一種用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路制造技術

本發(fā)明專利技術提供了一種用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路，屬于空間測量技術領域。所述電路包括信號源、一級放大電路、保護電路、二級放大及整流電路；其中信號源的等效電路包括信號源電壓VS和內阻RS，一級放大電路包括運算放大器A1、電容C1、電阻R1、R4、R5，保護電路包括運算放大器A4、電阻R2、R3、電容C2，二級放大及整流電路包括運算放大器A2、A3、電阻R6、R7、二極管D、電容C3；所述電路具有低噪聲、高輸入阻抗、低輸出阻抗的特點，能減少測量誤差，實現高阻抗微弱信號的測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路，屬于空間測量

技術介紹
隨著航天技術的不斷發(fā)展，人類的空間探測活動越來越頻繁，探測領域也越來越廣。但在空間環(huán)境及效應的探測中，由于微弱信號幅值很低，通常被強噪聲淹沒，以及高阻抗微弱信號的測量容易受到測量系統輸入阻抗的分壓與系統輸入偏置電流的影響，微弱信號的探測非常困難，成為空間測量領域的核心問題。實際測量中，從傳感器輸出的微弱信號幅值小(在十幾微伏到幾百微伏之間)，常常掩埋在其他噪聲信號中，只有在有效抑制噪聲的條件下才能增大微弱信號的幅度。同時·信號的阻抗較大，在經過放大之前需要經過各種調理，才能提取出有用信號。因此，需要一種信號調理電路，用于解決空間測量中弱信號難以獲取的問題。
技術實現思路
為了解決空間探測中弱信號測量問題，本專利技術提供了一種用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路，可實現高阻抗微弱信號的測量。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的。一種用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路，所述電路包括信號源、一級放大電路、保護電路、二級放大及整流電路；其中信號源的等效電路包括信號源電壓Vs和內阻Rs，一級放大電路包括運算放大器Al、電容Cl、電阻R1、R4、R5，保護電路包括運算放大器A4、電阻R2、R3、電容C2，二級放大及整流電路包括運算放大器A2、A3、電阻R6、R7、二極管D、電容C3 ；所述前置調理電路的連接方式如下其中，信號源一端接地，另一端通過電容Cl后分為兩路，一路與運算放大器Al的同相端連接，另一路與電阻Rl的一端連接；運算放大器Al的反相端與運算放大器A4的同相端連接，運算放大器A4的反相端和輸出端連接后，依次接電阻R3和電容C2，然后分為兩路，一路與電阻Rl的另一端連接，另一路與電阻R2連接后接地；運算放大器Al的輸出端分為兩路，一路與電阻R4的一端連接后，經過電阻R5后接地；另一路接電阻R6后與運算放大器A2的反相端連接；同時運算放大器Al的反相端與電阻R4的另一端連接；運算放大器A2的同相端接地，運算放大器A2的電源端一端接地，另一端接電壓信號；電容C3的一端分別與電阻R6和運算放大器A2的反相端連接，另一端接地；運算放大器A2的輸出端與二極管D的陽極連接，二極管D的陰極與運算放大器A3的同相端連接，運算放大器A3的反相端與輸出端連接；電阻R7 —端與運算放大器A2的反相端連接，另一端與二極管D的陰極連接；所述前置調理電路的工作方式如下信號源獲取的電壓信號經電容Cl后，進入運算放大器Al的同相端，經運算放大器Al的輸出端輸出后，經電阻R4后分為兩路，一路進入運算放大器Al的反向端；另一路進入運算放大器A4的同相端，由運算放大器A4的輸出端輸出后，依次經過電阻R3和電容C2后，經過電阻Rl反饋至運算放大器Al的同相端；經過一級放大的信號經過電阻R6后進入運算放大器A2的反相端，輸出信號經過二極管D后，經電阻R7反饋至運算放大器A2的反相端；反饋后的信號進入運算放大器A3的同相端，由運算放大器A3的輸出端輸出后，經運算放大器A3的反相端進行閉環(huán)反饋，從運算放大器A3的輸出端得到輸出信號。有益效果I.常規(guī)方法測量時，電阻Rl的下端直接與地相連，系統的輸入阻抗主要取決于電 阻Rl的阻值，因此測量誤差較大。本專利技術通過使用保護電路，可以很好地解決這一問題。具體為在低阻抗的保護電路中使用高輸入阻抗的電壓跟隨器，把電路中低阻抗節(jié)點(運算放大器Al的同相端)的電勢強制拉升到與高阻抗輸入端(信號源輸出端)的電勢近似相等，然后通過一級放大電路中的運算放大器Al進行一級放大，將弱信號的衰減降到最小。2.信號調理過程中，信號內部噪聲隨著信號放大也被放大，需要設置濾波器消除這部分噪聲。目前，對于傳感器信號濾波常用的是由單一運算放大器和電阻電容構成的RC有源模擬濾波器。同時，為了保證后續(xù)AD轉換電路只能輸入正脈沖信號，對于含有負脈沖的信號需要二極管進行整流。同時前置放大部分由于運算放大器帶寬的限制，放大倍數可能不夠，而且有時前置放大電路的負載能力低，因此需要采用低噪聲、高帶寬的運算放大器的二級放大及整流電路。本專利技術通過在二極管整流后加入高輸入阻抗的電壓跟隨器A3，進一步提高前置調理電路的輸入阻抗，抑制噪聲。附圖說明圖I為本專利技術所述的用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路的電路圖。具體實施例方式下面通過實施例，對本專利技術進一步說明。如圖I所示的用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路，所述電路包括信號源、一級放大電路、保護電路、二級放大及整流電路；其中信號源的等效電路包括信號源電壓％和內阻Rs，一級放大電路包括運算放大器Al、電容Cl、電阻R1、R4、R5，保護電路包括運算放大器A4、電阻R2、R3、電容C2，二級放大及整流電路包括運算放大器A2、A3、電阻R6、R7、二極管D、電容C3 ；對于信號源的等效電路，信號源電壓Vs為O. ImV,內阻Rs為10ΜΩ，所述信號源可以為探測器、傳感器的探頭產生的電信弱信號；電容Cl = lnF、C2=lyF、C3=10yF、電阻Rl=100M Ω、電阻 R2=100K Ω、電阻 R3=10K Ω、電阻 R4=100K Ω、R5=R6=1K Ω、R7=100K Ω，A2 的電壓源大小為+12V ;運算放大器Α1、Α2、Α3、Α4的型號均為AD743，二極管D的型號為2CP33型硅塑封整流二極管。所述前置調理電路的連接方式如下其中，信號源一端接地，另一端通過電容Cl后分為兩路，一路與運算放大器Al的同相端連接，另一路與電阻Rl的一端連接；運算放大器Al的反相端與運算放大器A4的同相端連接，運算放大器A4的反相端和輸出端連接后，依次接電阻R3和電容C2，然后分為兩路，一路與電阻Rl的另一端連接，另一路與電阻R2連接后接地；運算放大器Al的輸出端分為兩路，一路與電阻R4的一端連接后，經過電阻R5后接地；另一路接電阻R6后與運算放大器A2的反相端連接；同時運算放大器Al的反相端與電阻R4的另一端連接；運算放大器A2的同相端接地，運算放大器A2的電源端一端接地，另一端接電壓信號；電容C3的一端分別與電阻R6和運算放大器A2的反相端連接，另一端接地；運算放大器A2的輸出端與二極管D的陽極連接，二極管D的陰極與運算放大器A3的同相端連接，運算 放大器A3的反相端與輸出端連接；電阻R7 —端與運算放大器A2的反相端連接，另一端與二極管D的陰極連接。所述前置調理電路的工作方式如下信號源獲取的電壓信號經電容Cl后，進入運算放大器Al的同相端，經運算放大器Al的輸出端輸出后，經電阻R4后分為兩路，一路進入運算放大器Al的反向端；另一路進入運算放大器A4的同相端，由運算放大器A4的輸出端輸出后，依次經過電阻R3和電容C2后，經過電阻Rl反饋至運算放大器Al的同相端；經過一級放大的信號經過電阻R6后進入運算放大器A2的反相端，輸出信號經過二極管D后，經電阻R7反饋至運算放大器A2的反相端；反饋后的信號進入運算放大器A3的同相端，由運算放大器A3的輸出端輸出后，經運算放大器A3的反相端進行閉環(huán)反饋，從運算放大器A3的輸出端得到輸出信號。一級放大電路采用具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的同相比例運算電路，所述同相比例運算電路包括運算放大器A1、電阻R本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于高阻抗弱信號測量的前置調理電路，其特征在于：所述電路包括信號源、一級放大電路、保護電路、二級放大及整流電路；其中信號源的等效電路包括信號源電壓VS和內阻RS，一級放大電路包括運算放大器A1、電容C1、電阻R1、R4、R5，保護電路包括運算放大器A4、電阻R2、R3、電容C2，二級放大及整流電路包括運算放大器A2、A3、電阻R6、R7、二極管D、電容C3；所述前置調理電路的連接方式如下：其中，信號源一端接地，另一端通過電容C1后分為兩路，一路與運算放大器A1的同相端連接，另一路與電阻R1的一端連接；運算放大器A1的反相端與運算放大器A4的同相端連接，運算放大器A4的反相端和輸出端連接后，依次接電阻R3和電容C2，然后分為兩路，一路與電阻R1的另一端連接，另一路與電阻R2連接后接地；運算放大器A1的輸出端分為兩路，一路與電阻R4的一端連接后，經過電阻R5后接地；另一路接電阻R6后與運算放大器A2的反相端連接；同時運算放大器A1的反相端與電阻R4的另一端連接；運算放大器A2的同相端接地，運算放大器A2的電源端一端接地，另一端接電壓信號；電容C3的一端分別與電阻R6和運算放大器A2的反相端連接，另一端接地；運算放大器A2的輸出端與二極管D的陽極連接，二極管D的陰極與運算放大器A3的同相端連接，運算放大器A3的反相端與輸出端連接；電阻R7一端與運算放大器A2的反相端連接，另一端與二極管D的陰極連接。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：薛玉雄，安恒，楊生勝，把得東，曹洲，馮展祖，柳青，石紅，
申請(專利權)人：中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：