传感器电路中的低噪声放大器设计技巧

石油仪器　ＰＥＴＲｏＬＥＵＭ　ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＩＳ　２０１　３年４月　

・开发设计・　

集成运算放大器在测井仪器电路设计中的应用技巧　

吴晓莉　

（大庆钻探工程公司测井公司研究一所黑龙江大庆）　

摘　要：集成运算放大器是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路，具有增益高、输入电阻大、输出电阻　低、共模抑制比高、失调与飘移小等优点，是电路设计中使用非常普遍的器件，在测井仪器电路设计中有着广泛的应用。　因此，正确合理地利用集成运算放大器，减少信号在传输中的误差，提高信号精度，对确保测井曲线的质量具有重要的作　用。　关键词：集成运算放大器；输入电阻；反馈电阻；偏置电阻；凋零　中图法分类号：Ｐ６３１．８　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—９１３４（２０１３）０２—００１８．０２　

０引　言　

集成运算放大器是一种通用器件，在测井仪器的　

电路设计中有着广泛的应用。由于集成运放其本身的　

放大倍数高达几十万倍，而实际需要的放大器的放大　

倍数均较低，因此电路中往往要引入负反馈，虽然会　

引起闭环增益一定程度的降低，但却极大地改善了放　

大器的各种性能，如增益稳定性、带宽、失真、输入　

输出电阻等。　

ｌ　集成运算放大器基本应用　

在电路设计中，集成运算放大器常用的输入方式　

为反相输入、同相输入。反相输入引入的是电压并联　

负反馈，同相输入引入的是电压串联负反馈。　

分析计算集成运算放电路的基本原则有两个：一　

是“虚短”；二是“虚断”。　

所谓“虚短”，是指当集成运算放大器工作在线　

性状态时，运放两输入端电位必定接近相等，好像这　

两个输入端已被内部一根导线“短路”一样。但若真　

的用一根导线把两个输入端短路的话，则放大器就会　

因输入信号被短路为零而不工作了。这就说明，运放　

两输入端电位并不是完全相等，只不过非常接近，以　

致于一般的电压表量不出差别来罢了。为了使运放的　

输出达到最大，但尚未饱和，究竟需要在运放的两个　

输人端之间施加多大的电压　呢？因为电源电压　

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智能化传感器中应用仪表放大器的电路设计解析

作者：乔红霞

来源：《科学与财富》2017年第12期

摘 要：仪表放大器在智能化传感器有着广泛的应用，具有高输入阻抗性、高共模抑制比、低漂移等特点，特别是在智能化传感器输出的小信号放大领域得到了广泛的应用。文章在阐述智能仪表放大器结构、原理的基础上，分析智能化传感器中应用仪表放大器的电路设计，并对其应用注意事项进行分析。

关键词：智能化传感器；仪表放大器；电路设计；应用

智能化传感器中应用仪表放大器能够有效收集和放大各种数据信息同时对共模信号还具有抑制的功能，但是在实际应用的时候需要充分考虑输入共模电压范围、增益选择、放大的差模信号频率、滤波、偏置电流等设计问题。智能仪表仪器输入的传感器信号，一般都具有微小的特征，信号幅度比较小，且在应用的时候还会出现噪声。文章结合仪表放大器结构和原理特点，结合实际具体分析仪表放大器的设计，结合每个电路的特点来为电路实验操作和设计提供重要的支持。

一、智能化传感器中仪表放大器的构成原理

仪表放大器的结构具体如图所示。经过图发现，仪表放大器主要由两级差放大器电路共同构成，同相差分的输入方式是A1和A2，通过同相输入能够在很大程度上提升电路的输入阻抗，减少电路对微小信号的衰减。经过不同的差入输入能够让电路对差模型信号进行放大处理，同时对共模输入信号起到的重大作用是跟随，从而让送到后级差模信号和共模信号幅度值，也就是共模抑制比得到提升，在CMRR要求不发生变化的情况下，可结合实际适当的降低电阻精确匹配要求，从而让仪表放大器线路比一般的差分放大线路具有更强大的共模抑制能力。

二、仪表放大器的电路设计

·智能化仪表放大器电路实现方案

现阶段，智能化仪表放大器的实现方式分为两种，一种是分立元件组成实现，另外一种是单片集成芯片作用实现。结合现有的元器件，具体以单运放和集成四运放为关键，结合具体实践设计出四种仪表放大器电路方案。第一，由三个通用运放组成的三运放仪表放大器电路，并配合电阻外围电路、A1和A2，将同相互信号段的桥式信号输入到相应的电路中。A1、A2和A3可应用LM741这种通用型运放替代。电路操作原理和构成和一般情况下应用的仪表放大器龙源期刊网

基于ADS低噪声放大器设计及仿真

ADS是一种通用的射频、微波电路、系统设计和仿真工具，可以用于设计和仿真低噪声放大器。在设计和仿真低噪声放大器时，有几个重要的步骤需要遵循。

首先，需要选择合适的低噪声放大器结构。常见的结构包括共源共栅结构、共源共栅共板结构等。在选择结构时，需考虑频率范围、增益、噪声系数等参数要求。

其次，需要选择适当的放大器器件。可以选择P摄放大器、N型放大器、电离横流晶体管（HEMT）等。在选择器件时，需考虑器件的噪声系数、增益特性、非线性特性等。

接下来，进行电路设计。可以利用ADS提供的电路设计工具来设计低噪声放大器的电路。根据选择的放大器结构和器件来设计电路的拓扑结构和参数。

设计完成后，需要进行电路的仿真。可以利用ADS提供的仿真工具来仿真电路的性能。通过仿真可以调整电路参数，优化低噪声放大器的性能。

在进行仿真时，可以分别对放大器的增益、噪声系数和非线性特性进行仿真。可以通过特定的测试电路来测试放大器的增益和噪声系数，并分别将测试结果与设计指标进行比较。

在进行仿真时，还可以调整放大器的输入和输出匹配网络，以优化放大器的频率响应和增益。可以逐步调整匹配网络的参数，并进行反复的仿真和优化，直到满足设计要求。 最后，还可以进行电路的布局和布线设计。可以利用ADS提供的布局工具来设计电路的布局和布线。通过优化布局和布线，可以减少电路的电磁干扰和信号损耗，提高低噪声放大器的性能。

综上所述，基于ADS进行低噪声放大器的设计和仿真可以帮助工程师快速设计出满足要求的低噪声放大器，并通过仿真来测试和优化放大器的性能。

opa350电路设计

OPA350是一款高精度、低噪声的运算放大器，在电路设计中有着广泛的应用。本文将对OPA350电路设计进行详细介绍，包括其特点、应用场景以及设计注意事项等。

1. OPA350的特点

OPA350是一款单电源运算放大器，适用于各种低功耗应用。其具有低输入偏置电流、低偏置电压、高共模抑制比以及高增益带宽积等优点。此外，OPA350还具有低噪声和低失真的特性，能够提供高品质的信号放大和处理。

2. OPA350的应用场景

OPA350广泛应用于精密测量、仪器仪表、传感器信号放大、滤波器和运算放大器等领域。例如，在传感器信号放大方面，OPA350能够对微弱的传感器信号进行放大，提高信号的可靠性和精度。另外，在滤波器设计中，OPA350能够提供高精度的滤波效果，满足不同应用的需求。

3. OPA350电路设计注意事项

在设计OPA350电路时，需要注意以下几点：

(1) 电源电压选择：OPA350适用于单电源供电，通常工作在3V至5V的电压范围内。根据具体应用需求，选择合适的电源电压。

(2) 输入和输出阻抗匹配：为了保证信号的传输质量，需要将输入和输出阻抗与OPA350的特性进行匹配，以最大限度地减小信号损失和失真。

(3) 输入和输出电容选择：在OPA350电路设计中，输入和输出电容的选择很关键。适当的电容能够提高电路的稳定性和性能。

(4) 温度和环境条件考虑：在实际应用中，需要考虑环境温度和工作条件对OPA350性能的影响。合理设计散热和保护措施，确保电路的可靠性和稳定性。

(5) 反馈电阻选择：在运算放大器电路设计中，反馈电阻的选择对电路增益和性能有很大影响。根据具体应用需求，选择合适的反馈电阻值。

OPA350是一款性能优异的运算放大器，具有广泛的应用场景。在进行OPA350电路设计时，需要根据具体应用需求选择合适的电源电压、输入输出阻抗匹配、输入输出电容、温度环境条件考虑以及反馈电阻等。通过合理设计和优化，可以充分发挥OPA350的优势，提供高精度和可靠的信号放大和处理功能。