道增强型SX3C01,这样有两个优点:①可以获得“零”栅流点,②可以减少由N +a 离子引起的漂移效应。
21采用低噪声、高精度集成运算放大器作为后随运放。
31波段开关K 1采用特制的高绝缘开关,各个接点用高绝缘材料(如:蓝宝石柱)支承起来。
图2 用CS —CG 式串接差放大作为前置级
41线路中运放块是低功耗运放时,可以考
虑电源采用迭层电池,一方面可以减少50H z 交
流的干扰,另一方面减少损坏场效应管的机会,
也降低了体积及成本。
51在要求更高时,电路形式上可采用CS —
CG 式串接差分级作为前置级(如图2)。
61I —U 转换放大器部分用一块静电计专
用集成运放,此种运放目前已有生产,这样避免
了挑选配对场效应管的困难。
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