7.5位万用表精密放大器直流偏置问题研究

作为校准级仪器的7.5位万用表,可用于航天航空领域中传感器电参数标定。直流放大器的偏置问题直接影响万用表测量精度。本文设计一种低直流偏置放大器,以JFET构成的共源共基放大电路、比例缓冲电流镜、V-I变换恒流源电路作为输入级放大电路,级联高增益运算放大器构成电压串联负反馈结构,解决高输入阻抗与低噪声放大的矛盾问题。本文对失调电压和温度漂移构成的直流偏置模型进行分析:发现电流镜失调电压对JFET的失调电压具有补偿作用,并优化电阻修调电路对改善JFET失调电压;由温度漂移仿真发现:由V-I变换电流源的电流温度漂移和比例电阻温度漂移是放大器温度漂移的两大因素。通过低温漂敏感器件的选择、PCB热布局的优化及防风壳的设计,改善系统整体温度系数。实验表明,该放大器失调电压绝对值小于11μV,优于JFET类型精密放大器OPA828;放大器温度系数为-2~-4μV/℃,与没有温度校准的Keysight 3458A温度系数处于同一等级。该放大器满足7.5位万用表的设计需求。