地，放大器（1)的输出端7输出信号U。。电容Cl 和电阻Ri构成低频通路，电容C2和电阻R2构成负反馈通路，所述第一S极管Q1、电阻R4和 电阻R,构成第一可变增益切换电路（2)，第二S极管Q2、电阻Re和电阻R8构成第二可变增 益切换电路（3)，输出信号U。经负反馈通路的高频通路电阻R2和电容C2反馈至放大器1负 向输入端6,再经所述的放大器1负向输入端6流向有=条支路选择项，一是低频通路电容 Cl和电阻R1支路，二是通过可变增益切换电阻R3接可变增益切换电路2支路，S是通过可 变增益切换电阻咕接可变增益切换控制电路3支路。
[0025] 在接收距离较近时，输出信号U。值为2. 5V，处于饱和失真状态，失真效果图如图 2(a)所示，通过可变增益切换电路（2)控制电阻Rs与接地端断开或/和可变增益切换控制 电路（3)控制电阻咕与接地端断开，从而实现输出信号U。的幅值降低从而避免放大信号饱 和失真，如图2化）所示输出信号U。的幅值达到正常状态；当接收距离很远时，输出信号U。 的值为0. 2V，幅值较低，其效果图如图3 (a)所示，不能满足后续信号处理和检测的要求，而 通过可变增益切换控制电路（2)控制电阻Rs与接地端导通或/和可变增益切换控制电路 (3)控制电阻咕与接地端导通，实现输出信号U。的幅值增高W满足后续信号处理和检测的 要求，其输出信号U。的效果如图3(b)所示。
[0026] 本实用新型中的另一个具体实施例可W用金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)代替附图1中S极管，其中的电路接线连接关系中的差异是MOSFET的栅极对应于 S极管的基极，MOSFET的漏极对应于S极管的集电极，MOSFET源极对应于发射极。当然，本 实用新型的再一个具体实施例还可W是用继电器替代附图1中的=极管，具体连接关系类 同，此处不再详述。
[0027] 如上实施例所述的可增益带通放大电路，其切换控制方法包括W下步骤：
[002引 S10:根据系统对输出信号U。幅值要求，设置第一触发阔值Uthi和设置第二触发阔 值作为启动和停止第一可变增益切换电路（2)和第二可变增益切换电路（3)的切换电 压，其中Ut出〉U化1;
[0029]S20:若输出信号U。的幅值低于阔值Uthi，所述的第一可变增益切换电路似的控 制信号山或/和第二可变增益切换电路（3)的控制信号U才启动切换；
[0030] S30:若输出信号U。的幅值大于Uth2,所述的第一可变增益切换电路似的控制信 号山或/和第二可变增益切换电路（3)的控制信号U。将停止切换。
[0031] 进一步的，在步骤S20中，还包括步骤
[003引 S21:首先控制信号山启动所述第一可变增益切换电路似切换，使得电阻Rs与 所述电阻Ri并联，再判断输出信号U。的幅值是否低于阔值Uthi;
[003引S22:若输出信号U。的幅值仍然低于阔值Uthi，则控制信号山停止所述第一可变增 益切换电路（2)切换，而控制信号U。,启动所述第二可变增益切换电路（3)切换，使得电阻 Rs与所述电阻R1并联，再判断输出信号U。的幅值是否低于阔值Uthi;
[0034] S23;若输出信号U。的幅值仍然低于阔值Uthi，控制信号启动所述第一可变增益 切换电路似切换，控制信号U。启动所述第二可变增益切换电路做切换，此时电阻Rs、电 阻Rs与电阻Ri-起并联。
[0035] 所述第一控制信号山和第二控制信号U可由软件算法判断触发条件后，由MCU 等控制器提供，也可由硬件电路比较触发条件后，由比较电路提供，W实现对所述第一可变 增益切换电路（2)和/或所述第二可变增益切换电路（3)的切换与否。
[0036] 进一步的，在步骤S30中，还包括步骤
[0037] S31 ;首先控制信号山停止所述第二可变增益切换电路（3)切换，使得只有电阻Rg 与电阻Ri并联，再判断输出信号U。的幅值是否高于阔值Uth2;
[0038] S32:若输出信号U。的幅值仍然大于阔值Uth2，则控制信号山启动所述第一可变增 益切换电路（2)切换，而控制信号U。,停止所述第二可变增益切换电路（3)切换，使得电阻 Rs与所述电阻R1并联，再判断输出信号U。的幅值是否高于阔值Uth2;
[0039] S33;若输出信号U。的幅值仍然大于阔值Uth2,则控制信号停止所述第一可变增 益切换电路（2)切换，而控制信号U。,停止所述第二可变增益切换电路（3)切换，电阻Rs、电 阻Rs都不与电阻Ri并联。
[0040] 根据本实用新型的可变增益带通放大电路及其切换控制方法，下面将详述一种压 电式信号的可变增益带通放大电路，其信号源的频率为70曲Z，信号幅度近距离接收经前置 放大后约为150mV，运距离接收经前置放大后信号幅度约为15mV，放大器1供电电压为5V， 可实现其带通滤波放大功能的，具体电路中器件参数选取和实现方法的步骤如下：
[0041] 1、输出信号U。幅值最大峰峰值W供电电压为停止切换可变增益控制电路的触发 阔值Uth2= 2. 4V，识别最小信号强度，由电路噪声密度和ADC精度决定，即信噪比大于20地， 启动切换可变增益控制电路的触发阔值Uthi= 0. 5V;
[0042] 2、根据基尔霍夫电流电压定律，建立本实用新型的可变增益带通放大电路的传递 函数
【主权项】
1. 一种可变增益带通放大电路， 包括放大器（1)和并联连接于所述放大器（1)的信号输出端和负向输入端的电容c2、 电阻R2，还包括依次串联于所述放大器（1)的负向输入端和接地间的电容C1、电阻R1，其特 征在于还包括电阻R3、电阻R5、第一可变增益切换电路（2)、第二可变增益切换电路（3)，其 中电阻R3-端连接于电容Ci和电阻R」司，电阻R3的另一端连接所述第一可变增益切换电 路⑵的输出端，电阻R5-端连接于电容Ci和电阻R:间，电阻R5的另一端连接所述第二可 变增益切换电路（3)的输出端，所述放大器（1)的正向输入端接收输入信号Ui,放大器（1) 的输出端输出信号U。，所述第一可变增益切换电路（2)的输入端接收第一可变增益切换控 制信号Ucl，所述第二可变增益切换电路（3)的输入端接收第二可变增益切换控制信号1 2， 所述电阻馬大于电阻R5的阻值。
2. 根据权利要求1所述的可变增益带通放大电路，其特征在于：所述第一可变增益切 换电路⑵包括第一三极管Q1、电阻R4和电阻R7，所述第一三极管Q1的集电极输出连接于 电阻馬的另一端，所述第一三极管Qi的发射极接地，电阻R4的一端与所述第一三极管Q:的 基极连接，电阻R4另一端连接第一可变增益切换控制信号U，电阻R7-端与所述第一三极 管Q1的基极连接，电阻R7另一端接地； 所述第二可变增益切换电路（3)包括第二三极管Q2、电阻R6和电阻R8，所述第二三极 管Q2的集电极输出连接于电阻1?5的另一端，所述第二三极管Q2的发射极接地，电阻R6的一 端与所述第二三极管Q2的基极连接，电阻R6另一端连接第二可变增益切换控制信号U。2,电 阻R8-端与所述第二三极管Q2的基极连接，电阻R8另一端接地。
3. 根据权利要求1所述的可变增益带通放大电路，其特征在于： 所述第一可变增益切换电路（2)包括金属氧化物半导体场效应管Q1、电阻R4和电阻R7, 所述金属氧化物半导体场效应管％的漏极输出连接于电阻1?3的另一端，所述金属氧化物半 导体场效应管Q1的源极接地，电阻R4的一端与所述金属氧化物半导体场效应管Qi的栅极 连接，电阻R4另一端连接第一可变增益切换控制信号U，电阻R7-端与所述金属氧化物半 导体场效应Q1的栅极连接，电阻R7另一端接地； 所述第二可变增益切换电路（3)包括金属氧化物半导体场效应管Q2、电阻R6和电阻R8, 所述金属氧化物半导体场效应管92的漏极输出连接于电阻1?5的另一端，所述金属氧化物半 导体场效应管Q2的源极接地，电阻R6的一端与所述金属氧化物半导体场效应管Q2的栅极 连接，电阻R6另一端连接第二可变增益切换控制信号U。2，电阻R8-端与所述金属氧化物半 导体场效应Q2的栅极连接，电阻R8另一端接地。
【专利摘要】本实用新型提供了一种可变增益带通放大电路，其特征在于还包括电阻R3、电阻R5、第一可变增益切换电路、第二可变增益切换电路，其中电阻R3一端连接于电容C1和电阻R1间，电阻R3的另一端连接第一可变增益切换电路的输出端，电阻R5一端连接于电容C1和电阻R1间，电阻R5的另一端连接第二可变增益切换电路的输出端，放大器的正向输入端接收输入信号Ui，放大器的输出端输出信号Uo，第一可变增益切换电路的输入端接收第一可变增益切换控制信号Uc1，第二可变增益切换电路的输入端接收第二可变增益切换控制信号Uc2，电阻R3大于电阻R5的阻值。本实用新型可以实现增益值可变，在接收距离较远时保证足够大的信号幅值，方便后续信号处理与检测，在传感器近距离接收时，避免放大信号饱和失真的情况，且电路简单，成本低。
【IPC分类】H03G3-20
【公开号】CN204392195
【申请号】CN201520035089
【发明人】秦运柏, 宋树祥, 蒋品群, 雷晓平, 谢军涛, 岑明灿, 唐荣江
【申请人】广西师范大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月19日