弱信号放大电路的设计

依据仪表放大器的工作原理，利用德州仪器公司的TLC2652设计了一低频弱信号放大电路。通过Multisim软件仿真分析，该电路具有极高的输入电阻，极低的输出电阻，共模抑制能力很强，能放大频率在0～300 Hz内的微伏级信号，且该电路的工作稳定，失真度小。本文主要以直流与低频信号为研究对象设计一弱信号放大器，并进行仿真分析。

1 集成运算放大器的选择
    随着集成工艺与电子技术的发展，集成运算放大器的性能越来越好。TLC2652是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。斩波稳零的技术使TLC2652具有优异的直流特性，将失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响降低到了最小值，因此TLC2652非常适合用于微信号的放大。
1．1 TLC2652的内部结构
    如图1所示，TLC2652主要由5个功能模块构成：

    (1)主放大器(Main)：与一般的运算放大器不同，它有三个输入端。除引出芯片外部的同相和反相输入端外，其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端。
    (2)校零放大器(Null)：它也有三个输入端，但与主放大器相反，在芯片内部的输入端是反相输入端。
    (3)时钟和开关电路：内部时钟产生时钟信号，控制各开关按一定的时序闭合与断开。在14和20引脚的芯片中时钟信号还可从外部引入。
    (4)补偿网络(Compensation-Basing Circuit)：它使电路在较宽的频带内有平坦的响应。在TLC2652中，电路的高频响应主要由主放大器决定。
    (5)箝位电路(Clamp Circuit)：它实际上是一个当输出与电源电压相差接近1 V时动作的开关，把CLAMP与运放的反相输入端短接，则其引入的深度负反馈可使电路在过载时的增益大大下降以防止饱和。它可以加速电路在过载后的恢复。
1．2 TLC2652的主要性能指标
    (1)极低的输入失调电压：最大值1μv
    (2)极低的输入失调电压漂移：典型值0．003μV／℃
    (3)低输入失调电流：最大值500pA(TA=-55℃～125℃)
    (4)开环电压增益：最小值135dB
    (5)共模抑制比：最小值120dB

2 弱信号放大电路
    TLC2652的典型电路如图3所示，构成差分放大电路。

   

如果R1=R2，R3=R4，则

    u0=(ui1-ui2)(R2／R1)
    这一电路提供了仪表放大器的功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但是同相输入端与反相输入端阻抗相当低而且不相等。由图3容易得到同相输入端的阻抗为(R2+R4)，反相输入端的阻抗为R1。另外，这一电路要求电阻对R1／R2和R3／R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有所差异，这将直接影响电路的CMR。现根据仪表放大器的工作原理设计一个高精度高稳定性的放大器。