斩波稳零运算放大器原理介绍
斩波稳零放大器原理
斩波稳零放大器原理高精度斩波稳零运算放大器TLC2652作者：清华大学物理系张斌摘要：本文介绍了德州仪器公司生产的TLC2652高精度斩波稳零运算放大器芯片的工作原理、性能及其实用电路，并结合自己的体会，给出了一些电路的应用技巧。
关键词：斩波稳零、高精度放大器、微信号放大一、引言在微弱信号的测量中，常常需要放大微伏级的电信号。
这时，普通的运算放大器已无法使用了，因为它们的输入失调电压一般在数百微伏以上，而失调电压的温度系数在零点几微伏以上。
固然输入失调电压可以被调零，但其漂移则是难以消除的。
德州仪器公司生产的斩波稳零型运算放大器提供了一种解决微信号放大问题的廉价方案。
TLC2652和TLC2652A是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。
斩波稳零的工作方式使TLC2652具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响被降低到了最小，TLC2652非常适合用于微信号的放大。
二、TLC2652的内部结构图一、TLC2652的功能框图下面对TLC2652的内部功能单元作一简单介绍：1、主放大器。
它与一般的运算放大器不同之处在于，它有三个输入端。
除引出芯片外部的同相和反相输入端外，其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端。
2、校零放大器。
它也有三个输入端，但与主放大器相反，在芯片内部的输入端是反相输入端。
3、时钟和开关电路。
内部时钟产生时钟信号，控制各开关按一定的时序闭合与断开。
在14和20引脚的芯片中时钟信号还可从外部引入。
4、补偿网络。
它使电路在较宽的频带内有平坦的响应。
在TLC2652中，电路的高频响应主要由主放大器决定。
5、箝位电路（CLAMP）。
它实际上是一个当输出与电源电压相差接近1V时动作的开关，把CLAMP与运放的反相输入端短接，则其引入的深度负反馈可使电路在过载时的增益大大下降以防止饱和。
它可以加速电路在过载后的恢复。
ICL7650斩波稳零运算放大器的原理及应用
ICL7650斩波稳零运算放大器的原理及应用ICL7650是公司利用动态校零技术和工艺制作的斩波稳零式高精度运放，它具有输入偏置小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。
1 芯片结构
ICL7650采纳14脚双列直插式和8脚金属壳两种封装形式，图1所示是最常用的14脚双列直插式封装的引脚罗列图。
各引脚的功能解释如下：
CEXTB：外接CEXTB；
CEXTA：外接电容CEXTA；
－IN：反相输入端；
＋IN：同相输入端；
V－：负电源端；
CRETN：CEXTA和CEXTB的公共端；OUTCLAMP：箝位端；
OUTPUT：输出端；
V＋：正电源端；
INTCLKOUT：时钟输出端；
EXTCLKIN：时钟输入端；
时钟控制端，可通过该端挑选用法内部时钟或外部时钟。
当挑选外部时钟时，该端接负电源端（V－），并在时钟输入端（EXTCLKIN）引入外部时钟信号。
当该端开路或接V＋时，将用法内部时钟去控制其它电路的工作。
2 工作原理
ICL7650利用动态校零技术消退了CMOS器件固有的失调和漂移，从而挣脱了传统斩波稳零电路的束缚，克服了传统斩波稳零的这些缺点。
ICL7650的工作原理2所示。
图中，MAIN是主放大器（CMOS运算放大
第1页共3页。
斩波稳零原理
斩波稳零原理斩波稳零原理是一种在电路设计中常用的原理，它在保证电路稳定性和减小信号波动方面具有重要作用。
本文将详细介绍斩波稳零原理的概念和应用。
斩波稳零原理是指在电路设计中，通过合理的斩波和稳零措施，达到减小信号波动、提高电路稳定性的目的。
斩波指的是将输入信号切割成一个个脉冲信号，这样可以减小信号的幅值，避免信号过大对电路带来的干扰。
稳零则是指通过控制电路中的反馈或调整电路参数等方式，使得输出信号的稳定性更好，减小零点漂移。
斩波稳零原理的应用非常广泛，特别是在通信、自动控制和电子设备等领域。
以通信领域为例，斩波稳零原理可以应用于数字调制解调器中。
数字调制解调器是实现数字信号与模拟信号之间转换的关键设备，对信号的准确传输和解析起着重要作用。
在数字调制解调器中，斩波稳零原理可以帮助减小信号的失真和噪声，提高信号的传输质量。
在自动控制领域，斩波稳零原理也有着重要的应用。
例如，在电机控制系统中，为了减小电机转速的波动和提高系统的稳定性，可以采用斩波稳零技术。
通过对电机输入信号进行斩波处理，可以减小电机的负载波动，提高系统的响应速度和稳定性。
在电子设备中，斩波稳零原理也常常被应用于功率放大器的设计中。
功率放大器是一种能将弱信号放大到较大功率的电路，广泛应用于音频放大、通信设备等领域。
在功率放大器设计中，斩波稳零原理可以帮助减小功率放大器的失真和非线性，提高信号的保真度和音质。
除了以上应用，斩波稳零原理还可以在其他电路设计中发挥作用。
例如，在电源电路设计中，斩波稳零原理可以帮助减小电源输出的纹波和噪声；在传感器信号处理中，斩波稳零原理可以帮助提取出有效信号并滤除噪声等。
斩波稳零原理是一种在电路设计中常用的原理，通过合理的斩波和稳零措施，可以减小信号波动、提高电路稳定性。
它在通信、自动控制和电子设备等领域有着广泛的应用。
在实际应用中，设计者需要根据具体的电路需求和性能要求，选择合适的斩波稳零方法，并结合其他技术手段，以达到最佳的设计效果。
斩波稳零运算放大器原理介绍
Simple Chopper amp
10mV
A= -100
© 2004 National Semiconductor Corporation
Simple Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
© 2004 National Semiconductor Corporation
2
© 2004 National Semiconductor Corporation
Chopper Amplifiers
• A chopper amplifier is a type of amplifier that exhibits precise outputs and low noise. • Also called Auto-Zero, Auto-Null, Ping-Pong, Stabilized and Commutated Amplifier. • A chopper amplifier is often a compound amplifier.
Simple Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
0.5V
1V -0.5V
-0.5V -0.23V
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Simple Chopper amp (mo’ betta)
10mV 10mV
A= -100
0.5V
A=1 +
Vos
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How does offset hurt precision?
自动调零放大器的工作原理及特点介绍
自动调零放大器的工作原理及特点介绍简介每当自动归零或斩波稳定放大器的问题出现时，不可避免的第一个问题是“它们如何真正起作用？”除了对设备内部工作的好奇之外，大多数工程师心中的真正问题可能是：“直流精度看起来令人难以置信，但如果我在电路中使用其中一种，那么我将不得不忍受什么样的奇怪行为？;我怎样才能围绕这些问题进行设计呢？斩波放大器- 它们如何工作第一款斩波放大器是50多年前发明的，通过将直流电压转换为交流信号来对抗直流放大器的漂移。
初始实现使用输入信号的交流交流耦合和交流信号的同步解调，以在输出处重新建立直流信号。
这些放大器的带宽有限，需要后滤波以消除斩波作用产生的大纹波电压。
斩波稳定放大器通过使用斩波放大器稳定传统的宽带放大器来解决带宽限制问题在信号路径（1）中。
由于稳压放大器的输出直接连接到宽带差分放大器的非反相输入，因此早期的斩波稳定设计只能进行反相操作。
现代IC“斩波器”放大器实际上采用自动调零方法，使用类似于斩波稳定方案的两级或更多级复合放大器结构。
不同之处在于稳定放大器信号通过附加的“归零”输入端子而不是差分输入之一连接到宽带或主放大器。
高频信号通过直接连接到主放大器或通过使用前馈技术绕过归零级，在宽带宽操作中保持稳定的零点。
该技术因此将直流稳定性和良好的频率响应与反相和非反相配置的可访问性相结合。
然而，它可能产生由高水平的数字开关“噪声”组成的干扰信号，这限制了更宽的可用带宽的有用性。
它还会引起互调失真（IMD），它看起来像时钟信号和输入信号之间的混叠，在和频和差频产生误差信号。
稍后详细介绍。
自动调零放大器原理自动调零放大器通常在每个时钟周期以两个相位运行，如图1a和1b所示。
简化电路显示归零放大器（A A ），主（宽带）放大器（A B ），存储电容（C M1 和C M2 ），以及输入和存储电容的开关。
组合放大器以典型的运放增益配置显示。
在A相中，自动调零阶段（图1a），输入信号应用于主放大器（A B ）;主放大器的归零。
自动归零稳定斩波的运算放大器
斩波放大器的发明主要是用来满足对超低偏置和低漂移运算放大器的需求，这种放大器比当时的双极运算放大器优异。
在当初的斩波放大器中，放大器的输入和输出为开关(或断续)式，输入讯号被调变，目的是补偿偏置误差，而在输出端则无调变。
这种技术虽然解决了低失调电压和低漂移问题，但也存在其它约束。
由于到放大器的输入被采样，输入讯号的频率必须低于斩波频率的一半，目的是为了防止混迭。
除了频宽的约束外，斩波还引起许多较大的干扰，故需在输出端对这些纹波进行平滑滤波。
后来对斩波放大器进行改进，透过自校准形成了一种稳定斩波的运算放大器。
这种架构中采用了两个放大器，即一个主放大器、一个零点放大器，如图1所示。
零点放大器透过将输入短路到地并施加一个校准系数到其调零端来校正自己的偏置误差，然后来监视并校准主放大器的偏置。
相对于老式斩波放大器，这种结构具有一个很大的优点，因为主放大器可以始终连接到IC的输入和输出。
于是主放大器的频宽决定输入讯号的频宽。
因此，输入频宽不再依赖斩波频率。
但来自开关动作的电荷注入仍然是一个问题，将会引起瞬变并与输入讯号耦合，因而引起互调失真。
图1：简化的稳定式斩波功能架构图。
自动归零结构在概念上类似于分别具有一个调零放大器和一个主放大器的稳定斩波放大器。
不过，相对于稳定斩波放大器，在降低噪声，电荷注入乃至其它性能方面，后来都取得了很大的改进。
各制造商采用不同的术语来定义这种结构，如‘自动归零’，‘自校准调零’以及‘零漂移’等。
无论术语上怎么叫，背后的基本概念都是一样的。
自动归零结构的优点如上所述，自动归零结构不断对放大器的失调电压误差进行自校准。
相对于传统的放大器，这造就了以下几个显著的优点。
低失调电压：由于调零放大器不断地消除其自身的失调电压，并随后对主放大器施加一个校正系数。
校正的频率与实际设计有关，但通常每秒有几千次。
例如，Microchip 的MCP6V01自动归零放大器，每隔100μs对主放大器校准一次，或者说每秒10,000次。
运算放大器ICL7650工作原理
运放ICL7650中文资料ICL7650是Intersil公司利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运算放大器，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。
图1 ICL7650 引脚图ICL7650采用14脚双列直插式和8脚金属壳两种封装形式，图1所示是最常用的14脚双列直插式封装的引脚排列图。
各引脚功能说明如下：CEXTB：外接电容CEXTB；CEXTA：外接电容CEXTA；－IN：反相输入端；＋IN：同相输入端；V－：负电源端；CRETN：CEXTA和CEXTB的公共端；CLAMP：箝位端；OUTPUT：输出端；V＋：正电源端；INTCLKOUT：时钟输出端；EXTCLKIN：时钟输入端；时钟控制端，可通过该端选择使用内部时钟或外部时钟。
当选择外部时钟时，该端接负电源端（V－），并在时钟输入端（EXTCLKIN）引入外部时钟信号。
当该端开路或接V＋时，电路将使用内部时钟去控制其它电路的工作。
ICL7650工作原理ICL7650利用动态校零技术消除了CMOS器件固有的失调和漂移，从而摆脱了传统斩波稳零电路的束缚，克服了传统斩波稳零放大器的这些缺点。
ICL7650的工作原理如图2所示。
图中，MAIN是主放大器（CMOS运算放大器），NULL是调零放大器（CMOS高增益运算放大器）。
电路通过电子开关的转换来进行两个阶段工作，第一是在内部时钟（OSC）的上半周期，电子开关A和B导通，和C断开，电路处于误差检测和寄存阶段；第二是在内部时钟的下半周期，电子开关和C导通，A和B断开，电路处于动态校零和放大阶段。
由于ICL7650中的NULL运算放大器的增益A0N一般设计在100dB左右，因此，即使主运放MAIN的失调电压VOSN达到100mV，整个电路的失调电压也仅为1μV。
由于以上两个阶段不断交替进行，电容CN和CM将各自所寄存的上一阶段结果送入运放MAIN、NULL的调零端，这使得图2所示电路几乎不存在失调和漂移，可见，ICL7650是一种高增益、高共模抑制比和具有双端输入功能的运算放大器。
ICL7650斩波稳零运算放大器的原理及应用
ICL7650斩波稳零运算放大器的原理及应用
吴祖国
【期刊名称】《国外电子元器件》
【年(卷),期】2003(000)004
【摘要】介绍了Intersil公司生产的斩波稳零式高精度运算放大器ICL7650的结构及性能,分析了动态校零的基本工作原理,给出了ICL7650在地震前兆信号采集系统中的应用实例.
【总页数】2页(P41-42)
【作者】吴祖国
【作者单位】解放军电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN722
【相关文献】
1.零漂移、单电源、轨对轨输入 /输出运算放大器 AD8751/8752/8754的原理及应用 [J], 邵蔚;李刚
2.TC9XX系列第二代斩波自动稳零运算放大器 [J], 范建伟
3.非斩波稳零型运算放大器简介 [J], 黄剑池
4.基于斩波自动稳零运算放大器的激光器平均光功率控制 [J], 王辉;吴重庆;付松年;倪东
5.关于利用斩波稳定架构零漂移运算放大器优势的切实考量 [J], Farhana Sarder 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
斩波稳零放大电路
斩波稳零放大电路
斩波稳零放大电路是一种常见的电路设计，它可以在电路中实现对信号的放大和滤波功能。
在实际应用中，斩波稳零放大电路被广泛用于各种电子设备中，如音频放大器、电视机、收音机等。
斩波稳零放大电路的主要原理是使用一个斩波器和一个稳零器来实现对信号的处理。
斩波器可以将输入信号的幅值限制在一定范围内，从而避免由于输入信号过大而导致的电路失真。
稳零器则可以对信号进行滤波，去除其中的高频噪声和干扰信号。
在实际设计中，斩波稳零放大电路可以采用多种不同的电路结构。
其中比较常见的是使用运算放大器作为放大电路的核心部件。
运算放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点，可以实现对输入信号的高精度放大。
同时，运算放大器还可以与外部电路组合使用，实现对输入信号的滤波、整流、平均等功能。
当然，在实际应用中，斩波稳零放大电路的设计还需要考虑多种因素，如输入信号的频率、幅值、噪声等。
为了获得更好的性能和稳定性，设计者需要采用合适的电路结构、元器件参数和信号处理算法等手段。
总之，斩波稳零放大电路是一种非常实用的电路设计，可以为电子设备提供高质量的信号处理功能。
在今后的应用中，我们相信这种电路设计将会得到更加广泛的应用和发展。
运算放大器工作原理
运算放大器工作原理
运算放大器是一种高增益、差分输入的电子放大器，主要用于信号的放大、滤波等处理。
其工作原理可以简单描述如下：
1. 差分输入：运算放大器有两个输入口，即非反相输入端（+）和反相输入端（-）。
信号通过非反相输入端和反相输入端输入，差分输入的电压将决定放大器的输出。
2. 差动放大：运算放大器通过差分放大电路实现信号的差动放大。
差分放大电路由输入级、中间级和输出级组成。
输入级主要负责放大输入信号，中间级进行整流、滤波等处理，输出级将放大后的信号输出。
3. 负反馈：运算放大器通常采用负反馈电路来稳定其增益和线性度。
负反馈电路将输出信号与输入信号进行比较，并通过反馈路径将差异减小，使放大器输出更加稳定和线性。
4. 输入阻抗高：运算放大器的输入阻抗很高，可以忽略输入电流。
这使得运算放大器可以与各种信号源连接而不影响信号源的输出。
5. 输出驱动能力强：运算放大器具有较低的输出阻抗和较高的输出电流能力，能够有效地驱动各种负载。
6. 可调节增益：运算放大器具有可调节的增益，可以通过调节反馈电阻等参数来实现不同的放大倍数。
7. 常用应用：运算放大器在模拟电路中广泛应用，如信号调理、滤波、运算、比较等。
同时，它还可以作为反馈电路中的基本组件，用于构建各种功能的反馈电路。
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How does it work? Simple:
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How to reduce offset
• Tweak and adjust the input stage • Tweak and adjust later stages • Tweak and adjust the output ;
A=1,000,000
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Offset Voltage measurement
• Here is a way to measure it in closed-loop
configuration.
5 volts
2.5 volts
Simple Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
0.5V
1V -0.5V
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Simple Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
0.5V
1V -0.5V
-0.5V
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Chopper architectures
• Auto-nulling (auto-zero) • Synchronous switching (True chopper) • Single vs. compound
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Amplifier Input Noise
Vn Some Amplifier
1/f corner Freq Domain
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Amplifier Input Noise Plot
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What is a Chopper good For?
• What is a precision amplifier? • Why does offset matter? • Terms: Bias, common mode, gain, modulation, servo, AC coupling,
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Simple Chopper amp
10mV
A= -100
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Simple Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
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Or : • Measure it and “servo” it out. • Use AC amplification.
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Chopper benefits:
• Reduces the offset from part to part. • Reduces the offset over time • Reduces the offset over temperature. • Reduces offset over common mode voltage.
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Precision Defined:
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Offset Voltage
• Offset voltage is the voltage difference on the minus input pin of an amplifier that causes the output to be the same as the plus input pin (with Vcm=0).
-0.5V
1V -0.5V
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“Classic” Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
0.5V
1V -0.5V
-0.5V
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The Quandary:
• How to measure the offset of an amplifier in order to “servo” it out when whatever you measure it with will also have a unique (and different) offset?
A=1 +
Vos
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How does offset hurt precision?
A= -100
•A one millivolt offset here makes a tenth of a volt error here.
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Precision Defined:
• A precision amplifier is an amplifier that outputs and accurate representation of the input signal. This output will be accurate from part to part, over time and over temperature, barometric pressure, sunspots and any other external factors.
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Auto Nulling amp
A= -100
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Auto Nulling amp (mo’ betta)
A= -100
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1/f corner
nV/√Hz area
Freq Domain (i.e.– a spectrum analyzer)
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Chopper Amplifier Noise
You know it works good at DC. So it must improve this too.
and radiation. • Circuits aren’t perfect (despite those IC
designer’s egos).
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Amplifier Input Stage
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Simple Chopper amp
10mV 10mV
A= -100
0.5V
1V -0.5V
-0.5V -0.23V
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Simple Chopper amp (mo’ betta)
10mV 10mV
A= -100
0.5V
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What’s the big deal with offset voltage?
• What is a precision amplifier? • Why does offset matter? • Terms: Bias, common mode, gain,chopper amplifier, servo, inverting
Auto Nulling Defined
• A Nulling (or auto zero) amp works as an amp for a little while, then corrects its offset voltage, then it goes back to working as an amplifier again. How often? 100 Hz – 1000 kHz is commonly seen.
Chopper Amplifiers
• A chopper amplifier is a type of amplifier that exhibits precise outputs and low noise. • Also called Auto-Zero, Auto-Null, Ping-Pong, Stabilized and Commutated Amplifier. • A chopper amplifier is often a compound amplifier.