增益可控低噪声前置放大器设计.docx
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1、增益可控低噪声前置放大器设计 ?34文献标识码:A文章编号:1004?373X202124?0137?04Abstract:Alow?noisepre?loopcontrolmethodisutilizedtooptimizetheoriginalcircuit,whichcanrealizethegainadjustabilitythegaincontrolledrangeis1060dB,andensuretheperfectgainflatnessandexcellentnoisesuppressionability.Theresultsofsimulationandpracticalc
2、ircuitwaveformtestingshowthattheamplifieronlyhasthetemperaturedriftof9V/,theequivalentinputnoisevoltageofandthetotalharmonicdistortionoflessthan1.2%,andcanamplifytheDC50MHzbandwidthsignalinVstage.Keywords:pre?amplifier;temperaturecompensation;cascadeamplification;noisesuppression0引言前置放大器实质上是一个小信号放大器
3、常常用于放大微弱信号【1】,由于微弱信号难于检测和易受干扰的特性,因此前置放大器必须具有低噪声、强抗干扰、增益稳定的特性【2】。随着电子技术的集成化开展,越来越多的电路设计采用运算放大器【3】。基于集成运放的电路设计比基于分立元件的设计具有更加简洁,更强抗干扰能力,便于调试的特点【4】。传统的信号放大电路噪声较大,增益小且多为定值,无法抑制温度漂移,本設计不仅具有优秀的噪声抑制能力和温度补偿功能,而且增益可由手动开关或I/O口控制,实现了1060dB范围增益调节。1噪声优化系统总体设计框图如图1所示。在前置放大器电路中,噪声主要由运放失调电压、失调电流、温度漂移、电阻热噪声等因素产生【5】。
4、因此本设计在传统放大电路的根底上,增加了调零电路和温漂抑制电路,减少了噪声对信号干扰,提高信号传输过程中的信噪比【6】。1.1电流噪声优化运放的电流噪声主要是由输入偏置电流和输入失调电流引起【7】,如图2所示。输入偏置电流和输入失调电流分别为:将电路的有源输入都置为零的话,那么利用叠加定理可得:由式3可见,虽然没有任何输入,但电路仍产生了直流噪声,假设:那么就可以消除输入偏置电流引起的误差,最后可得:式中,通过缩小运放外围电阻可以进一步降低,因此,运放外围电阻不宜过大,一般在几十到数百欧姆范围内选取。1.2电压噪声优化当运算放大器输入端短接时,为了使,加在输入端的电压称为输入失调电压,如图2所
5、示,由输入失调电压引入的输出误差为:为此,本设计采用如图3所示的失调电压调零电路。在调零电路中,通过调零电位器W2和W1,调节的值使得与相抵消。1.3温度补偿电路设计由于温度变化,运放产生的温度漂移会在电路中产生失调电压8?9,尤其是对于多级放大的前置放大器,每一级因温漂产生的误差都会被后级电路放大,对信号造成严重干扰。因此,为了抑制温度漂移带来的噪声,本设计采取了如图4所示的温漂补偿电路。在电路中,U1与U3是相同的运放,U1是一个电压跟随器,当温度变化时,U1产生的电压噪声经过反向放大器AD706反向放大后接入U3的同向端,补偿U3及后续电路因温度漂移产生的误差,AD706单元本身是一个低
6、通滤波器,会将信号带宽以外的高频噪声滤除,保证接入U3的只是因温度漂移产生的误差信号,且AD706在070都具有极低温度漂移,防止了由AD706引入额外的噪声。2增益控制电路设计通过继电器选择不同信号通路来到达控制增益的目的。在前置放大器中,一共有6级放大,每级增益0或10dB,为了减小误差,第一级放大级设置为固定增益10dB,因此前置放大器的增益变化范围是1060dB。前置放大器增益控制原理如图5所示。图5为前置放大器增益控制原理图。该前置放大器增益通过手动开关或I/O口控制。手动控制开关和方式选择开关一起组成单刀多掷的增益开关。当增益开关拨到1时,3?8译码器使能,此时可通过I/O口控制放
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