基于LF3 9 8的采樣保持放大電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
引言
LF398是一種常用的采樣保持器,但是對(duì)于采樣保持放大電路的連接.輸出信號(hào)的放大處理,很多電路設(shè)計(jì)的不夠合理,本文針對(duì)這些問題的要點(diǎn)做出了詳盡的闡述。
1 LF398的特性
LF398采樣保持器,由雙極性絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成,它具有采樣速度快、保持下降速度慢、精度高等特點(diǎn),采樣時(shí)間小于6μs時(shí)精度可達(dá)O.01%;采用雙極性輸入狀態(tài)可獲得低偏置電壓和寬頻帶;抗干擾能力強(qiáng),不易受溫度影響;芯片上的邏輯輸入端均為具有低輸入電流的差動(dòng)輸入,允許直接與TTL、PMOS和CMOS相連,差動(dòng)門限為1.4 V,電源電壓可在士5 V和±18 V之間變化.引腳排列如圖1所示。
圖1中1NPUT和OUTPUT分別為模擬量輸入和輸出,OFFSET VOLTAGE為偏置調(diào)整引腳,Ch為外界保持電容引腳,V+和V一為電路電源;LOGIC和LOGIC REFER—ENCE分別為邏輯電平和邏輯參考電平,用于控制其工作方式;當(dāng)LOGIC為低電平時(shí).開關(guān)K閉合,電路工作在采樣狀態(tài),反之,K斷開,電路工作在保持狀態(tài)。
2 采樣保持電路的典型連接圖
LF398采樣保持電路典型的電路連接如圖2所示。第8引腳與單片機(jī)的P1.3引腳相連,用來控制電路的工作狀態(tài)。第2引腳可以連接成直流調(diào)零電路,也可以連接成交流調(diào)零電路,圖2所示為直流調(diào)零電路.調(diào)節(jié)電位器,使通過其電流約為O.6 mA左右,并使Vin=O V時(shí)。輸出電壓vout=O V。電阻R50、電位器R52和外界保持電容C36的典型值的大小如圖2所示。
3 放大保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的輸入電壓范圍一般為O V~5 V,而模擬信號(hào)電壓一般在1V以下,與A/D器件的輸入電壓范圍相比,范圍過小,影響模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度.所以在采樣保持器之后,在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前需要把模擬信號(hào)電壓最大電壓放大到接近模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的VREF+。
本放大電路采用OP_07作為運(yùn)算放大電路主要器件,由于OP-07運(yùn)算放大器輸出端的電壓在-15 V~+15 V變化.遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)電壓輸入范圍。很容易燒壞模數(shù)轉(zhuǎn)換器,因此在放大電路之后要接保護(hù)電路,然后信號(hào)才能進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
放大保護(hù)電路的設(shè)計(jì)如圖3所示。
從式(1)可看出,Vinad不會(huì)超過A/D轉(zhuǎn)換器的VREF+的值。反向接二級(jí)管的作用是當(dāng)運(yùn)放的輸出端輸出負(fù)電壓時(shí),形成了從地流向運(yùn)算放大器的電流,避免了A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電流為負(fù)電壓而損壞A/D轉(zhuǎn)換器的情況。
4 放大保護(hù)電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1 保護(hù)電路采用電阻分壓
圖3中采用電阻分壓的辦法使進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)電壓控制在0 V~5 V之間,如果這里采用5 V的穩(wěn)壓二極管也可以起到保護(hù)A/D的作用。但是信號(hào)的線性增大不能通過A/D轉(zhuǎn)換器體現(xiàn)出來,所以這里的保護(hù)電路采用電阻分壓更合理。
4.2 運(yùn)放電路抑制零點(diǎn)漂移的設(shè)計(jì)
不同的運(yùn)算放大器抑制失調(diào)和漂移的性能是不同的,本電路中雖然選取了低失調(diào)低漂移的運(yùn)算放大器OP-07,但實(shí)際使用中我們發(fā)現(xiàn)仍然存在失調(diào)和漂移。為了提高放大信號(hào)的精度,因此在電路中要設(shè)計(jì)凋零電路.圖3中由J4和RP1組成了調(diào)零電路。當(dāng)采用調(diào)線端子使反相輸入端和同相輸入端短路時(shí)認(rèn)為輸入信號(hào)為0 V,則調(diào)節(jié)電位器RP1,使輸出端6的Vo=0 V。
4.3 補(bǔ)償電阻的計(jì)算和選取
圖3采用的同相比例放大電路,圖中補(bǔ)償電阻R1的值為:R1=R2//R9=3.8 k,在實(shí)際選取電阻時(shí)通常使R1=R2,特別當(dāng)反饋電阻R9>>R2時(shí),這種選取更精確一些。此電路經(jīng)過實(shí)際運(yùn)用,漂移調(diào)零電路電位器調(diào)節(jié)靈敏。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器起到了保護(hù)作用,不存在燒壞芯片的現(xiàn)象。