高精度集成运放ICL7650及其在数据采集系统中的应用.pdf
年沈阳师范学院学报自然科学版第期州高精度集成运放及其在数据采集系统中的应用朱明光李瑶物 理系摘要关键词本文主耍介绍了 乙的内部结构和工作原理,并在此基础上介绍其在计算机自动控制的数据采集系统中的应用数据采集系统集成运放调制器时钟发生器,共模抑制比引言在计算机实施自动控制系统中,首先要对各种传感器输出的信号进行放大处理,经转换器变成数字信号送人计算机,此部分电路通常称为数据采集系统若使计算机能够实现高精度控制,对数据采集系统中的信号放大器和转换器的高精度要求就显得非常重要设计者们虽然采用 了高精度转换器,但是对于信号放大器自身产生的失调和漂移却无能为力,因而使控制精度达不到理想的要求 本文主要介绍由美国公司设计生产的高精度集成运放及其在数据采集系统中的应用,解决了信号放大器 自身的失调和漂移问题的内部结构和工作原理了去是采用 先进的工艺制造的高精度、低漂移、高输人 阻抗的自稳零集成运算放大器,它采用动态校零原理清除了器件固有的失调和漂移,对数据采集系统来讲它是一个理想 的放大器的几种主要电参数如表所示输人失调电压产士温漂系数拜输人阻抗共模抑制比转换速度产电源电压士一士收稿日期一一 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第期朱明光等高精度集成运放及其在数据采集系统中的应用外引脚功能和内部电路结构分别如表,图和图所示一一一一、任任】吕一一份阶非小粉卜引引脚脚功能能引脚脚功能能记忆电容容内外时钟选择择记忆电容容外时钟输人人屏蔽保护护内时钟输出出反相输人人正电源源同相输人人输出出屏蔽保护护箱位输出出负电源源电容返回回粉位电路时仲发生器锐放六日卜比卜内调夸呀器人八卜一州零放大器乙的工作原理是一种新型自稳零调制型集成运放,所谓调制放大器就是把输出信号 大多为直流变成交流信号放大后,再转换成直流信号的放大器,这样可使运放的漂移和失调分量不再出现内部主要包括主放大器、零放大器、摸拟开关和、籍位电路、内调制器和时钟发生器,摸拟开关、受时钟发生器产生的时钟控制 工作时,在时钟电路控制下当导通、关断时,首先是补偿零放大器自身失调的补偿电压使。充电,然后模拟开关关断、导通,补偿主放大器失调的补偿电压对。充电,充在。和 氏上的补偿电压分别叠加在各自放大器前级的场效应管的栅极 电位上,此电压刚好与各自放大器产生的 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/沈阳师范学院学报自然科学版年失 调电压相抵消,在时钟作用下,放大器不断地进行周期性的动态补偿,从而实现 了主放大器的低失调和低漂移化的动态校零集成电路的应用该集成电路是一种高增益、高精度、高输人阻抗和高共模抑制比的直祸式放大器,它可应用于任何放大直流小信号的电路中,和普通运放一样可接成同相放大、反相放大和差动放大形式在数据采集系统中应用时要根据所使用的传感器输出电压 的形式不同而应采用不同的输人形式 对于无共模信号的传感器如热电偶、一般采用同相输人形式,对于有共模信号输出的传感器则必须采用差动输人形式,前者更能体现运放的高输人阻抗,后者则更能体现运放的高共模抑制比下面以构成的同相放大器作为转换器的前置放大器为例说明电路的工作原理和使用该集成电路的注意事项 此电路是为热电偶传感器设计的信号放大电路,热电偶输出的缓慢变化的电压为一,而转换器的输人电压为一,所以放大器的放大倍数为倍电路原理如图所示”电路中由一、一。组成输入端滤波电路,属两级,型滤波网络,其作用主要是平滑热电偶输出的缓变信号,并滤除外界干扰对电路的影响,由、两只二极管正反并接于放大器的两输入端,主要起输人籍位保护作用,若输人端有大幅度脉冲干扰时将会使,、导通,将输人端电位籍位于,不致大信号损坏集成电路,而、对。一信号呈截止状态,对输入信号无衰减此放大电路的放大倍数。,调整大小可使。1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第垂勘朱明光等高精度集成运放。及其在数据采集系统中的应用石脚是在时钟控制下工作的,内部时钟工作时斩波频率将引起输出端微小的尖峰脉冲干扰,由、组成的滤波电路能有效地抑制尖峰脉冲干扰此电路在实验室经长时间模拟测试结果如下时。“士时。士线性优良,且能 长期稳定,此量级精度完全满足高精度转换器的精度需要口乞使用中的几点建议可控硅效应的消除了。同其它入了。电路一样也存在可控硅效应,即由于外界干扰或输出过载时会导致电源 电流猛增,在 急短时 间 内损坏集成电路,解决这个向题的方法一是 采用籍位输出,另一种方法是在正、负电源 电路中串人防振电阻,通常取此电阻值在。一。欧如图中的、,当采用籍位输出时将。脚籍位输出端与 脚相连即可一输入屏蔽保护端的正确使用。是高输人阻抗的运放口,输人信号为几十微伏时就能正常工作,为体现高输人阻抗的优点,必须选用绝缘性能优 良的印刷电路板,但使用再好的电路板也不能完全消除管脚间泄漏电流的影响,特别是输入管脚同相邻管脚处于不同电位所造成的漏 电更不可忽视,所以设计时将、脚设计为屏蔽保护端,设计电路板时用铜箔将、脚围起来接于、脚,对于差动和反相输入方式使、脚接地,对于同相输入方式将、脚接反相输入端,这样可以有效防止漏电流产生的影响内外时钟的选择和使用方法该集成电路内部设有时钟发生器,时钟频率。一,当脚接高电平时,内时钟工作,且内时钟可通过脚向外输出当脚接地时,内时钟不工作,须在脚外加一时钟信号才能使电路正常工作,输入时钟信号的幅度为十一一十对外围元件的要求要对信号进行高精度放大,外围元件必须进行严格筛选电阻全部使用金属膜电阻,误差毛 呱,界要选用微型多圈电位器,电解电容要用胆电解电容,除、。可用普通瓷片电容外、其余非电解电容必须是聚醋薄膜电容,尤其对。和,选择更要严格对电源的要求放大器的愉出电压将随电源电压彼动而变化,所以对 电源要求较高,最好选用精度高的镜压电源,摸压电源的精度罕少要存数量级卜,不能采用简单的义和又稳压器二、勺 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/沈阳师 范学院学报自然科学版年印刷电路板设计时的几点注意印刷电路板的设计是保证电路能否稳定工作的关键,因此在设计电路板时必须充分考虑以下几点,第一,必须处理好电源线和信号线的布局,应使电源线远离信号走线,特别是输入信号走线,切不可使电源走线和信号走线交叉第二,信号走线应尽可能短而粗,输人、输出远离,使信号走向尽量成直线第三,要注意输人端同其它管脚的绝缘性第四,接地点位置和大面积地要被重视第五,整个放大器要采用屏蔽措施,各种引线包括电源线 都要使用屏蔽线基于以上几点,设计电路时最好使用双面敷铜板,一面铜箔完全保留接地作为屏蔽层,另一面设计印刷板,焊接完成后要用无水酒精对电路板清洗,尤其是输人管脚结束语在电子技术高速发展的今天,新技术和新型元器件不断出现,建议设计者们在设计电路时尽可能采用新型元器件,不但电路结构得以简化,而且性能会大大提高,从而达到事半功倍的效果参考文献 苏成富。使用中应注意的问题电子技术”【幻周兴华、孙宪亮运算放大器特点与使用 北京电子报合计本臼王有春等调制型运放了口乙。电子极合订本外刀一王秀玲等 微型计算机、转换接口技术及数据采集系统设计 清华大学出版社何立民单片机应用文集北京航空航天大学出版社 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/
