斩波稳零式高精度运放ICL7650的工作原理及应用电路分析

ICL7650是Intersil公司利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运放，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。

1 芯片结构

ICL7650采用14脚双列直插式和8脚金属壳两种封装形式，图1所示是最常用的14脚双列直插式封装的引脚排列图。各引脚的功能说明如下：

CEXTB：外接电容CEXTB；

CEXTA：外接电容CEXTA；

－IN：反相输入端；

＋IN：同相输入端；

V－：负电源端；

CRETN：CEXTA和CEXTB的公共端；

OUTCLAMP：箝位端；

OUTPUT：输出端；

V＋：正电源端；

INTCLKOUT：时钟输出端；

EXTCLKIN：时钟输入端；

时钟控制端，可通过该端选择使用内部时钟或外部时钟。当选择外部时钟时，该端接负电源端（V－），并在时钟输入端（EXTCLKIN）引入外部时钟信号。当该端开路或接V＋时，电路将使用内部时钟去控制其它电路的工作。

2 工作原理

ICL7650利用动态校零技术消除了CMOS器件固有的失调和漂移，从而摆脱了传统斩波稳零电路的束缚，克服了传统斩波稳零放大器的这些缺点。

ICL7650的工作原理如图2所示。图中，MAIN是主放大器（CMOS运算放大器），NULL是调零放大器（CMOS高增益运算放大器）。电路通过电子开关的转换来进行两个阶段工作，第一是在内部时钟（OSC）的上半周期，电子开关A和B导通，和C断开，电路处于误差检测和寄存阶段；第二是在内部　时钟的下半周期，电子开关和C导通，A和B断开，电路处于动态校零和放大阶段。

由于ICL7650中的NULL运算放大器的增益A0N一般设计在100dB左右，因此，即使主运放MAIN的失调电压VOSN达到100mV，整个电路的失调电压也仅为1μV。由于以上两个阶段不断交替进行，电容CN和CM将各自所寄存的上一阶段结果送入运放MAIN、NULL的调零端，这使得图2所示电路几乎不存在失调和漂移，可见，ICL7650是一种高增益、高共模抑制比和具有双端输入功能的运算放大器。

3 应用电路

ICL7650除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。

图3所示电路是某地震前兆信号采集系统的前置放大电路。系统中碳电极与信号调理器浮空地之间感应的自然地空电位Vi1和Vi2被分别加到I－CL7650的两个输入端，微弱信号Vi1和Vi2经放大后将从ICL7650的第10引脚输出，放大后的信号经过一系列处理后可分别送入显示器和记录仪进行显示和记录，以供地震研究和预测使用。

为了防止输入信号幅度过大而导致ICL7650损坏，图3电路在两路信号的输入端分别加入了起保护作用的四个二极管D1～D4。由于电路正常工作时的输入信号Vi1和Vi2幅度很小，所以二极管不导通，也就不会影响电路的正常工作。电路的增益较高，为防止产生高频振荡，设计时在电阻R4上并接了电容C3，因其容量较小，所以对信号放大倍数的影响也非常小。为了抬高运算放大器输出信号的直流分量，可将箝位端接在运算放大器的反向输入端。

运用ICL7650生产的三十多套地震前兆信号采集系统已分别安装在全国四个省市近十个地震台站，并已采集到大量的地震前兆信号，因此可以证明：整个系统性能稳定、抗干扰能力强。

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