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          一種典型的差分放大電路設(shè)計(jì)與測(cè)試

          作者: 時(shí)間:2011-01-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


          式(1)~式(7) 中所有加減運(yùn)算均為矢量相加減, 式(7)表明該電路的倍數(shù)A 由電阻R3、R4、R5 確定。


          電路中的濾波器采用了差分濾波器的形式, 由差模濾波器和共模濾波器組成, 主要作用是濾除傳感器輸出信號(hào)高頻噪聲以及RFI 噪聲。假設(shè)傳感器差模輸出阻抗為Rd, 共模輸出阻抗為Rc,C1 與C2的串聯(lián)等效電容為CS12, 則差模濾波器的截止頻率fd由Rd、R1、R2、CS12和C3 確定, 共模濾波器的截止頻率fc由Rc、R1、R2、C1、C2 確定。



          由于傳感器信號(hào)傳輸線較長, 其寄生電感與放大器輸入電容容易組成LC 諧振電路, 產(chǎn)生過沖和振蕩, 為此, 在信號(hào)線上串聯(lián)小電阻R1、R2 作為補(bǔ)償電阻, 以減小或消除振蕩。圖1 中, 電容C4、C5 分別與電阻R3、R5 組成一階低通濾波器, 抑制放大器噪聲; 電阻R6、R7對(duì)運(yùn)放進(jìn)行環(huán)內(nèi)補(bǔ)償, 增加運(yùn)放帶容性負(fù)載的能力;BAT54S 作為保護(hù)器件加在放大器輸入端, 防止靜電放電以及輸入電壓超出運(yùn)放最大輸入電壓范圍而損壞運(yùn)算放大器。

          1.2 交流耦合差分放大電路

          交流耦合差分放大電路如圖2 所示。電容C9、C10、C11 的值遠(yuǎn)小于電容C7、C8 的值, 因此, 電容C9、C10、C11 對(duì)圖2 中高通濾波器的影響可以忽略, 從而可得共模高通濾波器的截止頻率fHPc。


          假設(shè)電容C7 與C8 的串聯(lián)等效電容為CS78, 則差模高通濾波器的截止fHPd頻率為:


          電阻R10、R11 為運(yùn)放提供偏置電壓并為運(yùn)放偏置電流提供流通路徑。

          2 差分放大電路仿真

          在完成后, 采用Multisim 仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真, 以檢驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)是否合理、器件選擇是否恰當(dāng)、濾波器截止頻率設(shè)計(jì)是否正確等。仿真電路原理圖如圖3 所示。表1 所示為虛擬信號(hào)發(fā)生器XFG1 參數(shù)設(shè)置, 表2 所示為虛擬示波器XSC1 各通道交流信號(hào)測(cè)量結(jié)果以及XBP1 波特圖仿真結(jié)果。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/195144.htm

          XFG1 參數(shù)設(shè)置

          表2 XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果。

          XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果


          XFG1 參數(shù)設(shè)置

          表2 XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果。

          XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果

          假設(shè)圖3 中3、4、9 處的交流信號(hào)峰峰值電壓分別為V3、V4、V9, 則由式(5) 可得:

          不同頻率信號(hào)的衰減情況
          由表2 結(jié)果和式(12) 可知, 差分比例放大部分的設(shè)計(jì)是正確的。由圖3、式(9) 和表2 結(jié)果可知, 共模濾波器的設(shè)計(jì)是正確的。

          仿真電路原理圖
          仿真電路原理圖
          假設(shè)一階RC 低通濾波器通帶電壓增益為A0, 則其幅頻響應(yīng)可以用式(13) 表示。


          式中,ω 為信號(hào)角頻率,ωc為差分濾波器截止角頻率。表3 所示為不同頻率信號(hào)的仿真結(jié)果。由圖3、式(8) 、式(13) 和表3 結(jié)果可知, 差模濾波器的設(shè)計(jì)是正確的。

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