序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇偏置電路設(shè)計范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：電壓比較器；運(yùn)算放大器；閾值比較

1 前言

比較器是一種帶有反相和同相兩個輸入端以及一個輸出端的器件，該輸出端的輸出電壓范圍一般在供電的軌到軌之間，運(yùn)算放大器亦是如此。

比較器具有低偏置電壓、高增益和高共模抑制的特點(diǎn)。運(yùn)算放大器亦是如此。

運(yùn)算放大器有如此多相似之處，但我們卻不能忽略他們的細(xì)微差別。

比較器擁有邏輯輸出端，可顯示兩個輸入端中哪個電位更高。如果其輸出端可兼容TTL或CMOS，則比較器的輸出始終為正負(fù)電源的軌之一，或者在兩軌間進(jìn)行快速變遷。比較器設(shè)計用于開環(huán)系統(tǒng)，用于驅(qū)動邏輯電路，用于高速工作，即使過載亦是如此。

運(yùn)算放大器有一個模擬輸出端，但輸出電壓不靠近兩個供電軌，而是位于兩者之間。這種器件設(shè)計用于各種閉環(huán)應(yīng)用，來自輸出端的反饋進(jìn)入輸入端。其偏置電流通常低于比較器，而且成本更低。運(yùn)算放大器設(shè)計用于閉環(huán)系統(tǒng)，用于驅(qū)動簡單的電阻性或電抗性負(fù)載，而且不能過載至飽和狀態(tài)。

正是這些細(xì)微差別，比較器和運(yùn)算放大器大多數(shù)時候會被區(qū)別對待，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能。但若稍作改變，利用他們的相似之處，又可以解決一些實(shí)際問題。文章就運(yùn)放OPA699同時作為運(yùn)算放大器和電壓比較器進(jìn)行接收電路設(shè)計，討論，并通過試驗結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)象分析。

2 光電探測電路原理

如圖1所示為光電探測電路原理圖，光電探測器通過偏置電路將接收到的光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號，輸入到放大電路，經(jīng)過一級放大和整形等操作，輸入到信號處理單元。

圖1 光電探測電路原理框圖

3 電路各部分設(shè)計及功能實(shí)現(xiàn)

3.1 光電探測器及偏置電路設(shè)計

光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般在設(shè)計中主要考慮響應(yīng)度，響應(yīng)時間，光譜響應(yīng)范圍等參數(shù)。此設(shè)計中采用普通的硅PIN光電二極管，反向偏置電壓為5v，其在反偏電壓下工作電路如圖2：

圖2 光電探測器及偏置電路

3.2 放大電路設(shè)計及功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 放大電路設(shè)計

經(jīng)光電二極管接收、轉(zhuǎn)換的信號，其幅度和信號比不足以滿足信號處理的要求，為了得到足夠的放大倍數(shù)和更高的信噪比，還需要進(jìn)行信號的再放大。放大電路如圖3所示：

放大電路放大經(jīng)光電二極管光電轉(zhuǎn)換之后的電信號，考慮到運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)基本由電阻決定，受溫度影響較小，在放大電路中選取TI生產(chǎn)的電壓反饋限幅運(yùn)算放大器OPA699的組成所需的放大電路。OPA699的-3dB帶寬為1000MHz，壓擺率為1400v/？滋S，噪聲為4.1nV/，是一款高速低噪聲運(yùn)算放大器，滿足基本的脈沖信號的放大需求。

運(yùn)算放大器是一種雙電源器件，因而必須通過采用外部元件的某種偏置將運(yùn)算放大器的輸出電壓偏置到供電電壓的位置，對于給定電源電壓，這種方法可實(shí)現(xiàn)最大輸入和輸出電壓擺幅。也就是說，為了避免削波現(xiàn)象，需使輸出電壓偏置到電源電壓的一半附近。但是若通過簡單的分壓器將同相引腳偏置到電源電壓的一半，極易引入低頻寄生振蕩或其他形式的不穩(wěn)定現(xiàn)象。

該放大電路采用同相比例運(yùn)算電路，進(jìn)行單電源固定增益的放大，增益系數(shù)由R30/R29決定，本設(shè)計中設(shè)定放大倍數(shù)為5。

本設(shè)計中通過電容C34在分壓器的抽頭點(diǎn)設(shè)置旁路，用以處理交流信號。電阻R26為基準(zhǔn)電壓提供直流回路，同時設(shè)定電路（交流）輸入阻抗。在本電路中，采用R27和R28組成的分壓器，該網(wǎng)絡(luò)的-3dB帶寬由R27、R28和C34構(gòu)成，如設(shè)定R27/R28為2.4kHz/2.4kHz，C34電容值為0.1uF，則：

此設(shè)計對于1.33kHz以下的電源上存在的噪聲信號可以抑制掉。對于電容C34，若取值足夠大，能夠?qū)Ψ謮浩麟娐吠◣拑?nèi)所有頻率起到旁路的功能。該網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有效法則是將極點(diǎn)設(shè)為-3dB輸入帶寬的十分之一。

3.2.2 放大電路功能實(shí)現(xiàn)情況

輸入脈寬為10ns的激光脈沖信號后，放大電路輸入信號和輸出信號情況如圖4所示。

由圖4可以看到，此電路能正常實(shí)現(xiàn)信號放大的，完全起到了放大高速微弱信號的作用。

3.3 閾值比較電路及電路實(shí)現(xiàn)情況

3.3.1 閾值比較電路

本設(shè)計中，閾值比較電路通過電壓反饋運(yùn)算放大器OPA699作為電壓比較器實(shí)現(xiàn)，具體電路設(shè)計如圖5所示：

高輸入阻抗運(yùn)算放大器OPA699作為比較器亦通過單電源實(shí)現(xiàn)，R33和R35實(shí)現(xiàn)將運(yùn)算放大器的輸出電壓偏置到供電電壓的位置，R34則提供閾值電壓參考值，根據(jù)實(shí)際需要，此處設(shè)置閾值為200mV。電阻R32為基準(zhǔn)電壓提供直流回路，同時設(shè)定電路（交流）輸入阻抗。

3.3.2 閾值比較電路工作情況

窄脈沖激光信號經(jīng)放大輸出進(jìn)入比較器，經(jīng)閾值比較后輸出TTL脈沖信號，通過判別前沿獲取時間信息，放大電路輸出和閾值比較電路輸出的輸出波形如圖6所示：

由圖6可以看到，實(shí)現(xiàn)閾值比較功能的運(yùn)算放大器OPA699能夠?qū)γ}寬為10ns的快速信號進(jìn)行閾值判別，完全能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

4 結(jié)束語

該電路中，單電源供電方式設(shè)計的放大電路有效解決了信號放大的問題，方便后續(xù)電路的處理；閾值比較電路能進(jìn)一步得到足夠放大倍數(shù)的信號，有效地去除噪聲，提高信噪比，為后續(xù)進(jìn)行信號處理提供了保證，也就是說，此類應(yīng)用中，尤其對供電方式要求單一的應(yīng)用中，將運(yùn)算放大器用作比較器是一種可行的設(shè)計選擇。

運(yùn)算放大器不但有單運(yùn)放封裝，同時提供雙運(yùn)放或四運(yùn)放型號，這類雙核和四核型號比兩個或四個獨(dú)立運(yùn)算器便宜，而且占用電路板面積更小，進(jìn)一步節(jié)省了成本。另外，比較器專門針對干凈快速的切換而設(shè)計，因此其直流參數(shù)往往趕不上許多運(yùn)算放大器。因而，在要求低輸入失調(diào)電壓和低輸入偏置電流等的應(yīng)用中，將運(yùn)算放大器用作比較器可能比較方便。

但是用作比較器的運(yùn)算放大器沒有負(fù)反饋，因此其開環(huán)增益非常高。躍變期間，哪怕是極少量的正反饋也可能激發(fā)振蕩。反饋可能來自輸出與同相輸入之間的雜散電容，也可能來自共地阻抗中存在的輸出電流。雖然通過設(shè)計布局降低雜散電容等方法進(jìn)行補(bǔ)償，但不穩(wěn)定性的確是隱形存在的“不定時炸彈”。另外，將運(yùn)算放大器用作比較器時，受飽和影響，其反應(yīng)速度低于期望水平，如果高速非常重要，將運(yùn)算放大器用作比較器可能達(dá)不到預(yù)期效果。

總之，文章提供了一種可行的光電探測電路的設(shè)計手段，在實(shí)際應(yīng)用時，必須了解相關(guān)知識，以確保所選運(yùn)算放大器能達(dá)到要求的性能。

參考文獻(xiàn)

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第三版.高等教育出版社，2003.

[2]TEXAS INSTRUMENTS，Inc OPA699 Datasheet[Z].2012

[3]何希才（譯）.運(yùn)算放大器應(yīng)用電路設(shè)計[M].科學(xué)出版社，2004

篇(2)

光電檢測技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測技術(shù)［1］。它主要利用電子技術(shù)對光學(xué)信號進(jìn)行檢測，并進(jìn)一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示［2］。光電檢測技術(shù)從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學(xué)系統(tǒng)把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測器件將光學(xué)信息量變換成電量，并進(jìn)一步經(jīng)過電路放大、處理，以達(dá)到電信號輸出的目的［3］。然后采用電子學(xué)、信息論、計算機(jī)及物理學(xué)等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點(diǎn)與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號檢測的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。

1光電檢測電路的基本構(gòu)成

光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進(jìn)行處理，一般都要先進(jìn)行預(yù)處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測信號。其光電檢測模塊的組成框圖如圖1所示。

2光電二極管的工作模式與等效模型

2．1光電二極管的工作模式

光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖2所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導(dǎo)模式時，光電二極管可實(shí)現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實(shí)上，在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個很小的電流(叫做暗電流或無照電流1。而在零偏置時則沒有暗電流，這時二極管的噪聲基本上是分路電阻的熱噪聲；在反偏置時，由于導(dǎo)電產(chǎn)生的散粒噪聲成為附加的噪聲源。因此，在設(shè)計光電二極管電路的過程中，通常是針對光伏或光導(dǎo)兩種模式之一進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，而不是對兩種模式都進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計［4］。

一般來說，在光電精密測量中，被測信號都比較微弱，因此，暗電流的影響一般都非常明顯。本設(shè)計由于所討論的待檢測信號也是十分微弱的信號，所以，盡量避免噪聲干擾是首要任務(wù)，所以，設(shè)計時采用光伏模式。

2．2光電二極管的等效電路模型

工作于光伏方式下的光電二極管的工作模型如圖3所示，它包含一個被輻射光激發(fā)的電流源、一個理想的二極管、結(jié)電容和寄生串聯(lián)及并聯(lián)電阻。圖中，IL為二極管的漏電流；ISC為二極管的電流；RPD為寄生電阻；CPD為光電二極管的寄生電容；ePD為噪聲源；Rs為串聯(lián)電阻。

由于工作于該光伏方式下的光電二極管上沒有壓降，故為零偏置。在這種方式中，影響電路性能的關(guān)鍵寄生元件為CPD和RPD，它們將影響光檢測電路的頻率穩(wěn)定性和噪聲性能。CPD是由光電二極管的P型和N型材料間的耗盡層寬度產(chǎn)生的。耗盡層越窄，結(jié)電容的值越大。相反，較寬的耗盡層(如PIN光電二極管)會表現(xiàn)出較寬的頻譜響應(yīng)。硅二極管結(jié)電容的數(shù)值范圍大約在20或25pF到幾千pF以上。而光電二極管的寄生電阻RPD(也稱作"分流"電阻或"暗"電阻)，則與光電二極管的偏置有關(guān)。

與光伏電壓方式相反，光導(dǎo)方式中的光電二極管則有一個反向偏置電壓加至光傳感元件的兩端。當(dāng)此電壓加至光檢測器件時，耗盡層的寬度會增加，從而大幅度地減小寄生電容CPD的值。寄生電容值的減小有利于高速工作，然而，線性度和失調(diào)誤差尚未最優(yōu)化。這個問題的折衷設(shè)計將增加二極管的漏電流IL和線性誤差。

3電路設(shè)計

3．1主放大器設(shè)計

眾多需要檢瀏的微弱光信號通常都是通過各種傳感器來進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而使檢測對象轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?電流或電壓)。由于所測對象本身為微弱量，同時受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號，一般不能直接用于采樣處理。本設(shè)計中的光電二極管前置放大電路主要起到電流轉(zhuǎn)電壓的作用，但后續(xù)電路一般為A／D轉(zhuǎn)換電路，所需電壓幅值一般為2V。然而，即使是這樣，而輸出的電壓信號一般還需要繼續(xù)放大幾百倍，因此還需應(yīng)用主放大電路。其典型放大電路如圖4所示。

該主放大器的放大倍數(shù)為A=l＋R2/R3，其中R2為反饋電阻。為了后續(xù)電路的正常工作，設(shè)計時需要設(shè)定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的輸出電壓。即有

3．2濾波器設(shè)計

為使電路設(shè)計簡潔并具有良好的信噪比,設(shè)計時還需要用帶通濾波器對信號進(jìn)行處理。為保證測量的精確性，本設(shè)計在前置放大電路之后加人二階帶通濾波電路，以除去有用信號頻帶以外的噪聲，包括環(huán)境噪聲及由前置放大器引人的噪聲。這里采用的有源帶通濾波器可選通某一頻段內(nèi)的信號，而抑制該頻段以外的信號。該濾波器的幅頻特性如圖5所示。圖5中，f1、f2分別為上下限截止頻率，f0為中心頻率，其頻帶寬度為：

B=f2-f1=f0/Q

式中，Q為品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，則隨著頻率的變化，增益衰減越快。這是因為中心頻率一定時，Q值越大，所通過的頻帶越窄，濾波器的選擇性好。

有源濾波器是一種含有半導(dǎo)體三極管、集成運(yùn)算放大器等有源器件的濾波電路。這種濾波器相對于無源濾波器的特點(diǎn)是體積小、重量輕、價格低、結(jié)構(gòu)牢固、可以集成。由于運(yùn)算放大器具有輸人阻抗高、輸出阻抗低、高的開環(huán)增益和良好的穩(wěn)定性，且構(gòu)成簡單而且性能優(yōu)良。本設(shè)計選用了去處放大器來進(jìn)行設(shè)計。

本設(shè)計選用了去處放大器來進(jìn)行設(shè)計。

圖6所示的二階帶通濾波器是一種二階壓控電壓源(VCVS)帶通濾波器，其濾波電路采用有源濾波器完成，并由二階壓控電壓源(VCVS)低通濾波器和二階壓控電壓源高通濾波器串接組成帶通濾波器。

對于第一部分，即低通濾波器，系統(tǒng)要求的低通截止頻率為fc，其傳遞函數(shù)為：

第二部分為高通濾波器，系統(tǒng)要求的高通截止頻率為fc，其傳遞函數(shù)如下：

4完整的檢測電路設(shè)計

本光電檢測系統(tǒng)設(shè)計的完整電路如圖7所示。為方便表示，電路中的R2、R3即為前面等效電路模型中的RT、RF。前級部分由光電轉(zhuǎn)換二極管與前級放大器組成，這也是光電檢測電路的核心部分，其器件選用高性能低噪聲運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)電路匹配并將光電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，以實(shí)現(xiàn)數(shù)倍的放大。然而，雖然前級放大倍數(shù)可以設(shè)計得很大，但由于反饋電阻會引入熱噪聲而限制電路的信噪比，因此前級信號不能無限放大。

篇(3)

關(guān)鍵詞：智能化傳感器；儀表放大器；電路設(shè)計；應(yīng)用

智能化傳感器中應(yīng)用儀表放大器能夠有效收集和放大各種數(shù)據(jù)信息同時對共模信號還具有抑制的功能，但是在實(shí)際應(yīng)用的時候需要充分考慮輸入共模電壓范圍、增益選擇、放大的差模信號頻率、濾波、偏置電流等設(shè)計問題。智能儀表儀器輸入的傳感器信號，一般都具有微小的特征，信號幅度比較小，且在應(yīng)用的時候還會出現(xiàn)噪聲。文章結(jié)合儀表放大器結(jié)構(gòu)和原理特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際具體分析儀表放大器的設(shè)計，結(jié)合每個電路的特點(diǎn)來為電路實(shí)驗操作和設(shè)計提供重要的支持。

一、智能化傳感器中儀表放大器的構(gòu)成原理

儀表放大器的結(jié)構(gòu)具體如圖所示。經(jīng)過圖發(fā)現(xiàn)，儀表放大器主要由兩級差放大器電路共同構(gòu)成，同相差分的輸入方式是A1和A2，通過同相輸入能夠在很大程度上提升電路的輸入阻抗，減少電路對微小信號的衰減。經(jīng)過不同的差入輸入能夠讓電路對差模型信號進(jìn)行放大處理，同時對共模輸入信號起到的重大作用是跟隨，從而讓送到后級差模信號和共模信號幅度值，也就是共模抑制比得到提升，在CMRR要求不發(fā)生變化的情況下，可結(jié)合實(shí)際適當(dāng)?shù)慕档碗娮杈_匹配要求，從而讓儀表放大器線路比一般的差分放大線路具有更強(qiáng)大的共模抑制能力。

二、儀表放大器的電路設(shè)計

?智能化儀表放大器電路實(shí)現(xiàn)方案

現(xiàn)階段，智能化儀表放大器的實(shí)現(xiàn)方式分為兩種，一種是分立元件組成實(shí)現(xiàn)，另外一種是單片集成芯片作用實(shí)現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)有的元器件，具體以單運(yùn)放和集成四運(yùn)放為關(guān)鍵，結(jié)合具體實(shí)踐設(shè)計出四種儀表放大器電路方案。第一，由三個通用運(yùn)放組成的三運(yùn)放儀表放大器電路，并配合電阻電路、A1和A2，將同相互信號段的橋式信號輸入到相應(yīng)的電路中。A1、A2和A3可應(yīng)用LM741這種通用型運(yùn)放替代。電路操作原理和構(gòu)成和一般情況下應(yīng)用的儀表放大器相同。第二，應(yīng)用三個精確密度運(yùn)放組成。第三，應(yīng)用四運(yùn)放集成電路為關(guān)鍵來實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)⑺姆N功能的獨(dú)立運(yùn)放集成在一個芯片中，減少因為運(yùn)放和制造工藝不同帶來的器件性能差異，同時應(yīng)用統(tǒng)一的電源能夠在很大程度上降低電源本身的噪聲。第四，應(yīng)用單片集成芯片實(shí)現(xiàn)，具有電路操作結(jié)構(gòu)簡單、對電源要求低等方面的特點(diǎn)，在應(yīng)用工作電源的情況下就能實(shí)現(xiàn)操作，設(shè)計效率和應(yīng)用效率良好?！?】

?智能化儀表放大器性能測試分析

智能化儀表放大器電器電路的四種方案中應(yīng)用的都是電阻組合而成的電橋電路形式，具體是將差分信號輸入轉(zhuǎn)變?yōu)閱味说男盘栐碫。智能化儀表放大器性能測試主要是從信號源的最大輸入轉(zhuǎn)變?yōu)樽钚≥斎?，具體轉(zhuǎn)變的數(shù)據(jù)信息如表一所示。智能化儀表放大器性能測試最大和最小輸入主要是指在給定的測試條件下，在電路信息輸入輸出不失真的情況下來進(jìn)行信號源的輸入操作。仿真性的智能化儀表放大器性能要比一般測試性能高，在應(yīng)用的時候不會受到外界的干擾。但是在實(shí)際測量中一般結(jié)合應(yīng)用仿真測試和實(shí)際測試，先通過仿真測試確定電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息，之后通過實(shí)際電路測試對其性能指標(biāo)和參數(shù)信息設(shè)置問題進(jìn)行調(diào)整，在保證電路功能的基礎(chǔ)上提升電路設(shè)計總體效率。

?智能化儀表放大器電路設(shè)計需要注意的問題

?智能儀表放大器的共模范圍

在對智能儀表放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析之后發(fā)現(xiàn)，共模電壓的輸出電壓是相同的，差模電壓一般出現(xiàn)在增益電阻上，在電流經(jīng)過之后智能儀表放大器會出現(xiàn)反饋電阻。因此可以證明，在輸入一定的差模電壓之后，反饋電阻電壓范圍會發(fā)生相應(yīng)的變化。在輸入的共模電壓比電源電壓1.25V小的時候會達(dá)到理想狀態(tài)的共模抑制比，因而在共模電壓比較大的額時候需要選擇較高電壓的智能儀表放大器?！?】

?智能化儀表放大器共模電壓的頻率范圍

共模電壓的頻率越高，最終所能夠體現(xiàn)的抑制效果就越不好，并隨著頻率的增加不斷惡化這種情況。如果智能儀表放大器在100Hz的情況下很平坦，在頻率超過100Hz的時候，智能儀表放大器就會快速的下降，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)不僅不會抑制高頻共模喜好，而且還會讓共模信號失去調(diào)節(jié)的作用。因而對于RF干擾性強(qiáng)的場合，要盡可能選擇共模抑制頻率范圍 強(qiáng)的儀表放大器。同時，要將高頻噪聲在達(dá)到精密智能化儀表放大器之前對其進(jìn)行過濾操作。

?智能化儀表放大器的差模放大倍數(shù)

在理論下，調(diào)節(jié)智能化儀表放大器的增益就能將差模進(jìn)行放大處理。但是實(shí)際上放大的差模和被測試的信號頻率存在很大的關(guān)聯(lián)。在被測試信號頻率高的時候，增益的倍數(shù)會在無形中降低。在輸入的信號頻率是10kHz的時候，增益的效果不會超過80倍。智能化x表放大器的設(shè)置可以參照各種類型儀表放大器的增益寬指標(biāo)，在增益高的時候儀表放大器外接電阻會降低?！?】

?輸入偏置的電流回路設(shè)計

在偏置電流回路設(shè)計的時候，主要是指在智能儀表放大器的輸入端口中加入所需要的偏執(zhí)電流。智能化儀表放大器的偏置電流分成多個納安的形式，加上智能儀表當(dāng)大氣輸入阻抗能力強(qiáng)，偏置電流會隨著電壓的輸入變小，因此需要根據(jù)不同的適用場合來選擇偏執(zhí)電流回路接地形式。

結(jié)束語

綜上所述，智能儀表放大器具有高精確度、低功耗、共模抑制性比較高的特點(diǎn)，被人們廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集和放大中，智能儀表放大器能夠?qū)Σ罘中盘栠M(jìn)行放大處理，對共模信號進(jìn)行抑制。這個過程中需要考慮輸入的共模電壓范圍、增益選擇問題。文章在闡述儀表放大器電路結(jié)構(gòu)、原理的基礎(chǔ)上，通過仿真測試和實(shí)際性能測試分析了四種類型的放大器電路，總結(jié)出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并討論智能化儀表放大器在應(yīng)用操作中需要注意的問題，旨在為相關(guān)人員設(shè)計儀表放大器提供重要的思路和意見參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇黎麗. 振動檢測技術(shù)在渦街流量計中的應(yīng)用[J]. 自動化與儀器儀表，2016，02：48-49.

篇(4)

關(guān)鍵詞： RFID 低噪聲放大器（LNA） Smith圓 噪聲系數(shù)

1.引言

低噪聲放大器（Low-noise Amplifier，簡稱LNA）是處于RFID接收機(jī)最前端的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于移動通信、雷達(dá)、電子對抗及遙控遙測系統(tǒng)。它的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，提高接收信號靈敏度，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)，其噪聲、線性和匹配等性能直接影響整個接收系統(tǒng)的性能，筆者著重對實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)和提高電路的線性度和穩(wěn)定性、降低噪聲系數(shù)及改善電路的輸入/ 輸出匹配特性的方法進(jìn)行了分析研究[1][3]。其設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)：工作頻率5.795GHz-5.815GHz；噪聲系數(shù)

2.低噪聲放大器設(shè)計

LNA設(shè)計模型如圖1所示：

所選元件ATF-54143 是一款高增益、寬動態(tài)范圍、低噪聲的E-PHEMT（增強(qiáng)模式偽形態(tài)高電子遷移率晶體管），只需要一個正的電壓偏置，器件體積小，電路集成度高，特別適用于450 MHz ― 6 GHz 頻段的通信系統(tǒng)。而且根據(jù)器件性能，在漏電流IDS為60 mA時能得到最高的三階截取點(diǎn)（IP3）和最低噪聲系數(shù)（NF），在漏電壓VDS為3 V 時，有較高的增益[2][3]。

2.1直流偏置電路的設(shè)計

首先，以ATF-54143 的柵極電壓VDS 作為掃描參數(shù)對元件的靜態(tài)工作點(diǎn)（漏極電流IDS 和漏極電壓VDS）進(jìn)行仿真。再根據(jù)選定的VDS（3 V），IDS（60 mA），VGS（0.56 V）， 用公式（1）（2）（3）計算各偏置電阻值，其公式來自器件說明書。

此偏置電路的穩(wěn)定系數(shù)K和B如圖3、圖4所示：

2.2輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

輸入匹配網(wǎng)絡(luò)一般為獲得最小噪聲而設(shè)計，所以設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)時首先考慮噪聲系數(shù)。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由元件的最佳噪聲反射系數(shù)Topt為主決定，以求得噪聲系數(shù)NF 降到最小[1]，根據(jù)S 參量仿真得到的最佳噪聲系數(shù)匹配條件，其輸入匹配網(wǎng)絡(luò)如圖5所示，其噪聲系及增益如圖6所示。

2.3 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

輸出匹配網(wǎng)絡(luò)一般是為獲得最大功率和最低駐波比而設(shè)計。設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)時首先考慮最大功率及最低駐波比[2]，根據(jù)S 參量仿真得到的最佳輸出匹配，其輸出匹配網(wǎng)絡(luò)及響應(yīng)如圖7，圖8所示。

前置LNA總電路設(shè)計如圖9，響應(yīng)如SMITH圓圖10所示。

3.結(jié)語

低噪聲放大器作為RFID的前端，具有廣泛的應(yīng)用性。在RFID中低噪聲放大器是必不可少的，本文設(shè)計的LNA能滿足短距離RFID小信號放大要求，可以用在RFID射頻電路前端和天線相連，但是設(shè)計仍然存在需要改進(jìn)的地方。如果在穩(wěn)定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加帶寬，改善增益平穩(wěn)度，降低噪聲系數(shù)，采用無源及有源器件，成本會更低，整個電路的性能會更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘少祠，官伯然.2. 4GHz 低噪聲放大器的研究[J].Journal of Hangzhou Dianzi University Aug. 2011：21-23.

[2]吳國增， 楊穎. 低噪聲放大器（LNA）的網(wǎng)絡(luò)匹配設(shè)計方法研究[J].Electronic Component &Device Applications Vol.9 No.1 Jan. 2009：48-50.

篇(5)

關(guān)鍵詞：CMOS帶隙基準(zhǔn)；低溫度系數(shù)；電源抑制比

中圖分類號：TN710

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004―373X(2008)04―004―02

1 引 言

基準(zhǔn)電壓源廣泛應(yīng)用于電源調(diào)節(jié)器、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及各種測量設(shè)備，其精度和穩(wěn)定性直接影響整個電路系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性?；鶞?zhǔn)源有很多種，其中，帶隙基準(zhǔn)源憑借其低溫度系數(shù)、高電源抑制比、低基準(zhǔn)電壓，以及長期穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，模擬集成電路設(shè)計技術(shù)隨著工藝技術(shù)一起得到了飛速的發(fā)展，電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜化。這對模擬電路基本模塊的電壓、功耗、精度和速度等，提出了更高的要求。傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)源電路結(jié)構(gòu)逐漸難以適應(yīng)設(shè)計需求。本文在分析傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)原理基礎(chǔ)上，基于傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)改善基準(zhǔn)源中運(yùn)算放大器的性能，并對基準(zhǔn)絕對數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，設(shè)計了一種低溫漂、高電源抑制比的基準(zhǔn)電壓源電路。該電路帶有啟動電路和電流補(bǔ)償電路，采用差分放大器作為基準(zhǔn)源的負(fù)反饋運(yùn)放，放大器的偏置電流由放大器自身的輸出產(chǎn)生，提高了電源抑制比，直接對基準(zhǔn)輸出做溫度補(bǔ)償和電流漂移補(bǔ)償，靜態(tài)電流約為10μA，溫度在0～100℃之間變化時溫度漂移不超過10 ppm／℃。

圖2為傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源的基本結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對放大器精度和對稱性要求較高，另外運(yùn)放的失調(diào)電壓會影響基準(zhǔn)源的精度。失調(diào)電壓與溫度和電源電壓有關(guān)，是基準(zhǔn)源理論值與實(shí)際值之間誤差的主要來源。失調(diào)電壓的主要來源于晶體管之間不匹配、運(yùn)放輸入級MOS管預(yù)置電壓不匹配、運(yùn)放的有限增益等。針對上述問題，本文提出一種帶隙結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)改善基準(zhǔn)源中運(yùn)算放大器的性能，其中為了減小運(yùn)放失調(diào)電壓對基準(zhǔn)源的影響，采用差分運(yùn)放、提高運(yùn)放增益、加入反饋減小失調(diào)電壓，從而提高電壓基準(zhǔn)源的精度，并對基準(zhǔn)絕對數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，設(shè)計一種低溫漂、高電源抑制比的基準(zhǔn)電壓源電路。

3　電路設(shè)計及工作原理

如圖3所示，帶隙基準(zhǔn)源電路帶有啟動電路和反饋電路，采用差分放大器作為基準(zhǔn)源的負(fù)反饋運(yùn)放，放大器的偏置電流由放大器自身的輸出產(chǎn)生，直接對基準(zhǔn)源輸出做溫度漂移補(bǔ)償，提高了電源抑制比。

由式(6)可見，環(huán)境溫度在0～100℃之間變化時，該電路輸出電壓溫度系數(shù)小于10 ppm／℃。

篇(6)

【關(guān)鍵詞】發(fā)動機(jī)；離子電流；檢測；設(shè)計實(shí)現(xiàn)

1.引言

在最近的實(shí)驗研究中，一種新的發(fā)動機(jī)工作情況檢測方法——離子電流檢測法得到國內(nèi)外研究人員的密切關(guān)注。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作室，由于工況不同，燃?xì)饷芏炔煌ㄟ^火花塞離子電流的大小及變化也不同，因此利用火花塞電極作為信號感受器可以檢測各種不同發(fā)動機(jī)信號[1]。離子電流檢測法主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：首先是便于安裝，直接用火花塞作為傳感器，結(jié)構(gòu)簡單對發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)無損壞，測試原理比較簡單，電路易實(shí)現(xiàn)，可以用在工程測量方面；其次是價格較低，可以大范圍運(yùn)用。

本文所介紹的點(diǎn)火測試系統(tǒng)主要是模擬四缸發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過MCU發(fā)出四路相位差為90度的脈沖信號來模擬，同時脈沖信號的占空比可以根據(jù)點(diǎn)火能量實(shí)時調(diào)整。而離子電流檢測部分則主要對火花塞產(chǎn)生的離子電流信號的提取并進(jìn)行放大處理高壓隔離后進(jìn)行檢測。該檢測儀的最大特點(diǎn)是在不需要特殊的傳感器的情況下進(jìn)行能夠方便的進(jìn)行檢測。

2.發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)和離子電流檢測電路

2.1 點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理

圖2-1為初級電路等效電路圖，由電源（蓄電池），電阻，點(diǎn)火線圈的初級繞組，觸點(diǎn)和電容組成。具體工作過程為：當(dāng)觸點(diǎn)閉合時，初級電流通過電源，附加電阻，再流過點(diǎn)火線圈的初級繞組，其中初級電流的增長方式是按照指數(shù)規(guī)律而增長的，并且初級電流存在極限值，這個極限值約為UB/R。在初級電流不斷增長的同時，初級繞組中產(chǎn)生自感電勢，次級繞組相應(yīng)產(chǎn)生電勢，大小為1.5KV到2KV，但是這個電勢不足以擊穿火花塞的間隙。

2.2 離子電流電測法的原理

離子電流檢測法就是根據(jù)外加偏置電壓后，發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)火花塞兩電極之間產(chǎn)生的離子電流進(jìn)行分析檢測，從而得知發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的方法[2]。由于火花塞離子電流信號中包含大量發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和燃燒的相關(guān)信息，因此我們可以通過對離子電流信號的采集及處理，提取出我們所需要的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，以保證發(fā)動機(jī)時刻保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。應(yīng)用這些運(yùn)行參數(shù)，我們也可以完成對發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控，同時可以處理反饋的信息完成相應(yīng)的控制，也可以對發(fā)動機(jī)進(jìn)行故障檢測。

3.發(fā)動機(jī)離子電流檢測儀的設(shè)計實(shí)現(xiàn)

3.1 MCU控制部分電路設(shè)計

動電路部分將MCU發(fā)出的脈沖信號放大直接與點(diǎn)火線圈相連，另外設(shè)置了保護(hù)電路將信號反饋給MCU部分保護(hù)整個測試系統(tǒng)。兩部分之間采用光電耦合器進(jìn)行光電隔離。MCU整體的原理圖設(shè)計如圖3-1所示，晶振為12M。

3.2 驅(qū)動部分電路設(shè)計

為了使整個點(diǎn)火測試系統(tǒng)比較安全可靠，MCU部分和驅(qū)動部分分別設(shè)計成兩塊PCB板，MCU完成控制顯示功能，驅(qū)動部分則與點(diǎn)火線圈相連，根據(jù)MCU發(fā)出的控制信號控制點(diǎn)火線圈的充放電。兩部分之間用光電耦合器隔離開。一路驅(qū)動電路的設(shè)計如圖3-2所示。

3.3 離子電流檢測部分電路設(shè)計

離子電流檢測部分的作用主要是將離子電流信號從發(fā)動機(jī)中取出并且轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，該電壓信號?jīng)過儀表放大器的放大處理后，通過隔離放大器和A/D轉(zhuǎn)換后即可送入單片機(jī)進(jìn)行處理[3]。由于發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時火花塞兩端有很高的電壓，達(dá)到上萬伏，因此不能夠直接加400V的偏置電壓，必須要采取隔離措施，這里在設(shè)計時采取的是用高壓硅堆進(jìn)行隔離的方法，即在400V偏置電壓和高壓線圈之間串入高壓硅堆[4]。加400V的偏置電壓的目的是為了將離子電流信號取出，同時通過電阻R2轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。離子電流檢測的原理圖如圖3-3所示。

3.4 主程序結(jié)構(gòu)框架

主程序的總體結(jié)構(gòu)比較簡單，首先是開機(jī)歡迎界面的顯示，這是通過調(diào)用相應(yīng)的顯示子程序?qū)崿F(xiàn)的，同時要加2秒的延遲。接著就進(jìn)入循環(huán)部分，這部分首先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換相應(yīng)子程序的調(diào)用，完成A/D轉(zhuǎn)換同時顯示在液晶屏上，這樣就可以實(shí)時觀察電池電壓，然后就不斷判斷四個按鍵哪個鍵被按下，若被按下則執(zhí)行相應(yīng)的功能，執(zhí)行結(jié)束后返回循環(huán)，繼續(xù)判斷，若沒有鍵被按下，則重新開始循環(huán)檢測。具體的流程圖3-5所示。

4.結(jié)論

本文以火花塞離子電流法采集火花塞點(diǎn)火時形成的離子電流信號作為開發(fā)目標(biāo)，對所涉及的基本理論知識、硬件電路的設(shè)計和軟件程序的編寫作了較為詳細(xì)的介紹?；鸹ㄈx子電流檢測技術(shù)是一項新興的發(fā)動機(jī)燃燒狀態(tài)檢測技術(shù)，由于自身存在很多優(yōu)勢，因此它受到了研究者的廣泛關(guān)注。雖然目前由于技術(shù)的局限的適用范圍還比較有限，但是我相信隨著研究者的不斷深入研究，離子電流檢測技術(shù)會進(jìn)一步發(fā)展，這項技術(shù)一定會在未來得到廣泛的應(yīng)用，在檢測發(fā)動機(jī)工作情況的領(lǐng)域中一定會占據(jù)主導(dǎo)地位。

參考文獻(xiàn)

[1]吳筱敏.Jae-OuChae.離子電流法在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)工作過程檢測中的應(yīng)用[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，1998（9）：24-30.

[2]白華.基于離子電流法的汽油機(jī)燃燒狀態(tài)動態(tài)檢測[D].南京航空航天大學(xué)碩士論文，2007：4-5.

[3]何立民.51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008，9.

篇(7)

【關(guān)鍵詞】帶隙基準(zhǔn) 過溫保護(hù)電路

1 引言

近年來，隨著工藝水平的進(jìn)步，模擬集成電路設(shè)計也得到快速發(fā)展。在眾多模擬電路中，帶隙基準(zhǔn)源是其設(shè)計中不可或缺的一個單元模塊，它為系統(tǒng)提供直流參考電壓。而在集成電路中由于電路功率較大，聚集的熱量使電路的溫度升高，因此采用合適的過溫保護(hù)電路保證電路正常工作。

2 電路的實(shí)現(xiàn)與分析

本文的帶隙基準(zhǔn)及過溫保護(hù)電路如圖1所示。主要包括三個部分：啟動電路、帶隙基準(zhǔn)核心電路、過溫保護(hù)電路。

2.1 啟動電路

啟動電路在電源上電時能驅(qū)使電路擺脫簡并偏置點(diǎn)。當(dāng)電路上電初始，電路處于簡并偏置點(diǎn)狀態(tài)，輸出電壓為零，此時Vref通過反相器，輸出高電平使MN1管導(dǎo)通，對電容C充電，迅速提高M(jìn)P2、MP5～MP7管柵極電位，使電路進(jìn)入正常狀態(tài)。一旦Vref輸出高電平，驅(qū)使MN1管截止，啟動電路不工作。

2.2 帶隙基準(zhǔn)核心電路

在帶隙的主體結(jié)構(gòu)中，由于運(yùn)算放大器的作用，該部分在負(fù)反饋下，保持 VA、VB兩點(diǎn)電位近似

相等。

得： （1）

結(jié)合上式和正溫度系數(shù)得：

（2）

進(jìn)而得：

（3）

（4）

由（3）和（4）得：

（5）

由式（5）知，只要適當(dāng)選取R2/R1和n值即可得到與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓。

2.3 過溫保護(hù)電路

過溫保護(hù)電路一般利用晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE的負(fù)溫度系數(shù)原理來設(shè)計，其基極-發(fā)射極電壓為：

（6）

正常情況下，Vout輸出低電平，MN8管導(dǎo)通，此時結(jié)點(diǎn)F電壓為：

（7）

當(dāng)電路達(dá)到熱關(guān)閉臨界溫度時，得：

（8）

芯片熱關(guān)斷后，輸出高電平，MN8截止，可得：

（9）

基于以上分析，通過調(diào)節(jié) R5和 R6的值，可以得到需要的溫度門限。

3 仿真結(jié)果

Hspice仿真分析如下：

圖2為基準(zhǔn)電壓隨電源電壓的變化曲線，可以看出，電源電壓在4V～7V時，其電壓僅變化了6mV。

圖3為基準(zhǔn)溫度掃描仿真，結(jié)果-30℃～120℃內(nèi)輸出電壓變化約為3.7mV，可計算溫度系數(shù)：

圖4為過溫保護(hù)電路曲線。可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到120℃時，電路輸出高信號，當(dāng)溫度下降到100℃，輸出低信號；該電路存在20℃溫度回滯。

4 結(jié)束語

基于帶隙基準(zhǔn)及過溫保護(hù)電路在模擬電路中的廣泛應(yīng)用，本文提出了結(jié)構(gòu)簡單的高性能帶隙基準(zhǔn)及過溫保護(hù)電路。Hspice仿真表明電路在溫度特性、電源抑制比和過溫保護(hù)等方面具有良好的性能。整個電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但有一定的適用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]倪園婷，鄒建南.一種高精度帶隙基準(zhǔn)設(shè)計[J].廈門大學(xué)學(xué)報，2014，53（6）：903-906.