山西 电子技 术 2011年 第 6期 文章编号 ：1674-4578(2011)06—0011-03 应 用 实践 弱 信 号放 大 电路 的 设 计 术 周云艳 (黄 山学院 信息工程学院，安徽 黄 山 245021) 摘 要 ：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。 关键词 ：弱信 号放 大；TLC2652；仪表放 大器 中图分 类号 ：TN722 文献标识 码 ：A O 引言 在研究 自然现象和规律的实践 中，经常会遇到检测被强 背景 噪声 淹没 的微弱信号 问题 ，如地 震波 的分析 、卫 星信号 的接 收 、植物 电信号 、医疗 中脑 电波 的分析 等。这些 问题都 归结 为微 弱信号的检测。 微弱信号检测与处理 是随着工 程应 用而不 断发 展的一 门学 科 ，采用一 系列信 号处 理的方法 ，检 测被 噪声背 景淹没 的微 弱信 号 】。由于在微 弱信号检测与处理系统 中，我们 获 取 的信号是极 其微弱的 ，因而我们 不能直接选用 普通的放大 器 ，否则放大器 的本底 噪声就 可能淹 没 了我们 的实际信 号 ， 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。 所 以在这 一过 程中 ，如何在抑制噪声 的前 提下增 大微 弱信号 的幅度是我们 获取有用信 号 的关键 。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。 l + IN— 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 LinC． MOS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 、 CL MP OUT 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 VDD — CRETURN 低到了最小值 ，因此 TLC2652非常适合用于微信号的放大 J。 图 1 TLC2652的结构框图 1．1 TLC2652的内部结构 1．2 TLC2652的 主 要 性 能 指 标 如图 1所 示 ，TLC2652主要 由 5个功能模块构成 ： (1)极低 的输入失调电压 ：最大值 1 (1)主放大器(Main)：与一般 的运算 放大 器不同 ，它有 (2)极低 的输入失调电压漂移 ：典型值 0．003 I．LV／。C 三个输入 端。除引出芯片外部的同相和反相输入端外 ，其在 (3)低输入失调 电流 ：最 大值 500 pA(TA= 一55℃ ～ 芯片内部 还有一个用于校零的 同相输入端 。 125 ℃ (2)校零放大器 (NIll1)：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。 (4)开环 电压增益 ：最小值 135 dB (5)共模抑制 比：最小值 120 dB (3)时钟和开关 电路 ：内部 时钟 产生 时钟信 号 ，控 制各 2 弱信 号放 大 电路 开关 按一定 的时序闭合 与断 开。在 l4和 20引脚 的芯 片 中 TLE2652的典 型电路如图 3所示 ，构成差分放大电路。 收稿 日期 ：2011—07—07 基金 项 目：黄山 学院校级科 学研究项 目(2011xkj010)；黄山学院校 级教 学研 究项 目(2009JXYJ02) 作者 简介 ：周云艳(1981-)，女 ，安徽黄 山人 ，讲 师 ，硕士 ，研 究方向 ：电子信 息工程。 万方数据 

l2 山 西 电 子 技 术 2011年 CXA ~ CXB 图 2 TLC2652的 8引脚封装 2．1 仪表放大器的工作原理 标准三运放仪表放大器 的电路如 图 4所示 。该 电路 可 以提供两输 入端 匹配 的高 阻抗 ，使得输入 源阻抗对 电路的 CMR影 响最小 。其中 A1和 A2运算放大器用于缓冲输入电 压 ，A3构成差分放大电路 。 图 3 TLC2652的典型电路 图 4 仪 表 放 大 器 的 原 理 图 如果 R1=R2，R3=R4，则 no=(11,f1—1g )(R2／R1)． 如图 4所示 电路 ，如果 R5=R6，尉 =R2且 t73=R4，则 o=(11, 一11,f1)(1+2R5／RG)(R3／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 如果 A1和 A2使 用 的是相 同的运 算放 大器 ，则它 们 的 共模输 出电压 和漂移 电压相 等 ，加到 A3差 放后 ，将被 相互 低而且不相等。由图 3容 易得 到 同相输入 端 的阻抗 为 ( 抵 消 ，因而整个 电路具 有很强 的共模抑 制能力 ，很小 的输入 +斛 )，反相输入端 的阻抗为 l。另外 ，这 一 电路要求 电阻 失调 电压 和较高的差模电压增益。 对 R1／R2和 tB／R4的 比值匹配得非常精密 ，否 则 ，每 个输入 2．2 电路 原 理 图 端的增益会有所差 异 ，这将 直接影 响 电路的 CMR。现 根据 根据 仪表放 大器 的原 理 ，设计 出利用 TLC2652构 成 的 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 。 弱信 号放 大电路如 图 5所示。 图 5 弱 信 号 放 大 电 路 万方数据 

第 6期 周云艳 ：弱信号放大电路 的设计 l3 如 图 5所示 电路 ，利 用两 片 rLC2652来 实现输入 缓 冲 ， 的输 出波形如 图 6所 示。拖动标尺 ，可以计算出此时的电路 TLC2652有极其 微 小 的输 入 失 调 电压 ，且 共 模 输 出 电压 相 等 ，利 用低 噪声 、低 输 入偏置 电流 OP1177作为 差分 放大 电 增益 G约 为 3 000，即 69．5 dB。 ． jll口∞日 运行 Analysis下 的 ACAnalysis，得到 如图 7所 示 的频 率 路 。电容 c1、c2、c3、c4接到 TLC2652的 CxA和 CxB引脚作 特性 曲线 。从该图 中我们 可 以看 到该放 大 电路 在 中低 频率 为记忆 电容存 储 失调 电压 ，以实现 校 零 。电容 c5、c6、c7、 c8、c9作 为电源滤波 电容 ，用于滤除 高频干 扰。根据仪 表放 情况下幅频特性和相频特性都 比较平稳 。通过拖动标尺 ，可 以得到该 电路的带宽约为 300 Hz。 大器 的 工 作 原 理 知 该 电 路 的 增 益 G= (1+2X300／2) (100／10)=3010。 3 仿真 分 析 依据该弱 信号放大电路 ，在 Multisiml0．0软 件 中搭 建电 路进行 了仿 真 分析 J。设 输入 信 号 的频率 为 60 Hz，nil和 ui2幅度均为 101xVp，利用 Transient Analysis，可以得到电路 75 兰 一 25 一 50 - 75 Time(s) 图 6 弱信号放大电路的输 出波形 l0o 1● _ 1 j 1 J 薯 8 ． 一 - 50 §一l00 50 00 1 2 - ． ^ 一 一＼ ／ l 100 10k 1M Frequency(Hz) 图 7 弱信号放大 电路的频率特性 曲线 利用 Muhisim软件 仿真 测量还 可 以得 到该 电路 的输 入 1 C2652，TLC2652A ，TLC2652Y Advanced LinCMOS 电阻很大 ，约为几十 Mft；输 出电阻很小 ，小于 1 11；共 模抑制 TM Precision Chopper-stabilized Operational Amplifiers， 比可 以达 到 60 dB以上 ；电路 失真率 小 于 0．05％ ；在 300 Hz 2001，Texas Instruments：1—2[OL]．http：／／www．wenku 的带宽 内频率稳 定度小于 0．02％。 baidu．com ，2011．8． 4 结束 语 本文针对低频 信号 利用 TLC2652设 计 了一个 弱信 号放 大 电路 ，并且利用 Multisim 软件 进行 了仿 真 分析 ，分 析结 果 表明各项指标都 达到了设计要求 ，在 实践 中有一定 的应 用价 值 。但是做成 实物电路 还必然会引入部分噪声 ，例如 PCB板 的布线 、材料的选择都需要注意 。 参 考文献 [1] 高晋 占．微 弱信 号检 测 [M]．北 京 ：清 华 大学 出版社 ， 2004：l一3． 康华光．电子技术基础 (模拟部 分)[M]．北京 ：高等教 育 出版 社 ，1999：331—333． 张新 喜．Muhisiml0电路仿 真及 应 用[M]．北 京 ：机械 工 业 出版 社 。2010：200—210． 成 月良，方寿海．流动 注射仪分析仪前置放 大电路的设 计 [J]．计算机 工程与设计 ，2009，30(9)：2015-2017． 张石锐 ，郑文刚 ，黄 丹枫 ，等．微弱信号检测的前置放 大 电路设计 [J]．微计 算机信 息，2009，25：222—224． The Design of W eak—signal Am plifier Circuit Zhou Yun-yan (College ofInformation Engineering，Huangshan University，Huangshan Anhui 245021，China) Abstract：According to the principle of instru mentation amplifier，the paper designs a low frequency weak sign al amplifier circuit using the TLC2652 which made by Texas Instruments Company．Then，it simulates and analysis the circuit through the Muhisim soft· ware，this circuit has extremely high input resistance an d very low output resistance．The CMR is very strong and can magnify uV weak-sign al in 0～300 Hz，the circuit work is stable，and the distortion degree of it is very smal1． Key words：weak-sign al amplification；TLC2652；instrumentation amplifier 万方数据 

弱信号放大电路的设计 作者： 周云艳 作者单位： 刊名： 英文刊名： 黄山学院信息工程学院,安徽黄山,245021 山西电子技术 Shanxi Electronic Technology 2011(6) 年，卷(期)： 参考文献(6条) 1.高晋占 微弱信号检测 2004 2.TLC2652,TLC2652A,TLC2652Y Advanced LinCMOS-TM Precision Chopper-stabilized Operational Amplifiers,2001,Texas Instruments:1-2 2011 3.康华光 电子技术基础(模拟部分) 1999 4.张新喜 Multisim10电路仿真及应用 2010 5.成月良;方寿海 流动注射仪分析仪前置放大电路的设计 2009(09) 6.张石锐;郑文刚;黄丹枫 微弱信号检测的前置放大电路设计[期刊论文]-微计算机信息 2009 引用本文格式：周云艳 弱信号放大电路的设计[期刊论文]-山西电子技术 2011(6)