一、如何實現微弱信號放大？

傳感器+運算放大器+ADC+處理器是運算放大器的典型應用電路,在這種應用中,一個典型的問題是傳感器提供的電流非常低,在這種情況下,如何完成信號放大？張世龍指出,對于微弱信號的放大,只用單個放大器難以達到好的效果,必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵手段,而使用同步檢測電路結構可以得到非常好的測量效果。這種同步檢測電路類似于鎖相放大器結構,包括傳感器的方波激勵,電流轉電壓放大器,和同步解調三部分。他表示,需要注意的是電流轉電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運放。另外同步解調需選用雙路的SPDT模擬開關。

另有工程師朋友建議,在運放、電容、電阻的選擇和布板時,要特別注意選擇高阻抗、低噪聲運算和低噪聲電阻。有網友對這類問題的解決也進行了補充,如網友“1sword”建議:

1)電路設計時注意平衡的處理,盡量平衡,對于抑制干擾有效,這些在美國國家半導體、BB(已被TI收購)、ADI等公司關于運放的設計手冊中均可以查到。

2)推薦加金屬屏蔽罩,將微弱信號部分罩起來(開個小模具),金屬體接電路地,可以大大改善電路抗干擾能力。

3)對于傳感器輸出的nA級,選擇輸入電流pA級的運放即可。如果對速度沒有多大的要求,運放也不貴。儀表放大器當然最好了,就是成本高些。

4)若選用非儀表運放,反饋電阻就不要太大了,M歐級好一些。否則對電阻要求比較高。后級再進行2級放大,中間加入簡單的高通電路,抑制50Hz干擾。

二、運算放大器的偏置設置

在雙電源運放在接成單電源電路時,工程師朋友在偏置電壓的設置方面會遇到一些兩難選擇,比如作為偏置的直流電壓是用電阻分壓好還是接參考電壓源好？有的網友建議用參考電壓源,理由是精度高,此外還能提供較低的交流旁路,有的網友建議用電阻,理由是成本低而且方便,對此,張世龍沒有特別指出用何種方式,只是強調雙電源運放改成單電源電路時,如果采用基準電壓的話,效果最好。這種基準電壓使系統設計得到最小的噪聲和最高的PSRR。但若采用電阻分壓方式,必須考慮電源紋波對系統的影響,這種用法噪聲比較高,PSRR比較低。

三、 如何解決運算放大器的零漂問題？

有網友指出,一般壓電加速度傳感器會接一級電荷放大器來實現電荷——電壓轉換,可是在傳感器動態工作時,電荷放大器的輸出電壓會有不歸零的現象發生,如何解決這個問題？

對此,網友“Frank”分析道,有幾種可能性會導致零漂:1)反饋電容ESR特性不好,隨電荷量的變化而變化;2)反饋電容兩端未并上電阻,為了放大器的工作穩定,減少零漂,在反饋電容兩端并上電阻,形成直流負反饋可以穩定放大器的直流工作點;3)可能挑選的運算放大器的輸入阻抗不夠高,造成電荷泄露,導致零漂。

網友“camel”和“windman”還從數學分析的角度對造成零漂的原因進行了詳細分析,認為除了使干擾源漂移小以外還必須使傳感器、纜線電阻要大,運放的開環輸入阻抗要高、運放的反饋電阻要小,即反饋電阻的作用是為了防止漂移,穩定直流工作點。但是反饋電阻太小的話,也會影響到放大器的頻率下限。所以必須綜合考慮!

而嘉賓張世龍則建議,對于電荷放大器輸出電壓不歸零的現象,一般采用如下辦法來解決:

1)采用開關電容電路的技巧,使用CDS采樣方式可以有效消除offset電壓;2)采用同步檢測電路結構,可以有效消除offset電壓。