中北大学 仪器与电子学院 汇报人：高瑜宏 指导老师：朱平 1 跨导运算放大器简介 2 1 跨导运算放大器简介 （ 1）概述 跨导运算放大器 (称 一种电压输入、电流输出的电子放大器 ,是一种电压控制的 电流源。跨导放大器的增益是输出电流与输入电压的比值 ,量纲为电导 ,单位为西门子 (S)。由于跨导放大器内部只有电压一电流变换级和电流传输级 ,没有电压增益级 ,因此没有大摆幅电压信号和米勒电容增倍效应 ,高频性能好 ,大信号下的转换速率也高 ,同时电路结构简单 ,电源电压和功耗都比较低。 （ 2）跨导运算放大器模型 它有两个输入端 ,一个输出端 ,一个控制端。符号上的“ +”号表示同相输入端 ,“一”表示反相输入端 , 是输出电流 , 是偏置电流 ,即外部控制电流。 其中 输出电流 (A)； 是差模输入电压 (V)； S),称为跨导增益。 在小信号下 ,跨导增益 的线性函数 ,其关系式为： 称是热电压 ,在室温条件下 (T=300K)下 , =26以计算出 h=) )(OI （ 3） 根据上式传输特性方程式 ,可画出 对于这个理想模型 ,两个电压输入之间开路 , 差模输入电阻为无穷大；输出端是一个受差模输入 电压控制的电流源 ,输出电阻为无穷大。同时 , 理想跨导放大器的共模输入电阻、共模抑制比、 频带宽度等参数均为无穷大 ,输入失调电压、 输入失调电流等参数均为零。 2 导运算放大器的设计 （ 1）设计指标 工作电压： 直流开环增益： 90 相角裕度： 增益带宽积： 负载电容： 2570（ 2）运算放大器原理框图 输入级采用互补差分对结构， 使共模输入电压范围达到轨到轨， 通过 3倍电流镜控制尾电流使输 入级总跨导恒定。 中间级为增益提高级， 通过反馈增大输出阻抗提高增益。 输出级采用 通过米勒补偿控制零点使系统稳定， 此运放可用于低压低功耗电子设备中。 N （ 3）输入级电路原理图 2为对 4为 8为控制尾电流的开关管。其中， 3接正的输入信号 4接负的输入信号 当 2差分对管导通， 8截止， 5导通， 则电流 被 过 1:3电流镜 7 后注入到 中，为 2提供 4倍尾电流； 当 8导通， 尾电流 经开关管 :3电流镜 10给输入管 4提供 4倍尾电流； 当 互补差分输入管 开关管 8均截止，此时只有 和 提供尾电流， 从而电路跨导保持恒定。（ 1（ 4）增益级 本设计的运算放大器利用反 馈增大输出阻抗，实现高直流增 益，放大输入级产生的两对差分输 入电流 与 ，运算 放大器 2为晶体管 18 提供电压增益，最终放大的信号驱动 输出晶体管 22的栅端。 增益提高的 增益级简化电路 本设计采用增益自举式结构，通过反馈增大输出 阻抗。如图 a，在增益自举式结构中，前跨导级 把输入电压转化为输入电流 ，共源共栅晶体管 ，运算放大器 的 栅极。变化的电流流经 阻抗 ，在 调制了输入电流 。电路中形成反馈回路，从而 强迫 流经源端阻抗 的电流减少，输入电流 全部 流入共源共栅晶体管 M。所有流入 再次出现在 时电路可视为一个 极高输出阻抗的理想电流源。 小信号等效电路 对 图 0为 为 为 由上式可以得到输出阻抗： 而单共源共栅电路的输出阻抗为： 电路的小信号分析表明输出阻抗 值增大。 20 ox 100- 011 )(21)1( u t 21 益提高的小信号等效电路 输出级 输出级采用 强了 电路驱动能力，并提高了电源效率。 电容与电阻串联构成米勒补偿，控 制波特图右半平面的零点，改善系 统稳定性。 增益提高的 谢谢 ！ 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 微弱信号概述 微弱信号相关检测技术 相关检测的应用 锁定放大器 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。 微弱信号概述 微弱信号的定义 有用信号的幅度，相对于噪声显得很微弱。如输入信号的信噪比为 10信号完全淹没在噪声之中。 有用信号的幅度绝对值很小，如检测 v、测每秒钟多少个光子的弱光信号与图象。 科学研究中经常常需要检测极微弱的信号，例如： 生物学中细胞发光特性、光合作用、生物电 天文学中的星体光谱 化学反映中的物质生成过程 物理学中表面物理特性 光学中的拉曼光谱、光声光谱、脉冲瞬态光谱 微机电系统（ 的微位移、微力、微电流、电压等 微弱信号检测 任 务：提高检测系统输出信号的信噪比， 检测被噪声淹没的微弱有用信号。 方法： 分析噪声产生的原因和规律（如噪声幅度、频率、相位等） 研究被测信号的特点（频谱与相关性等 ) 传统的检测方法有：滤波技术，调制解调技术，相关检测技术，取样积分，自适应噪声抵消等 新的检测方法有：小波变换，混沌理论 微弱信号检测的进展 美国吉时利 (器公司是当前世界上微弱信号检测的先驱，水平如下 物理量 检测灵敏度 电流 1 10 电压 1 10 电阻 1 10 电容 1 10 电荷 1 10 温差 1 10 1. 信噪比 S)( 信号中含有的噪声功率信号功率信噪比 S N R量误差越小。 微弱信号检测的目的就是使 或 1 2. 信噪改善比 ( 输入端信噪比输出端信噪比信噪改善比 量系统检测微弱信号的能力越强 微弱信号相关检测技术 信号与噪声有本质区别。信号是有规律的，能够重复，其后续信号与早先信号是有关联的，信号可以用一个确定的时间函数来描述 ;而噪声恰恰相反，不能用一个确定的时间函数来描述。因此，可利用信号自身存在的规律 (即相关性）来寻找信号，也可以利用一个与被测信号规律性(二者之间也有相关性）部分相同的已知信号来寻找被测信号，达到去除噪声的目的，这就是相关性原理的基本点。相关检测技术就是根据相关性原理，通过自相关或互相关运算，以最大限度地压缩带宽、抑制噪声，达到检测微弱信号的一种技术。 一、相关函数的定义与计算 功率有限信号的自相关函数 )()(1)( 22 TT )()(1 22 TT )()(1 22 TT 两个功率有限信号的互相关函数 二、自相关检测 基本原理 利用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关运算，达到去除噪声的目的基本原理 是从强噪声中提取弱信号的重要手段。 实现方法 混有噪声的信号 送入相关接收机 两个通道（不延时和延时 ） 相乘器 积分器 自相关检测理论推导 信号 的自相关函数 )(R)(R)(R)(R )()()()( )()()()(1 )()()()(1 )()(1声和信号不相关，有 0)()( 时延足够大，则 所以时延足够大时，只输出信号自身的相关函数 )()( 三、互相关检测 1、基本原理： 若已知发送信号的重复周期或频率，就可在接收端发出一个与发送信号周期相同的“干净的”重复周期信号，称为本地信号，将它与混有噪声的输入信号进行互相关，即可除去噪声的影响，提高电路的抗干扰能力。 2、互相关检测实现方法 输入信号 与本地信号 送入相关接收机的两个通道（输入信号不延时、本地