设计制作并验证0.1Hz10Hz超低频微弱噪音检测放大器要点》由会员分享，可在线阅读，更多相关设计制作并验证0.1Hz10Hz请在人文库网上搜索超低频微弱噪声检测放大器要点(15页收藏版)。
1.设计、生产和验证0.1Hz10Hz超低频微弱噪声检测放大器STEPBY STEPJackFrost我一直想有一个小装置可以测量0.1Hz10Hz超低频噪声， 人们越来越懒得开始，几周前开始慢慢准备断断续续的测试，今天鼓起勇气整理手头的数据。超低频噪声的意义就不说了。玩基准高精度测量的人都知道，这里能写的空间太大，所以前戏的各种相关知识都省略了。因为人懒，所以要多做理论准备，尽量减少拿烙铁的疲劳。好听的说法是强调理论指导实践，事半功倍，呵呵。所以有了这篇文章STEPBY STEP，记录这段时间的实验过程，本着分享和共同学习进步的网络精神发送到网络上。码字很难，大家都很开心。
2.如果你喜欢，就点赞鼓励。我也有动力和理由不再懒惰。文章的篇幅会很大，断断续续记录的笔记很多，发到网上尽量减少。一般来说，放大器包括2 一个是前级，微弱信号(通常是uVp-p级别)放大1000 或更高；另一个是0.1Hz10Hz带通滤波器。先来带通滤波器部分， 直接使用这部分TI 官方出的SLAU522文章中的带宽滤波器，作者是ArthurKay 。这一部分包括一个增益为10的二阶0.1Hz HPF和一个增长10 的 10Hz四阶低通 LPF，总的增益是100 倍。并在输出部分添加一个22uF 大膜电容器通过BNC 连接到示波器1M 欧输入阻抗，以彻底隔离。
3.直流，使峰值可以直接读取在示波器上了解噪声。因为放大器的噪音主要是由前级决定的，所以这部分可以使用大电阻，运输选择条件也很宽松，我用手拆卸机器OPA2277 。电容器是薄膜电容器，电阻值是手头多个0805 串联。根据上述测试，以下是这部分电路的实测，LPF -3DB 点略低于设计值。主要原因是电容误差。手头没有高精度零件，也没有能准确测量容量的仪器，只能保证电阻误差不超过1% 。带通滤波器的内容就不多说了。这不是本文超低频微弱噪声检测的重点。接下来，前级放大器应该考虑更多，做更多的工作。放大器的噪声水平主要取决于这一部分。一、运输选择:低噪音。
4.有一些运输选择。我选择了一些典型的型号，并根据这些型号截取了它们的噪声指标进行比较DATASHEET 给出的噪声指标已逐一粗略计算和总结。这里主要关注的是0.110Hz所以频段主要是1/F 闪烁噪声，简化噪声计算的模型包括1/F 输入噪声电压、输入噪声电流产生的电压、信号源内阻的热噪声，由于反馈电阻为51/51K所以这部分可以忽略。10HZ 总输出噪声单位 uVrms运放型号RS=0RS=8KRS=80KAD867616.540136OPA218828.345.5116ADA452817.441.5168AD86287583136LT10。
5、2882742700OPA1403752120OPA20915.346272OPA8274255120OPA62710713156由于我们需要在输入级加上测量基准的噪声水平RC 高通，并且 RC 频率点小于0.1Hz ，所以对此很难 100uF输入电容，对应的输入电阻要 大 于16kohm ， 而 这 时 候 电 阻 的 热 噪 声 0.13*(sqrt(16000ohm)*sqrt(10Hz) = 52nVrms = 343nVp-p，这种热噪声水平超过了一些输入电压噪声水平，不仅如此，还有通过这种电阻产生的噪声。因此，我们需要输入电容C 尽可能大，。
6.输入电阻应尽可能小，但如果电容大，很难找到体积大、漏电大的，这将导致一级放大单元直接饱和，因此RC又一对矛盾。以前玩音响的时候有点库存，包括22uF 和 10uF 薄膜电容，性能好，漏电小于1nA 甚至只有几十个pA ，还有一个你吃糠的MUSE BP 无极电解电容，这种漏电也可以凑合。上图是1000串K 欧电阻测试22UFMMK在薄膜电容的情况下，漏电约为 0.26nA ，而 220uF/50V MUSE BP 大约有几十个电解 nA 电解电容加上直流偏置后，漏电逐渐减少需要几个小时才能稳定。我们知道运输噪声包括输入噪声电压和输入噪声电流，这通常是一个矛盾。
7.声电压极低的输入噪声电流往往比较大，比如经典AD797噪声电压仅为50nVpp ，但噪声电流达到2pA/rtHz，通常噪声电流小的运输噪声电压为200nVpp通常是250nVpp。我选择的输入电阻是8K 到 16K 因此，输入噪声电压应尽可能小，噪声电流应小于0.X pA/rtHz级别的， 尤其是 fA 级别更好， 而且输入偏移电压尽可能小，输入偏置电流也要小，以免放大1000甚至1000 10000 倍后运输饱和。 必须提到的是零漂移运放， 超低频 1/F 噪声几乎可以忽略不计，可以直接按宽带噪声计算，超精度，输入电流很小，唯一不舒服。
8.它们的频谱在 KHZ 以上级别会有较大的斩波开关噪声，但这可以通过简单的低通量大大降低，而且这个放大器是专门的10Hz 超低频的，所以完全不用考虑斩波开关噪声了。根据手头的零件OPA2188和 AD8629 ，显然这个地方用OPA2188了。大 致 的 运放 通过 简 单 的 估算 选择 好了 ， 接 下来 就 是进 一步 针对OPA分析了2188。通常前级用运输单元放大，增益是1000倍。模拟可以看到信号源内阻为0 的情况下， 10Hz带宽下输出噪声水平为31.4uVrms，大约210uVp-p的样子。 (OPA2188的 SPICE 模拟宏模型的内容还是比较准确的。
9.是的，根据后面的测量，仿真值非常接近真实测试 )该电路继续进行稳定性分析，增相位余量超过70 前级稳定性模拟.gif(96.66 KB,下载次数 : 1.将附件下载至相册2015-4-25 12:11上传稳定，没问题。但这还不够好， 通常低噪声电流的输入噪声电压为200nV但是，还有一种方法可以降低输入电压噪声，那就是采用并联运放法，呵呵。理论上，输入噪声电压可以降低到运输单元数量的平方根倍，成本是噪声电流会相应增加，消耗更多的单元和电力。继续采用2 同相放大器并联结构输入级运输单元的模拟电路如下：正好 OPA2188 双运放，两个并联充分。
10.以后用OPA2277 双运多出的单元接成反相放大加法器。这样，整体增益就变成了GAIN = 1000 *2 *10 = 输出噪声为443uVrms，折合 2.92mVpp继续计算等效输入噪声2920uVpp / 20,000倍 = 146nVpp有足够的理论讨论，然后通过实战来验证上述理论研究的准确性。我想在这里比较一下OPA2188零漂移运输OPA2277经典低噪音精密运输 ， 所 以 前 级 分 别 用OPA2188和OPA2277替 换 进 行 了 对 与上述实测截图相比，运放正相输入端直接接地，即只考虑放大器等效输入噪声电压。
11.噪声电流可以完全忽略。根据上图可以分析:1 、独立输入噪声电压项目OPA2277的 170nVpp还是要强一点OPA2188的 218nVpp。2 、并联结构后相应的输入噪声电压确实相应降低，OPA2188从218降到140nVpp，OPA2277从170nVpp降到128nVpp，下降倍数接近0.707的理论，OPA2188相应的下降倍数较多，这与其斩波稳零结构有关，当两个单元同步斩波开关时，通常效果更好。3 、对比之前用OPA2188 SPICE可以看出，模拟数据非常接近实测。3 、对比之前用OPA2188 SPICE由宏模型仿真获得的噪声，可见仿真数据与实测非常接近。可见双运放单元并联放置。
12.大结构可以有效降低放大器的等效输入噪声电压。接下来，我将继续验证输入噪声电流和输入电阻。我暂时使用的输入电阻是15.4K 欧，电容器是220uF 的 BP 同时，我也在验证电解电容的可行性。根据上述测量图，开路时测试失败，原因是对于如此微弱的信号放大器，15K输入阻抗，外部干扰影响很大，屏蔽工作必须做好。放大器实测基本符合模拟模型的设计。20150424年继续1，将第二级放大器反馈电阻从15开始K 改成了 1.5K ，二级增益也从原来的20倍下降到2倍 倍，这样整体增益=1000*2*10*10=0.2M倍。另一方面，为了保护运输，输入电阻并联2 个。
13、背靠背的1N4148来钳位，防止输入电压过高造成损坏。由于输入电解电容大，测量装置通电后会产生冲击，容易损坏输出。考虑到这2 个 1N4148也会产生噪声，这可能会增加放大器的噪声水平。二、再实验 220uF 15.4k输入回路， 测试 9V 由于电解电容泄漏较大，电池约为 100nA不，一级OPA2188的 2 输出端直流偏移约为1V 不到二级求和后不到2V ，还有足够多的钱。另外BP 电解加电后泄漏逐渐减少，直至稳定。这段时间需要几分钟以上，所以所有的测试都应该打开，等待10 观察测量前超过分钟。三、实测下面截图是20150424降低放大器增益后放大器自身的。
14.以下截图为实测数据TL431A 超低频噪声，测试结果仍然可靠。4.犯罪现场最受欢迎的照片4。犯罪总结陈述1。在生产前做了大量的早期理论准备和模拟，践相对顺利，问题很快就能找到原因。不要低估洞板，洞板发挥的空间很大，不要看布线乱丑， 但在理论指导下严格接地，实际电气性能很好，绝对不会比双层板差。特别是对于这种极低频放大器，无需担心孔板电容分布大的问题。2.由于手头部件和测量条件的局限性，0.1Hz二阶高通和10Hz四阶低通滤波器不太准确，特别是10Hz低通，-3DB点低，大概9.4Hz ，因此，实测噪声略有降低带宽内增益。
15.声音水平也略小。我们认为真实值应该转换为1.1 左右吧。3.根据实测情况，放大器底部的噪声不得超过 200nVpp ，按照 3 倍原则有望用来大致评估 700nVpp 上述低内阻基准的输出噪声，如 LT6655 、 LTZ1000 等等，具体后再接 LT6655 现场测试。 ( 放大器本身15，因为对于低内阻信号源K旁路也会忽略输入电阻噪声，一般基准内阻小于100 欧，所以不要太在意)4，考虑到价格低、易找、精度高、噪音低等综合因素，OPA2188在一级并联放大电路上使用非常好。首先，零漂移运输几乎没有1/F声问题，其次是偏置电流小失调。
16、是极，输出直流偏移不会导致运放饱和用 OPA2277 算上输入电容漏电这些就饱和了) ，并联放大电路取得了理想的噪(采效果，当然了手头没有OPA4188 ，否则还可以试试4 个并联。5、别小看月饼盒，弄好了之后屏蔽效果也不错，我只是接了放大器信号输出BNC，由于月饼盒空间够大，因此可以将待测的基准源也放到月饼盒内。当然了月饼盒必须单点可靠接地，由于是连接到BNC 的地的，因此跟示波器的地线也就是市电的地线是相通的，这样才能最大程度的降低外界的干扰。6、关于放大器的输入电容，输入电容当然越大越好，这样输入电阻就可以用小阻值的，但是受到漏电等等的局限性影响选择不多，本来我还准备了6 颗22uF/。
17、63的大体积薄膜电容准备并联的，所幸的是看起来我手头这颗MUSEBP 220uF/50V的无极性电解漏电情况也不错，输入直流2.49V的情况下， 经过OPA2188放大1000倍后的直流偏移是0.22V ，换算起来漏电应该是10nA左右的，足够可以了。 不过用电解电容的话必须要接通放大器和待测源10 分钟以上再观察比较好，这样漏电才稳定。这里用OPA2188很关键，换成OPA2277安全饱和了。7、还是输入电容，网上还看到有470uF 的无极性电解电容，不知道漏电情况如何，如果跟220uF 的情况差不多就爽了，配合4K 电阻就可以了，没机会试验了。 220uf 电解其实配合8K 欧的输入电阻就可以了，这样直流偏移还可以更小噪声也更小，以后再换吧。