基于DMOS管的電荷靈敏前置放大器設(shè)計(jì)

介紹了一種直流微電流放大器的設(shè)計(jì),先通過原理分析,指出應(yīng)重點(diǎn)注意的一些關(guān)鍵性問題及提高信噪比的途徑。并以此設(shè)計(jì)了實(shí)用電路,給出測試方法及測試數(shù)據(jù)。該放大器具有分辨率高、響應(yīng)快、漂移低、穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),非常適合光電流、生物電流及射線電流測量。

熱釋電探測器的輸出信號(hào)十分微弱,使得其響應(yīng)率很低,為了提高響應(yīng)率就一定要和前置放大器連用,因此前置放大器的噪聲對(duì)響應(yīng)率的影響很大。本文從熱釋電探測器對(duì)前置放大器的要求入手,從噪聲匹配的方法、無源器件的選取以及放大器的屏蔽與接地三個(gè)角度提出如何降低前置放大器的噪聲以提高響應(yīng)率。

目前國際上在前級(jí)放大器的發(fā)展?fàn)顩r標(biāo)志著其生產(chǎn)廠家在聲頻功率放大器制造上的地位,這就是人們常說的hi-fi(hi-fidelity,高保真)效果。國內(nèi)在高保真音響方面這些年的發(fā)展逐步的趕上了歐美,但在核心技術(shù)上還是有所差距。本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)功放的前級(jí),和功放加一起是一套完整的高保真設(shè)備、但又各自具有自己的獨(dú)立性。

在串列升級(jí)在線同位素分離器中,f筒、發(fā)射度測量儀、束流剖面掃面儀拾取的束流信號(hào)通常是十分微弱的,可以達(dá)到pa級(jí)。弱束流信號(hào)如果不通過前置放大器,很難測量到真實(shí)的信號(hào)。由于需要使用大量的束流測量裝置,使用pa表價(jià)格比較昂貴。因而有必要對(duì)弱電流測量進(jìn)行深入和系統(tǒng)的研究,掌握弱電流測量技術(shù),開發(fā)穩(wěn)定可靠、性價(jià)比合理的弱電流放大器,使測量系統(tǒng)可以得到穩(wěn)定可靠的信號(hào)。

本文研究、設(shè)計(jì)了一個(gè)可用于mri的低噪聲前置放大器.提出了一個(gè)3元件的噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)方案,用以變換50ω信號(hào)源阻抗為fet的最佳源阻抗,以使前置放大器的噪聲系數(shù)達(dá)到最小,并具有可觀的增益.實(shí)驗(yàn)證明前置放大器輸入端在阻抗匹配條件下可獲得最大增益但噪聲系數(shù)不小.用砷化鎵場效應(yīng)管(asga-fet)atf33143作為放大管制作的單級(jí)低噪聲前置放大器在128mhz(3t)頻率上用網(wǎng)絡(luò)分析儀(hp8712c)測量增益可以達(dá)到25db,用噪聲系數(shù)分析儀(8970b)測量的噪聲系數(shù)為0.43db.

從pin光電探測器的特性出發(fā),對(duì)激光引信前置放大器的形式進(jìn)行了研究。首先分析了跨阻抗放大器帶寬與穩(wěn)定性之間的關(guān)系,建立了跨阻抗放大器的等效噪聲模型,然后通過ti-napro6.0軟件的計(jì)算印證了分析的正確性。根據(jù)本文分析設(shè)計(jì)的激光引信前置放大器可以工作在200mhz以上的帶寬。

本文從輸入阻抗匹配單元、無源衰減網(wǎng)絡(luò)、有源放大電路、單片機(jī)測頻模塊及顯示裝置4個(gè)模塊設(shè)計(jì)電路,每一部分電路都實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能,達(dá)到技術(shù)要求。設(shè)計(jì)考慮電路實(shí)效性和具備一定的技術(shù)先進(jìn)性。

為使心電圖(ecg:electrocardiograph)機(jī)簡單便攜,采用干電池供電模式,提供不高于3v的電壓,應(yīng)用放大器ad623、tlv2254和阻容器件組成心電圖機(jī)的前置放大器,實(shí)現(xiàn)了心電微弱信號(hào)的高精度放大、極化電壓的快速消除等功能,保證了心電微弱信號(hào)的精確和穩(wěn)定,便于心電圖機(jī)后續(xù)數(shù)據(jù)采集和分析。同時(shí),由于采用單電源供電,使心電圖機(jī)供電模式簡化,電路更加簡單,促進(jìn)了心電圖機(jī)進(jìn)一步向便攜式方向發(fā)展。

一、光電二極管前置放大器設(shè)計(jì)

傳聲器是一種將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)的電聲換能器。駐極體傳聲器是一種用駐極體材料制造的新型傳聲器。由于駐極體傳聲器的輸出阻抗很高不能直接與音頻放大器相接,需要在傳聲器內(nèi)接入一只輸入阻抗極高的結(jié)型場效應(yīng)三極管來進(jìn)行阻抗變換。一些小型的駐極體傳聲器雖然可以將場效應(yīng)管集成于傳聲器內(nèi)部,但是價(jià)格高昂;而傳統(tǒng)的前置放大器體積又過于龐大。針對(duì)此利用現(xiàn)有的技術(shù)條件,設(shè)計(jì)了一種體積小、成本低廉而性能優(yōu)良的前置放大器。

基于研制快速準(zhǔn)確測量氡及其子體含量的脈沖電離室測氡儀的要求,設(shè)計(jì)了該儀器的電壓靈敏前置放大器,完成了電路設(shè)計(jì)和成品組裝測試。測試結(jié)果表明該前置放大器滿足核測量儀器的要求。

系統(tǒng)通過采用高速差分運(yùn)算放大器、程控衰減陣列模塊、射頻雙向模擬開關(guān)等芯片相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)了低阻50ω帶寬1ghz(-3db),高阻1mω帶寬500m(-3db)并實(shí)現(xiàn)了2mv/div～5v/div衰減量程,系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)量程控制,直流電平自動(dòng)位移調(diào)零控制,最大限度降低了整個(gè)系統(tǒng)的失真和漂移,經(jīng)國家檢測中心測試,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

由光電二極管和前置放大器組成

介紹了一種新型高速低噪聲器的電荷靈敏前置放大器,該放大器已應(yīng)用于便攜式x射線熒光分析儀中,它具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、線性度較好、輸出信號(hào)上升時(shí)間快、噪聲低等特點(diǎn),有較好的性能價(jià)格比。

為了與傳感器相匹配,得到放大器的最小噪聲系數(shù),本文從對(duì)結(jié)型場效應(yīng)管的等效輸入電壓噪聲en及等效輸入電流噪聲in的分析中,得到結(jié)型場效應(yīng)管的最佳源電阻比雙極型晶體管要高出2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的結(jié)論,并設(shè)計(jì)制作了一款結(jié)型場效應(yīng)管低噪聲前置放大器實(shí)用電路。并對(duì)其幅頻特性、輸入阻抗和等效輸入電壓噪聲進(jìn)行了測量,結(jié)果表明其輸入阻抗高達(dá)71mω,等效輸入電壓噪聲約為0.87nv/(hz)~(1/2),是一種適合于高內(nèi)阻傳感器的較為理想的低噪聲前置放大器電路,也可以通過阻抗變換后用于磁力儀等需要低噪聲放大的場所。

在對(duì)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及結(jié)型場效應(yīng)管的噪聲分析基礎(chǔ)上,采用結(jié)型場效應(yīng)管等分立元件設(shè)計(jì)了一款低噪聲前置放大器實(shí)用電路。并對(duì)其幅頻特性、輸入阻抗和等效輸入噪聲進(jìn)行了測量,結(jié)果表明其輸入阻抗高達(dá)71mω,等效輸入噪聲電壓為0.7nv/((hz)~(1/2)),是一種適合于較高內(nèi)阻傳感器的較理想的低噪聲前置放大器電路。

五、電荷放大器 電荷放大器主要由一個(gè)高增益反向電壓放大器和電容負(fù)反饋組成。輸入端的mosfet 或j-fet提供高絕緣性能，確保極低的電流泄露。 電荷放大器將壓電傳感器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為成比例的電壓，用來作為監(jiān)測和控制過程的 輸入量。電荷放大器主要由一個(gè)具有高開環(huán)增益和電容負(fù)反饋的mosfet(半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管)或jfet(面結(jié)型場效應(yīng)晶體管)的反向電壓放大器組成，因此它的輸入產(chǎn)生高絕緣阻抗， 會(huì)引起少量電流泄漏。忽略rt和ri，輸出端電壓為： )( 1 1 1 crt r r o ccc ac c q u 對(duì)于足夠高的開環(huán)增益，系數(shù)1/ac接近于零。因此可以忽略電纜和傳感器的電容，輸 出電壓僅由輸入端電壓和量程電容決定。 r o c qu 電荷放大器可看成是電荷積分器，它總是在量程電容兩端以大小相等，極向相反的電荷 補(bǔ)償傳感器產(chǎn)生的電荷。量程電容兩端

基于smic0.18μm工藝,設(shè)計(jì)了一款低功耗、低噪聲的d類前置放大器。通過對(duì)常用運(yùn)放的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,選擇了一種開關(guān)電容共模反饋電路的兩級(jí)運(yùn)放,并加入斬波結(jié)構(gòu)降低噪聲。用cadence/spectre仿真器進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明,該全差分運(yùn)放的直流開環(huán)增益為65db,單位增益帶寬為259.7mhz,相位裕度為70°,轉(zhuǎn)換速率為98v/μs,靜態(tài)功耗為1mw。適合于現(xiàn)代的便攜產(chǎn)品應(yīng)用中。

功率放大器、前置放大器項(xiàng)目參考電路圖 1.電源電路圖 d1 3n246 1 2 4 3 c3 2.2mf c4 2.2mf c1 330nf c2 330nf c7 1mf c8 1mf c5 100nf c6 100nf u1 lm7812ct linevreg common voltage u2 lm7912ct linevreg common voltage v3 220vrms 50hz 0?? 4 7 t2 ts_pq4_10 5 0 xmm1 8 3 2 1 0 9 探針1,探針1 v:-12.6v v(峰-峰):77.4uv v(有效值):0v v(直流):-12.6v i:-694ua i(峰-峰):1.21ua i(有效值):0a i(直流):-695ua 頻率:2.前置放大電路 3.集成

運(yùn)用fluent軟件對(duì)伺服閥雙噴嘴擋板級(jí)進(jìn)行了三維流場分析,獲得了不同噴嘴擋板距的控制壓力和恢復(fù)流量,運(yùn)用二次函數(shù)擬合得到控制壓力與恢復(fù)流量的數(shù)學(xué)模型,并分析了噴嘴擋板內(nèi)部流道對(duì)伺服閥性能的影響。

vigo系統(tǒng)公司生產(chǎn)一種紅外探測器／前置放大器組件，其應(yīng)用包括非接觸式測溫、自由空間光學(xué)通信、激光探測、氣體分析和傅里葉光譜學(xué)。探測器與一個(gè)交流或直流耦合的互跨阻抗或電壓前置放大器集成在一起，用這種組件構(gòu)成的儀器結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，并能產(chǎn)生高信噪比。組件中的探測器為非致冷型或者熱電致冷型探測器，其帶寬可達(dá)250mhz。

為了檢測光電探測中微弱的光電信號(hào),分析了放大器噪聲產(chǎn)生原因及放大器取得最小噪聲系數(shù)時(shí)對(duì)應(yīng)的最佳源電阻,采用了反相并聯(lián)放大器法及有源器件的選擇上實(shí)現(xiàn)噪聲匹配,來降低前置放大器的噪聲,對(duì)電路安裝測試表明,反相并聯(lián)10級(jí)放大器,信噪比提高3倍,提出了無源器件及電源對(duì)放大器的干擾問題的解決方法。