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电荷灵敏放大器

Other Parts Discussed in Thread: OPA2320, LMP7721, THS4631, OPA211

目前做光电脉冲小信号的提取,前放采用电荷灵敏,小电容积分锁住快上升沿,电量为几个10的15次方库伦,非常小,

1.目前采用OPA2320,是否有更好选择?频带宽,噪音低,成本不计。

2.前放输出的信号需要进一步的放大,要达到使用要求,放大要300倍左右,一级放大可以吗?

要求输出的前沿一两个us,后沿10us以内。希望大家多多指点。

下图为前放电路和输出(实际信号要远低于这个幅值),主放以后再贴。

  • 1. LMP7721,带宽17M,IIb才0.02pA,宽带热噪声6.5nV/sqrtHz,官网提供TINA模型和ref design供评估。

    2. THS4631,带宽325M,IIb 0.1pA,宽带热噪声7nV/sqrtHz,官网提供TINA模型和ref design供评估。

    3. 放大300倍用一级有点困难,假如你一个信号要是1M,闭环放大300倍,即使用单极点模型估计,所需要的运放开环增益都到了300M了,用两级会好一些。

  • 感谢您的指点,下次制版会考虑,我半路出家,模拟没做过,请问您,

    1.这个前放电路有什么改进的吗?

    2.主放采用两级的话,针对我的应用,直流耦合还是交流耦合好呢?同相输入好还是反相输入好?

    3.两级级联存在第二级在带宽足够情况下,貌似匹配的问题,无法实现指定倍数的放大该如何改进

    4.应用对信噪比要求也较高,脉冲信号频带较宽,滤波该如何处理呢?

  • 1. 可以考虑第二级放点增益上去(如果预期的增益不够);同时在输出端可以加个RC用来滤波。

    2. 如果offset比较小,建议用直流耦合。就是说,运放的输出摆幅够大,完全可以容忍由前级带来的被放大了的offset电压。因为交流耦合对频响和直流工作点还是有点影响。同相还是反相看你应用了,要是不想后级对前级loading,可以用同相;如果后级对前级的loading可以忽略,则同相反相皆可用。

    3. 最好上个完整的电路图来分析一下,如果能有TINA仿真模型则更好。

    3. 每一级都滤波,截止频率紧贴着通带频率的最大值走,就是说在可以容忍的通带衰减(0.1dB,0.5dB,。。。)下,把滤波器的带宽尽可能压低。最简单的是一个R一个C,当然也可以考虑两个R两个C,看你的应用了。

  • 多谢回复

    1,前放输出后会直接连接主放,其他增益想通过后面主放来放了,放在前放放大和后面主放再放有什么区别吗?

        目前运放输出加有100nf,1K的高通。

    2,现在采用直流耦合貌似offst不大可以接受,电路如下,如何实现近300倍的放大比较好?

     

    3,目前只会用orcad进行基本功能仿真,最近学习学习TINA,不好意思,以前做数字的。

    4,

    这样的波形,频谱很宽,貌似只能加低通了。需要加有源滤波器?

  • 你这个电路图是错的,如果依照第一个电路进行电路制造。很快烧毁一切

  • 前放那个是错的吗?板子没有烧啊?

  • 实际上 根据增益带宽积计算的结果来设计运算放大器应用电路,并不完全符合增益带宽积理论。

    听起来很荒谬,但事实的确如此。

    并不见得你就需要多么大的带宽。

  • 1. 后级放大用OPA211,平带噪声1.1nV/sqrtHz,输入offset 0.05mV,就算跟着有用信号一起放大300倍,输出端的offset也就是15mV。

    2. 增益分两级做,电路图用你提供的那个就行,但是注意每一级的输入电阻和反馈电阻尽量取小,牺牲功耗换取更好的噪声性能。同时,级间加滤波,有源低通滤波加进去的话可能就要三级,看你的性能指标怎么定了。要是实在对噪声敏感,简单RC滤波搞不定,那就中间插一级有源低通,不过注意一下这级低通引入的额外offset和噪声。

  • LMP7721推荐用于第一级放大。

    因为源阻抗非常大,一定选择IBias小的放大器。

  • 专家好,谢谢耐心的解答,我在进行下一步的设计。

    请问

    1.在学习TINA,TINA可以想ORCAD那样把示波器读取的CSV数据导入仿真吗,

    2.我仿真主要就看幅度相位曲线,别的还需要关注啥?

    3.像我以前的电路运放之间级联第二级放大倍数损失很大,这样的电路是否算是稳定可用的?

  • 1. 暂时没发现有这个功能,你可以在软件里找找看。

    2. 直流工作点,噪声,offset(在输入端可以认为加offset电压/电流,在输出端看电压),瞬态

    3. 你把第二级的高通先去掉,负载直接模拟一个10到20pF的小电容到地,看看放大倍数还会不会损失。如果没有损失,再跑一下AC(就是幅度相位曲线),看看输入的信号频率曲线上的幅度响应是不是跟你预期的有降低,然后再做进一步的分析。

  • 1. 暂时没发现有这个功能,你可以在软件里找找看。

    2. 直流工作点,噪声,offset(在输入端可以认为加offset电压/电流,在输出端看电压),瞬态

    3. 你把第二级的高通先去掉,负载直接模拟一个10到20pF的小电容到地,看看放大倍数还会不会损失。如果没有损失,再跑一下AC(就是幅度相位曲线),看看输入的信号频率曲线上的幅度响应是不是跟你预期的有降低,然后再做进一步的分析。

  • 谢谢,

    目前我测试了一下这样的电路,实际运放为OPA2320.输入信号使用模拟了一个类似我实际波形的信号如下

    实际测量中,输入的27mv信号,经过两级高通后幅度没有变化仍然为27mv,后延变陡。有原来的200us变为40us,

    可是接入后面第一级主放后,Rg前的信号幅值变低较多,信号宽度更加窄了几个us了,请问这种情况,我应该选用同相输入吧?还是增加放大倍数,哪样对信噪比有好处?是不是电路中接RC滤波的电路尽量都使用同相呢?

    2.第一级放大实现了对输入信号的24倍放大,后面一级主放放大倍数为1(1k,1K)时,没问题,如果为10倍(1k:10k),输出便也就只能到达6倍。

    第二级改为同相输入时,11倍的放大倍数,变为了近20倍?信号消顶,过冲后出现振铃,请问哪里的原因?仿真未出现。

  • 1. 在你用2320搭的那个电路里,高通滤波器的两个电容选的是1nF,但是在你211 TINA模型里,高通滤波器的电容选的是10nF,不知道应该以哪个为准。另外,这两个10nF的电容会带来更多的低频抑制,而你的仿真中,T3那段时间的缓变信号包含较多的低频成分,所以被滤掉不少,这样信号的幅值确实有可能降低。

    2. 信号的频率/带宽到底多大啊?要是太大的话确实有可能AC曲线在高频时掉到6倍去。同相组态的问题应该是输出端出了一对共轭极点,增益曲线先升后降,而你想要的频率可能正好在这个频段,所以增益就成20倍了。建议你搭好电路后跑个AC看看。

  • 1.现在高通的参数时10n,7.5k,后延变快是我希望看到的。只要保证峰值没有衰减就可以。而Rg的接入后导致了RC滤波参数变了,从而信号幅度减小,避免这种情况是不是就得同相输入了?

    2.第一级输入的信号是一个脉冲信号如下图,频带较宽,我运行fft计算的貌似都在1m以内,但是第一级放大倍数没有衰减啊,带宽是够的。

    请问同相组态的问题应该是输出端出了一对共轭极点?这个是怎么造成的呢?下面有跑的AC。该如何分析?谢谢

  • 你好。我现在用一个压电膜传感器,空载接示波器看使劲按压的时候电压能达到1V左右,但是接到前置放大电路中,就没有信号了,是因为输出阻抗太大造成的吗?怎么解决?

  • 我觉得楼主的二极管输入接到运放的反相输入端时接错了,这样运放的正反向就不是等电位了,不满足虚短的情况