一种用于红外探测器的信号带通滤波放大电路的制作方法

1.本发明涉及红外光探测器信号放大技术领域，具体涉及一种红外探测器的带通滤波放大电路。


背景技术：

2.红外光是光谱分析仪器中常用的光源之一，广泛应用于气体分析等场合中。由于红外探测器对红外光响应电流值极小(μa)，受环境噪声波动影响较大，这对于提升分析仪器的准确性是十分不利的。在气体分析场合中，如何将微弱电流信号放大并降低噪声是检测过程中的重要问题。
[0003]“cn104634457a-一种红外探测器的放大电路”，的电路结构中只应用了放大电路，无法减弱红外噪声。传统红外探测器放大器中，信号需传输至数据处理端，使用算法做降噪处理。
[0004]
因此目前亟需一种稳定的红外探测器的信号降噪滤波放大电路。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明提供了一种用于红外探测器的信号带通滤波放大电路结构，电路稳定性良好、红外探测器信号经放大后信号噪声小，可广泛用于红外探测器信号放大领域。
[0006]
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种用于红外探测器的信号带通滤波放大电路，包含i-u转换电路、一级放大电路、二级放大电路和直流电源，红外探测器的电流信号连接i-u转换电路中运算放大器u1的反向输入端，从运算放大器u1的输出端也即i-u转换电路的输出端出来后，转换为电压信号，经过带通滤波电路后，输入到运算放大器u2的同向输入端，连接一级放大电路的输出端，再输入到运算放大器u3的同向输入端，连接二级放大电路，即作为信号带通滤波放大电路的输出端；
[0007]
所述i-u转换电路包括运算放大器u1、电阻r6、电阻r8、电阻r9、电容c5、电容c6；具体电路为：所述运算放大器u1的v-端口连接到所述直流电源-5v输出端，v+端连接到直流电源+5v输出端；所述运算放大器u1的正向输入端连接到电源地，用于滤除偏置电压中的噪声，使电压输出更平滑；所述放大电路的输入端即红外探测器ds1的电流信号正向端，与运算放大器u1的反向输入端连接；所述电阻r9的一端连接到直流电源+5v，第二端与电阻r8串联，电阻r8第二端连接到运算放大器u1的反向输入端，运算放大器u1的反向输入端通过电阻r8、r9连接到+5v电源，同时给红外探测器提供正向电压偏置；电容c5与电容c6的并联电路，一端连接到电源地，第二端串联在电阻r8与电阻r9之间；所述电阻r6一端连接到运算放大器u1的反向输入端，第二端连接到运算放大器u1输出端，即为i-u转换电路的输出端。所述电容c5与电容c6组成的并联电路结构可滤除偏置电压中的噪声，使电压输出噪声更低；i-u转换电路将红外探测器输出的电流信号转换为电压信号在所述运算放大器u1的输出端输出到带通滤波电路。
[0008]
所述i-u转换电路的输出电压值通过电阻r6调节。
[0009]
所述i-u转换电路的电容c5使用电解电容。
[0010]
所述i-u转换电路的运算放大器u1选用宽带低噪声电压反馈运算放大器。
[0011]
所述带通滤波电路包括电阻r2、电阻r7、电容c1、电容c2。经过i-u转换电路出来的的电压信号从运算放大器u1的输出，连接到电阻r7，另一端连接电容c2，电容c2另一端连接到一级放大电路的运算放大器u2的同向输入端；电阻r2与电容c1并联的电路一端连接到电源地，另一端连接到一级放大电路中运算放大器u2的同向输入端。100hz～10mhz频率范围内电信号能量可通过该带通滤波电路,其他频率的干扰频率电信号能量将被减弱，从而达到降低信号噪声的效果。
[0012]
所述带通滤波频率范围在100hz～10mhz，具体频率值需调整电容c1和电阻r2。
[0013]
所述一级放大电路包括运算放大器u2、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c4；所述运算放大器u2的反向输入端通过电阻r12接地，同时通过电阻r10连接运算放大器u2的输出端；运算放大器u2的输出端连接电阻r11作为一级放大电路输出端，一级放大电路输出端通过电容c4连接电源地；运算放大器u2的v+端接至直流电源+5v输出端，运算放大器u2的v-端接直流电源-5v。经一级放大电路后，将带通滤波电路输出的电压信号放大5倍。
[0014]
所述一级放大电路的放大倍数由电阻r10和电阻r12计算：r10/r12＝1000/200＝5。
[0015]
所述一级放大电路的运算放大器u2选用宽带电流反馈运算放大器。
[0016]
二级放大电路包括运算放大器u3、电阻r1、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电容c3，具体电路为：运算放大器u3同向输入端连接一级放大电路输出端，运算放大器u3的v+端接直流电源+5v，所述运算放大器u3的v-端接直流电源-5v；所述运算放大器u3反向输入端通过电阻r1与电源地连接，运算放大器u3反向输入端通过电阻r3连接至运算放大器u3的输出端，运算放大器u3的输出端连接电阻r4与电阻r5的串联电路，作为本发明带通滤波放大电路的输出端；电容c3的一端连接至电阻r4和电阻r5中间，另一端与电源地连接。一级放大电路输出的电压信号经二级放大电路放大10倍，并输出至微处理器进行处理。
[0017]
所述二级放大电路的运算放大器u3选用高速运算放大器。
[0018]
有益效果：
[0019]
本发明提供了一种用于红外探测器的信号带通滤波放大电路，包含i-u转换电路、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大电路，带通滤波电路能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平，只允许特定频率的信号通过，同时屏蔽其他频段。本发明将带通滤波电路应用在红外探测器的信号放大电路中，只允许100hz～10mhz频率的信号通过，将红外探测器接收到的低频和高频噪声屏蔽，使用电路结构屏蔽目标频率范围外的噪声信号，再输出至微处理器进行算法降噪处理，降噪滤波效果更好；两个放大电路将微弱的红外信号放大至处理器可以处理的电平信号。该电路结构紧凑、稳定性良好、信号放大倍数可达50倍，能量波动小，可广泛用于红外探测器信号放大领域。
附图说明
[0020]
图1为信号带通滤波放大电路的整体示意图。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0022]
一种用于红外探测器的信号带通滤波放大电路，包含i-u转换电路、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大电路，红外探测器的电流信号连接i-u转换电路中运算放大器u1的反向输入端，从运算放大器u1的输出端也即i-u转换电路的输出端出来后，转换为电压信号，经过带通滤波电路后，输入到运算放大器u2的同向输入端，连接一级放大电路的输出端，再输入到运算放大器u3的同向输入端，连接二级放大电路，即作为信号带通滤波放大电路的输出端。
[0023]
一种用于红外探测器的信号低噪声放大电路、i-u转换电路、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大电路、低通滤波电路，其中i-u转换电路、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大电路、低通滤波电路依次连接。
[0024]
i-u转换电路包括运算放大器芯片opa847，具体电路为：芯片opa847的4号引脚连接到-5v电源，芯片opa847的7号引脚连接到+5v电源，芯片opa847的2号引脚连接到红外探测器ds1的电流信号引脚，芯片opa847的2号引脚同时还通过300ω电阻r8、r9连接到+5v电源给红外探测器提供正向电压偏置；c5、c6两端并联，c5+端连接到r8、r9之间，c5-端接电源地，用于滤除偏置电压中的噪声，使电压输出更平滑，芯片opa847的3号引脚连接到电源地，r6电阻并联在opa847的2号引脚和6号引脚间，将红外探测器输出的电流转换为电压在6号引脚输出到带通滤波电路。
[0025]
带通滤波电路具体为：电压信号经20ω电阻r7和80uf电容c2串联的电路，连接至200ω电阻r7和100pf电容c1，200ω电阻r7和100pf电容c1另一端接电源地。100hz～10mhz频率范围内电信号可以通过该带通滤波电路,其它频率电信号能量将被减弱。
[0026]
一级放大电路包括运算放大器芯片max4223，具体电路为：芯片max4223的3号引脚连接至带通滤波电路输出端，芯片max4223的2号引脚连接至1000ω电阻r10和200ω电阻r12，r10的另一端接max4223的6号引脚和51ω电阻r11，r12的另一端接电源地，51ω电阻r11另一端接33pf电容c4，电容c4此端为一级放大电路输出，c4另一端接地；一级放大电路通过运算放大器芯片max4223，将带通滤波电路输出的电压信号放大5倍。
[0027]
二级放大电路包括运算放大器芯片ad8009arz，具体电路为：运算放大器芯片ad8009arz的3号引脚连接至一级放大电路输出端，运算放大器芯片ad8009arz的2号引脚连接至20ω电阻r1和200ω电阻r3，r3的另一端接运算放大器芯片ad8009arz的6号引脚和51ω电阻r4，r4的另一端接1ω电阻r5和33pf电容c3，c3的另一端接电源地，r5的另一端即为前置信号放大模块的输出端。二级放大电路通过运算放大器芯片ad8009arz，将一级放大电路输出的电压信号放大10倍并输出。