一种弱信号放大电路的制作方法

本实用新型涉及通信
技术领域：
，尤其是涉及一种弱信号放大电路。
背景技术：
：在信号测量系统中，尤其是针对微弱信号，由于有效信号淹没于噪声信号中，为提取出有效信号，要求放大系统具有较好的信噪比，输入偏置电压尽可能的低，尤其针对10uV级别信号，普通的放大器系统高达10mV的失调电压，已无法处理如此弱小的信号。技术实现要素：为了解决上述问题，本实用新型提出了一种弱信号放大电路。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：具体的，一种弱信号放大电路,包括一级放大器、第一滤波单元、二级放大器、第二滤波单元、三级放大器、第三滤波单元、第一跟随器、程控放大器、第四滤波单元、第二跟随器及微控制器，所述一级放大器、第一滤波单元、二级放大器、第二滤波单元、三级放大器、第三滤波单元、第一跟随器、程控放大器、第四滤波单元及第二跟随器依次连接，所述微控制器与所述程控放大器连接。进一步的，所述一级放大器为仪表放大器。进一步的，所述仪表放大器的放大倍数为5倍。进一步的，所述二级放大器及三级放大器的放大倍数均为10倍。进一步的，所述第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元及第四滤波单元均为带通滤波器。进一步的，所述带通滤波器包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容、第二十电容及第二十一电容；所述第一电阻的第一端与上一级电路的信号输出端连接，第一电阻的第二端与第一电容的第一端、第二电容的第一端及第二电阻的第一端连接，第二电阻(R9)的第二端接地，第一电容的第二端与所述第三电阻的第一端及第一运算放大器的输出端连接，第三电阻的第二端与第二电容的第二端及第一运算放大器的反向输入端连接，第一运算放大器的正向输入端接地，第一运算放大器的正极与所述第三电容的第一端连接，第三电容的第二端接地，第一运算放大器的负极与所述第四电容的第一端连接，第四电容的第二端接地；所述第四电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接，其第二端与第五电容、第六电容、第七电容、第八电容及第五电阻的第一端连接，第五电阻的第二端接地，第五电容的第二端及第六电容的第二端与所述第六电阻的第一端及第二运算放大器的输出端连接，第六电阻的第二端与第七电容的第二端、第八电容的第二端及第二运算放大器的反向输入端连接，第二运算放大器的正向输入端接地，第二运算放大器的正极与所述第九电容的第一端连接，第九电容的第二端接地，第二运算放大器的负极与所述第十电容的第一端连接，第十电容的第二端接地；所述第七电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接，第七电阻的第二端与所述第十一电容的第一端、第十二电容的第一端及第八电阻的第一端连接，八电阻的第二端接地，第十一电容的第二端与所述第九电阻的第一端及第三运算放大器的输出端连接，第九电阻的第二端与第十二电容的第二端及第三运算放大器的反向输入端连接，第三运算放大器的正极与所述第十三电容的第一端连接，第十三电容的第二端接地，第三运算放大器的负极与所述第十四电容的第一端连接，第十四电容的第二端接地；所述第十二电阻的第一端与所述第三运算放大器的输出端及第十电阻的第一端连接，第十电阻的第二端与第三运算放大器的正向输入端及第十一电阻的第一端连接，第十一电阻的第二端接地，第十二电阻的第二端与第十五电容的第一端、第十六电容的第一端、第十七电容的第一端、第十八电容的第一端及第十三电阻的第一端连接，第十三电阻的第二端接地，第十五电容的第二端与第十六电容的第二端及第十四电阻的第一端连接并接所述第四运算放大器的输出端，第十四电阻的第二端与第十七电容的第二端及第十八电容的第二端连接并接第四运算放大器的反向输入端，第四运算放大器的正极与所述第十九电容的第一端连接，第十九电容的第二端接地，第四运算放大器的负极与所述第二十电容的第一端连接，第二十电容的第二端接地，所述第二十一电容的第一端与第四运算放大器的输出端及第十五电阻的第一端连接，第十五电阻的第二端与所述第十六电阻的第一端及第四运算放大器的正向输入端连接，第十六电阻的第二端接地，第二十一电容的第二端与下级电路的输入端连。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的放大电路的带通滤波器采用八阶滤波，有效解决了一阶带通滤波陡度平缓，滤波效果差的问题，同时，通过多级放大及滤波处理，有效的提高了小信号的抗干扰能力及信噪比。附图说明图1为本实用新型优选实施例的一种弱信号放大电路结构示意图；图2为本实用新型优选实施例的程控放大器电路结构示意图；图3为本实用新型优选实施例的带通滤波器电路结构示意图。具体实施方式为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。如图1所示，一种弱信号放大电路,包括一级放大器、第一滤波单元、二级放大器、第二滤波单元、三级放大器、第三滤波单元、第一跟随器、程控放大器、第四滤波单元、第二跟随器及微控制器，一级放大器、第一滤波单元、二级放大器、第二滤波单元、三级放大器、第三滤波单元、第一跟随器、程控放大器、第四滤波单元及第二跟随器依次连接，微控制器与程控放大器连接,其中，一级放大器为仪表放大器，仪表放大器的放大倍数为5倍，二级放大器及三级放大器均为放大倍数为10倍的10倍放大器；第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元及第四滤波单元均为带通滤波器。本实施例中，外部输入的10uV量级弱信号首先通过放大倍数为5倍的仪表放大器，再通过带通滤波器并输出至二级放大器进行10倍放大，经过第二滤波单元的带通滤波及三级放大器进行10倍放大后，使输入弱信号放大至500倍，使信号的量级从10uV增大至5mV量级，将上述信号通过第三滤波单元的带通滤波器及第一跟随器后，输入程控放大器，经程控放大器放大后再经过第四滤波单元的带通滤波器滤波，通过第二跟随器即可获得需求信号，其中程控放大器最大放大倍数为1000倍，通过本电路，可将10uV的信号放大至5mV～5V，本系统最大增益可达74dB(500000倍)。对于放大器而言，特别是微弱输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小信号都可能导致工作异常，因此，本实施例采用放大器的虚地技术，以阻断干扰信号进入，提高放大器的电磁兼容能力，其中，仪表放大器采用低输入失调电压的低噪运算放大器，以提高放大系统的信噪比，同时，将仪表放大器电压增益调节至5倍，用于限制时基噪声，提高系统信噪比。二级放大器及三级放大器均为低噪声放大器，每一级放大的倍数不宜过大，本实施例中，二级放大器及三级放大器均为10倍增益，信号在输入到程控放大器前，通过第一跟随器实现阻抗匹配，通过MCU对程控放大器的电压增益进行控制，其输出信号通过带通滤波器和第二跟随器后输出。通过本实用新型的放大电路结构能有效的提高放大器信噪比，适用于各种微弱信号系统。如图2所示，程控放大器包括模拟开关及第五运算放大器，程控放大器用以控制运放的输入电阻，MCU通过改变模拟开关的控制逻辑即可实现不同的放大倍数，其中，模拟开关为型号为CD4051的8通道选择器，CD4051的A、B、C端分别与MCU的3个控制端连接，MCU通过输出端输出不同的逻辑组合选通不同的通道，实现对程控放大器的不同放大倍数的控制，CD4051的COM端与第一跟随器的输出端连接，CD4051的CH0～CH7端分别与第十七电阻R27的第一端、第十八电阻R28的第一端、第十九电阻R29的第一端、第二十电阻R30的第一端、第二十一电阻R31的第一端、第二十二电阻R32的第一端、第二十三电阻R33的第一端及第二十四电阻R34的第一端连接，第十七电阻R27的第二端、第十八电阻R28的第二端、第十九电阻R29的第二端、第二十电阻R30的第二端、第二十一电阻R31的第二端、第二十二电阻R32的第二端、第二十三电阻R33的第二端及第二十四电阻R34的第二端两两连接并与第五运算放大器U6的反向输入端及第二十五电阻R35的第一端连接，第二十五电阻R35的第二端与第五运算放大器U6的输出端连接，第五运算放大器U6的输出端与第四滤波单元的输入端连接，第五运算放大器u6的正向输入端与第二十六电阻R36连接并接地。如表1所示，程控放大器放大倍数与MCU控制端口逻辑关系如下：序号ABCGain1000121O05301010411050500110061015007011100081111表1由于噪声和信号同时放大，不利于后续放大电路的工作，因此，信号经仪表放大器后需进行滤波处理，而普通的一阶带通滤波器由于陡度较为平缓，滤波效果较差，不能有效的达到要求，本实施例中采用由高通、低通滤波器组成的八阶带通滤波器，有效提高了滤波效果，如图3所示，带通滤波器包括第一运算放大器U2、第二运算放大器u3、第三运算放大器U4、第四运算放大器U5、第一电阻R5、第二电阻R9、第三电阻R1、第四电阻R6、第五电阻R10、第六电阻R2、第七电阻R7、第八电阻R11、第九电阻R3、第十电阻R14、第十一电阻R16、第十二电阻R8、第十三电阻R12、第十四电阻R4、第十五电阻R15、第十六电阻R17、第一电容C8、第二电容C18、第三电容C12、第四电容(C23)、第五电容C6、第六电容C9、第七电容C17、第八电容C21、第九电容C13、第十电容C24、第十一电容C10、第十二电容C19、第十三电容C14、第十四电容C25、第十五电容C7、第十六电容C11、第十七电容C16、第十八电容C22、第十九电容C15、第二十电容C26及第二十一电容C20；第一电阻R5的第一端与上一级电路的信号输出端连接，第一电阻R6的第二端与第一电容C8的第一端、第二电容C18的第一端及第二电阻R9的第一端连接，第二电阻R9的第二端接地，第一电容C8的第二端与第三电阻R1的第一端及第一运算放大器U2的输出端连接，第三电阻R1的第二端与第二电容C18的第二端及第一运算放大器U2的反向输入端连接，第一运算放大器U2的正向输入端接地，第一运算放大器U2的正极与第三电容C12的第一端及+12V连接，第三电容C12的第二端接地，第一运算放大器U2的负极与第四电容C23的第一端及-12V连接，第四电容C23的第二端接地；第四电阻R6的第一端与第一运算放大器U2的输出端连接，其第二端与第五电容C6、第六电容C9、第七电容C17、第八电容C21及第五电阻R10的第一端连接，第五电阻R10的第二端接地，第五电容C6的第二端及第六电容C9的第二端与第六电阻R2的第一端及第二运算放大器U3的输出端连接，第六电阻R2的第二端与第七电容C17的第二端、第八电容C21的第二端及第二运算放大器U3的反向输入端连接，第二运算放大器U3的正向输入端接地，第二运算放大器U3的正极与第九电容C13的第一端及+12V连接，第九电容C13的第二端接地，第二运算放大器U3的负极与第十电容C24的第一端及-12V连接，第十电容C24的第二端接地；第七电阻R7的第一端与第二运算放大器U3的输出端连接，第七电阻R7的第二端与第十一电容C10的第一端、第十二电容C19的第一端及第八电阻R11的第一端连接，八电阻R11的第二端接地，第十一电容C10的第二端与第九电阻R3的第一端及第三运算放大器U4的输出端连接，第九电阻R3的第二端与第十二电容C19的第二端及第三运算放大器U4的反向输入端连接，第三运算放大器U4的正极与第十三电容C14的第一端及+12V连接，第十三电容C14的第二端接地，第三运算放大器U4的负极与第十四电容C25的第一端及-12V连接，第十四电容C25的第二端接地；第十二电阻R8的第一端与第三运算放大器U4的输出端及第十电阻R14的第一端连接，第十电阻R14的第二端与第三运算放大器U4的正向输入端及第十一电阻R16的第一端连接，第十一电阻R16的第二端接地，第十二电阻R8的第二端与第十五电容C7的第一端、第十六电容C11的第一端、第十七电容C16的第一端、第十八电容C22的第一端及第十三电阻R12的第一端连接，第十三电阻R12的第二端接地，第十五电容C7的第二端与第十六电容C11的第二端及第十四电阻R4的第一端连接并接第四运算放大器U5的输出端，第十四电阻R4的第二端与第十七电容C16的第二端及第十八电容C22的第二端连接并接第四运算放大器U5的反向输入端，第四运算放大器U5的正极与第十九电容C15的第一端及+12V连接，第十九电容C15的第二端接地，第四运算放大器U5的负极与第二十电容C26的第一端及-12V连接，第二十电容C26的第二端接地，第二十一电容C20的第一端与第四运算放大器U5的输出端及第十五电阻R15的第一端连接，第十五电阻R15的第二端与第十六电阻R17的第一端及第四运算放大器U5的正向输入端连接，第十六电阻R17的第二端接地，第二十一电容C20的第二端与下级电路的输入端连接。当前第1页1 2 3