文献1--提高微弱信号放大性能
微弱信号检测放大的原理及应用
《微弱信号检测与放大》摘要：微弱信号常常被混杂在大量的噪音中,改善信噪比就是对其检测的目的，从而恢复信号的幅度。
因为信号具备周期性、相关性,而噪声具有随机性，所以采用相关检测技术时可以把信号中的噪声给排除掉。
在微弱信号检测程中，一般是通过一定的传感器将许多非电量的微小变化变换成电信号来进行放大再显示和记录的。
由于这些微小变化通过传感器转变成的电信号也十分微弱，可能是VV甚至V或更少。
对于这些弱信号的检测时，噪声是其主要干扰，它无处不在。
微弱信号检测的目的是利用电子学的、信息论的和物理学的方法分析噪声的原因及其统计规律研究被检测量信号的特点及其相干性利用现代电子技术实现理论方法过程，从而将混杂在背景噪音中的信号检测出来。
关键词：微弱信号；检测；放大；噪声1前言测量技术中的一个综合性的技术分支就是微弱信号检测放大，它利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特征和相关性，检出并恢复被背景噪声掩盖的微弱信号。
这门技术研究的重点是如何从强噪声中提取有用信号，从而探索采用新技术和新方法来提高检测输出信号的信噪比。
微弱信号检测放大目前在理论方面重点研究的内容有：a.噪声理论和模型及噪声的克服途径；b.应用功率谱方法解决单次信号的捕获；c.少量积累平均，极大改善信噪比的方法；d.快速瞬变的处理；e.对低占空比信号的再现；f.测量时间减少及随机信号的平均；g.改善传感器的噪声特性；h.模拟锁相量化与数字平均技术结合。
2.微弱信号检测放大的原理微弱信号检测技术就是研究噪声与信号的不同特性，根据噪声与信号的这些特性来拟定检测方法，达到从噪声中检测信号的目的。
微弱信号检测放大的关键在于抑制噪声恢复、增强和提取有用信号即提高其信噪改善比SNIR。
根据下式信噪改善比（SNIR）定义即输出信噪比（S/N）0与输入信噪比（S/N）i之比。
（SNIR）越大即表示处理噪声的能力越强，检测的水平越高。
微弱信号检测的前置放大电路设计
使仪表运算放大器的倍数在 1、10、100 和 1000 之间改变。
4.2 滤波器的设计
为了加强滤波器滤除噪声的能力, 笔者采用了二阶低通滤
波器,并在滤波器的设计过程中选择了同样的电容电阻组合。滤
波器的截止频率可通过公式
来进行计算, 由于生
物传感器的信号多为低频信号, 因此可以将低通滤波器的截止
频率设计的低一些。在笔者所设计的电路中,电阻值 100kΩ,电
ple of deigning preamplifier circuit whit I/V Conversion level, instrumentation amplifier level and low -pass filter level. At the same time the article discussed the circuit's noise suppression and isolation according to the characteristics of the weak signal, and gave the method of choosing elements and noise reduction. Finally, gave the design of the weak signal detection pre -amplifier using the program-controlled integrated instrumentation amplifier PGA202. Key words: precision agriculture; weak signal detection; instrumentation amplifier; preamplifier
微弱信号放大电路设计
微弱信号放大电路设计1. 引言微弱信号放大电路是一种常见的电子电路设计，用于将输入信号放大到足够大的幅度以供后续处理或分析。
本文将详细讨论微弱信号放大电路的设计原理、常用电路结构以及一些注意事项。
2. 设计原理在微弱信号放大电路设计中，主要考虑的是信号放大的增益和电路的噪声特性。
通常情况下，微弱信号放大电路采用放大器作为主要元件，通过控制放大器的增益来实现信号的放大。
2.1 放大器的工作原理放大器的工作原理是利用电子器件（如晶体管、运放等）的非线性特性，将输入信号的小幅度变化转化为输出信号的大幅度变化。
放大器通常由输入级、中间级和输出级组成，其中输入级负责将输入信号转换为小幅度变化的电压，中间级将小幅度变化的电压放大到一定程度，而输出级则进一步放大并驱动负载。
2.2 增益和频率响应在微弱信号放大电路设计中，增益和频率响应是两个重要的参数。
增益表示电路将输入信号放大的倍数，通常以分贝（dB）为单位表示。
频率响应则描述了放大器对不同频率信号的放大程度，一般以频率-增益图形式表示。
3. 常用电路结构微弱信号放大电路可以采用多种不同的电路结构，下面介绍几种常见的结构。
3.1 基本放大器电路基本放大器电路是最简单的放大器结构，包括输入电阻、输入耦合电容、放大器和输出耦合电容。
这种电路结构适用于较低频率的信号放大。
3.2 双射极放大器双射极放大器是一种常用的放大器结构，具有高的增益和宽广的频率响应。
它由两个共射极晶体管组成，通过负反馈来提高线性度和稳定性。
3.3 差分放大器差分放大器由两个双射极晶体管组成，具有良好的抗干扰能力和共模抑制比。
差分放大器常用于抗干扰要求较高的放大场合。
4. 注意事项在设计微弱信号放大电路时，需要注意以下几点：4.1 输入信号的幅度微弱信号放大电路的输入信号幅度通常较小，需要选择合适的放大倍数以保证输出信号的可靠性。
4.2 电源噪声和干扰电源噪声和干扰可能会影响放大器的性能，设计时应注意选择低噪声的电源和合适的滤波电路来抑制噪声和干扰。
微弱电流信号的检测和放大电路.doc
电压放大器结构合理，准确得实现了电压放大功能。
经I/V转换器后电压（通道B），经一级差分式放大电路后输出电压（通道C）,经二级差分式放大电路后输出电压(通道D)波形对比如图9所示：
图9运算放大电路输入输出电压波形对比
3.
本设计采用开关式相敏检波电路。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。其结构如图10所示。
要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。
三、设计时间及进度安排
设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表：
周安排
设 计 内 容
设计时间
第一周
布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据指导意见，修改具体设计；仿真实现设计要求，指导、检查完成情况。
15.06.23-15.06.26
第二周
设计、仿真，撰写、完成专业模块设计报告,验收、考核
15.06.29-15.07.03
四、指导教师评语及成绩评定
指导教师评语:
年 月 日
成绩
指导教师(签字):
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
经过相敏检波输出电压为4.327V，输入输出电压如图13所示。
图
经过相敏检波电路的波形如图14所示：
图14相敏检波电路输出波形
4.
为了给相敏检波电路提供同频方波信号，实现检波功能。其结构如图15所示。
图
其同向端接地，反向端接入高频正弦来自压信号（1KHZ），输出端为方波信号。当反向端正弦电压小于0时，输出高电平；当反向端输入的正弦电压大于0时，输出低电平。所以输入正弦波输出为反向的正弦波。输入信号和输出信号对比如图16所示。
微弱信号高精度线性放大电路的设计_王建宇
的差分电路的放大要求，可以有效地滤除共模信号，而只有
差分 信 号被 放 大 。 Y1 和 Y2 作 为 双 运算 放 大 器的 同 时 ，又是
一个具有高输入阻抗的缓冲器，保证 V1 和 V2 电压不被降低， 所以图 3 所示电路具有较高的输入阻抗符合一起仪表放大
器的技术要求。
在图 3 所示电路中，调节的阻值，可以线性的改变放大
材 科 技 ，2004，25(5)：71-74．
XU Yong -zhi,TENG Jun. Differential sensor system error
compensation technology [J]. Science and Technology of
Overseas Building Materials,2004,25(5):71-74.
电路具有较高的共模抑制比和较好线性度。
关键词：微弱信号;高精度;线性放大;运算放大器;共模抑制比
中 图 分 类 号 ：TN72
文献标识码： A
文 章 编 号 ：1674－6236（2014）22-0094-03
The design of weak signal high-precision linear amplifier circuit
500≤1/2（2π×R6 ×C1 ) 同时， 为保证集成运算放大器输入级差分放大电路的对称 性，R5 应与 R6 和 R7 组成的电阻阻抗匹配。
4 整体电路测试
整体电路图如图 5 所示。 电路中各电容电阻参数选取如 表 1 所示。
图 5 整体电路图 Fig. 5 The entire circuit
电路的增益。 以适合不同场合的应用。 为了使电路的 CMRR
达到 最 大，可 以 同 时 调 节 R8 和 R12 的大 小 而 不破 坏 放 大电 路 的平衡状态。
基于CTIA的微弱信号放大电路研究
基于CTIA的微弱信号放大电路研究邢亚第【摘要】获得尽可能大的放大倍数与运放饱和输出导致信号失真的矛盾,制约着微弱信号放大调理电路的整体性能.由于水听器及其他产生微弱信号的传感器的一致性原因,其输出信号的微小偏移可能导致放大电路的饱和失真.如果不能很好地解决该问题,数据采集系统将不得不以降低电路放大倍数为代价以获得不失真数据.介绍了一种信号输出直流偏置不依赖于前端输入直流偏置的CTIA型积分放大与采样保持电路.理论上,配合嵌入式系统提供的时序控制与偏置反馈功能,该电路可以很好地解决由于水听器输出一致性原因导致的信号失真问题,保证了电路的放大倍数的需求.%The contradiction between the maximum amplification factor to gain and the saturation output of the op-amp which leads to signal distortion, restricts the overall performance of the weak signal amplifying and conditioning circuit. Due to the consistency of hydrophones and other sensors that pro-duce weak signals, small shifts in their output signals may result in saturation distortion of the amplifica-tion circuit. If this problem is not solved well, that data acquisition system will have to obtain undistort-ed data at the expense of reducing the amplification factor of the circuit. This paper introduces a CTIA-type integrated amplifier and sample-and-hold circuit whose signal output DC bias is independent of front-end input DC bias. In theory, with the timing control and bias feedback function provided by em-bedded system, this circuit can solve the problem of signal distortion caused by the consistency of hy-drophone output,and ensure the requirements of the amplification factor of the circuit.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】4页(P54-56,60)【关键词】水声器;微弱信号;积分放大;CTIA电路;采样保持【作者】邢亚第【作者单位】中船重工集团公司第七二六研究所,上海201108【正文语种】中文【中图分类】TN722.51 引言声波是目前海洋中唯一能够远距离传播的能量辐射形式，所以声波成为在浩瀚的大海中进行信息采集、传输的重要载体[1]。
如何提高频谱仪测量弱小信号的能力
电子技术• Electronic Technology
器是一级低通配置，用于从视频信号中滤除高 频成分定。对于有足够信噪比的情况下测量信 号，经常选择VBW与RBW相等。在低S/N 的情况下，可以通过减小VBW,可以使弱信 号会在频谱中稳定显示出来。视频滤波器虽然 不会降低平均噪声电平，可是能减少噪声的峰 值电平，显示出被本底噪声掩盖的小信号。因 此要提高频谱仪对小信号的测量能力，VBW 的设置的一般要小。
当用户通过用户界面选择开始播放另外 一个信号中的节目时，主芯片会选择控制其他 解复用通道绑定另外一路调谐器和解调器，并 通过调谐器和解调器开始锁定频点和处理数 据，主芯片获取到该节目的ES数据后，同样 也需要送视频解码器中转换为电视能识别的模 拟信号，然后机顶盒通过设置播放窗口的大小 和位置来播放第二路视频。此时，实现了同时 播放第一路视频和第二路视频，并且这两个节 目是不同广播信号中的节目。
3结束语
针对现有技术的不足，只能播放一种广播 信号中的节目，提供了一种同时接收DVB-C 和DTMB双路信号机顶盒的方法，以降低经 济成本和增强使用的便捷性和实用性。总而言 之，对于我国的数字电视来说，其具有公共性 与免费性的特征，同时，也呈现了成本低、收 益快的特点，这也就意味着数字电视的发展会 越来越好。DTMB智能机顶盒作为集合多种 功能与一身的智能化机顶盒，不仅顺应了多元 化时代的发展趋势，也更好的满足的人们的多 样性需求，所以说对设计进行深入的研究，具 有十分明显的实用价值。
Electronic Technology •电子技术
如何提高频谱仪测量弱小信号的能力
文/陈敬华
本文描述了频谱仪的最基本 摘 令工作原理、相关参数及各种参 要 数的设置.使用前直放大器、改 ■ 变衰减值、调整RBW和VBW、设置
提高微弱电流放大器性能的方法
的输入阻抗并非理想的无穷大 。当反馈电阻增 大 到足够 大 时 ， 偏置 电 流 Ｉ对 被 测 电 流 Ｉ的分 ｓ
流作 用 变 得 不 可 忽 视 ， 时 Ｖ 一 一 （ｓ Ｂ 此 ｏ Ｉ—Ｉ） Ｒ ， Ｉ≥ Ｉ时 ， 破 坏 了 ＩＶ 变 换 方 法 的基 Ｆ当 Ｂ Ｓ 便 ／
维普资讯
第 ２卷 ７
２０ ０ ７年
第５ 期
９月
核 电子学 与探测技 术
Ｎｕ ｌ ｒＥ ｅｔ ｎｃ ｃ ａ ｌ ｒ ｉｓ＆ Ｄ ｔｃｉｎＴｅｈ ｏｏ ｙ ｅ ｃｏ ｅｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖｏ ７ Ｎｏ ５ ｋ２ ．
ｓ ｐ ２ ０ ｅ． ０７
此外 ， 容件 的选 择也很 重 要 ， 阻 电阻应选 噪
滤波效果好 ， 由于其上的电压降会 降低器件 但
的供电电压 ， 从而影响动态范 围和输 出。根据
声低的金属膜电阻 ； 电容应选低噪声的瓷介 、 云 母 和钽电容 。反馈 电阻 两端 并联 一个 小 电容有
助 于平 滑 电阻 中 因 自由电子 不规 则运 动引 起的
稳定性 、 温度漂移等 。
１ 运算放大器与反馈电阻的选择
微弱电流的测量通常是借助于高输入阻抗
运算 放大 器 采 用 ＩＶ 变 换 的方 法 来 实 现 。测 ／
量原 理 电路如 图 ｌ 所示 。被测 电流 Ｉ 自内 阻 来
础。第二过大的反馈 电阻其 电阻精度低 、 稳定 性差 、 噪声 也 大 。第 三 采 用 过大 的反 馈 电阻 相
很大 的微 电 流信 号 源 ， 电离 室输 出 电流 。对 如
于输入阻抗和放大倍数均为无穷大的理想运算
学位论文—模拟电子技术报告--两级阻容耦合放大电路的设计与调试
模拟电子技术课程设计报告题目：两级阻容耦合放大电路的设计与调试学院电气工程学院专业班级12级电气3班学生姓名指导教师同组组员提交日期 2014年03月 07日电气工程学院专业课程设计评阅表学生姓名学生学号201230088063同组队员专业班级12电气3班题目名称两级阻容耦合放大电路的设计与调试一、学生自我总结二、指导教师评定目录目录一、设计目的 (5)二、设计要求和设计指标 (5)三、设计内容 (5)3.1.内容简介 (5)3.2.电路原理 (6)3.3参数确定 (7)3.4具体仿真电路 (7)3.5仿真结果与分析 (8)3.5.1设计要求 (8)3.5.2.技术指标 (8)3.5.3功能仿真及仿真图 (8)3.5.4. 测试电压 (9)3.5.5.频率失真图 (9)3.5.6.输出波形图 (10)3.5.7频响特性 (10)四、本设计改进建议 (4)五、总结（感想和心得等 (11)六、主要参考文献 (11)附录 (12)一、设计目的1.能够较全面地巩固和应用“模拟电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握电路设计的全过程（设计-仿真-PCB板制作-调试安装）。
2.能合理、灵活地应用分立元件或标准集成电路芯片实现规定的电路。
3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的模拟电子系统的能力。
4.培养独立设计能力，熟悉EAD工具的使用，比如EWB（现在为Multisim系列）（仿真分析）及Protel（原理图和PCB版图的制作）等。
5.培养书写综合设计实验报告的能力。
二、设计要求和设计指标1.设计要求：1.根据性能指标要求，确定电路及器件型号，计算电路组件参数；2.在EWB中进行电路仿真，测量与调整电路参数，是满足设计计算要求。
3.测试性能指标，调整修改组件参数值，使其满足电路性能指标要求，将修改后的组件参数值标在设计原理图上。
4.上述各项完成后，在Protel软件中绘制电路原理图及其PCB版图。
微弱信号检测的超低噪音宽带放大器设计
产能经济微弱信号检测的超低噪音宽带放大器设计秦正波 任羊弟 王 辉 安徽师范大学物理与电子信息学院摘要：本文简要报道了微型超低噪音宽带快电荷灵敏前置放大器。
该放大器主要采用高增益宽带低噪音电压反馈型集成运放芯片OPA847，其低电压输入噪音低至0.85nV/Hz1/2, 带宽高至3.9GHz。
整个成本低至数百元，是同类型产品的1/10或更少，该前置放大器具有电路结构简单、紧凑，超高速，极低噪音，超高稳定性等优点。
经实验测试，该放大器能有效进行微弱信号的放大和噪音的抑制，可广泛应用于普通物理实验的光电探测的前置放大，科研上也具有较可观的应用前景。
关键词：微弱信号检测；前置放大器；超低噪音中图分类号：TN722 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2017)007-0339-02The design of an ultra-low-noise wideband amplifier for the weak signal measurementQIN Zheng-bo，REN Yang-di，WANG Hui(Department of Physics, Anhui Normal University, Wuhu 241000, Anhui, China)Abstract: A miniature, ultra-low-noise, and high-sensitivity preamplifier has been introduced in brief in this paper. The design is adopted which mainly combines a high-gain bandwidth, low-noise, voltage-feedback operational amplifier OPA847. The input voltage noise density reaches to as low as 0.85nV/Hz1/2 and bandwidth gets up to 3.9 GHz. The device costs only several hundred yuan, which is less than one tenth of cost for similar products. The preamplifier has the advantage of simple, compact, super-high speed, ultra-low noise and super-high stability et al. The amplifier has the function of the gain of weak signal and suppression of noise after testing. It is applied to the amplification of photoelectric detection and has the application foreground for scientific research.Key words: weak signal detection; pre-amplifier; ultra-low-noise引言在大学物理实验中的光电测量，光信息传输实验中的微弱信号检测或者飞行时间质谱实验中的质谱检测，无论光谱测量中使用的光电倍增管[1]，还是质谱实验中使用的微通道板[2-3]，最终输出的都是脉冲电子流，尤其是电子流具有瞬态性和高速性(10-9秒)，而普通的低带宽的放大器无法有效的进行高速电子脉冲信号的放大，并且会造成时间积分上的拉宽，造成信号损失乃至丢失，最终可能不为采集装置所采集，因此从检测器上所获得的微弱信号，需要经过前置放大器进行预放大才可以被瞬态采集卡或者示波器进行信号采集及数据处理。
可编程微电流放大电路设计论文
可编程微电流放大电路的设计【摘要】为了使微电流测量时放大倍数可根据实际需要控制，介绍了一种基于可编程放大器lmp8100的微电流测量方法，它适用于变化范围较大的微电流测量。
该放大器具有量程可调节、高分辨率、响应速度快和抗干扰稳定性好以及价格低廉等优点。
【关键词】微电流测量；量程可调节；lmp8100可编程放大器0.引言近年来，随着电子技术的飞速发展和研究的不断深入，人们认识自然的方向从宏观世界不断向微观世界延伸，人们对电流和电压精度的要求也不断提高。
为了满足需要，微弱电流的高精度检测在不同的领域得到了非常广泛的应用和推广。
微弱信号检测也随之不断发展成为一门学科，在生物医学工程、物理、化学、材料测试、天文、光电器件以及多种工程应用领域都有广泛的应用。
1.微电流信号的检测微电流信号的测量通常包括五个步骤，将被测信号依次进行预滤波处理、一级放大、二级滤波、二级放大等操作，得到满意的信号，再进行测量等后续处理。
1.1预滤波处理通常，人们所需要的有用信号是非常微弱的，几乎湮灭于强大的干扰噪声信号中，测量信号的困难来自于各种干扰。
因此，要检测到该有用的信号，我们需要最大程度地抑制噪声信号。
预滤波处理的作用就是消除夹杂在模拟信号中的高频波成分来提高测量微弱信号的精确程度。
常见的滤波电路有π型rc滤波，倒l型rc滤波，π型lc滤波，倒l型lc滤波。
1.2微弱信号的放大显然，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果。
通常，我们处理微弱信号所采取的方法是先用运算放大器将其进行i-v转换，进行第一级放大，然后再进行第二级放大。
1.2.1一级放大一级放大就是运算放大器将其进行i-v转换。
由于在实际中，运算放大器并不理想，其输入阻抗并不是无穷大, 偏置电流ib也有分流作用。
而被测量的对象是微弱电流信号, 在进行放大时易产生电压和电流失调、零点漂移等现象，从而影响测量精度。
此时普通运算放大器已不能满足要求。
仪用放大器是一种经过优化处理、专门设计的精密差分放大器,它具有很多独特的优势——高共模抑制比、较小的线性误差、高输入阻抗、低噪声、低失调电压和低失调电压漂移，非常适合用于微电流信号的放大。
微弱信号调理电路的设计及研究
精 确 的信 号 调理是微 弱 信 号检 测 ¨ （ ａ ｉ ａ Ｄ ｔ ｔｎ 中 的关 键 技 术 ， 得 微 弱 量 （ ＷｅｋＳｇ ｌ ｅｅ ｉ ） ｎ ｃｏ 使 如弱 光 、 位 小
检测的实验结果 表明 ， 该电路能达到动态范围几微伏到几十毫伏 、 灵敏度 ｌ Ｖ、 响应 时间优 于 １Ｉ ｌ ｌ ｓ的技 术指标 ， 具 有 性能稳定 ， 可靠性高 、 灵活性强 、 可编程等特点 。 关键词 ： 微弱信号 自动跟踪滤波器 中图分 类号： Ｎ ０ Ｔ ４２ 可编程增益 动态范 围 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：６ １ ７ ５ ２ １ ） １ ０４— ４ １７ —８５ （ ００ ０ —０ ６ ０
Ａ ｌ ｅ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓｏ ａ ｉ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｃ ｏ ｈ ｎ ｈ ｗ ｔ ａ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ａ ｈ ｅ ｅ ｅ ｍｐ ｉ ｒ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｆＷｅ ｋ Ｓ ｇ ｌＤ ｔｃ ｉ ｎ Ｍｉｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔｔ ｉ ｉ ｃ ｉｖ ｓ ｔ ｉ ｆ ｉ ｎ ｏ ｈ ｈ ｃ ｓ ｈ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉｎ ｌ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ａ ｍｐ ｒ ｎ ｉ ｃｉｎ ｔ ａ ｅｆ ｌ ｆｍｏ ｉ ｒ ｇ ｄ ・ ｓｒ ｃ ：Ｐ ｅ ｉｅ Ｓ ｇ ａ ｎ ｉ ｏ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｉ ｏ ｔ ｔ ｒ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔｉ ｅ Ｃ ｉ ｓ ａ ｄ ｅ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｌｐ ． Ｂ ｓ ｄ ｏ ｗ ｔｈ Ｃ ｐ ｃｔ ｒＦ ｈ ｒ ｎ ｙ ａ ｃ Ｒ ｎ ｅ Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔｔ ｎ Ａｍｐ ｉ ｅ ，ｔ ｉ ａ ｉｌ ｒ — ｅ ｏ ｓ ａ ｅ ｎ Ｓ ｉ ａ ａ ｉ ｉ ｅ ｓａ ｄ Ｄ ｎ ｍｉ ａ ｇ ｎ ｔ ｃ ｏ ｕ ｎａ ｏ ｉ ｌ ｒ ｈ ｓ ｒ ｃ ｅ ｐ ｏ ｉ ｆ ｔ
纳伏级微弱信号放大电路的设计
—
３ 示 】 所 。
Ｒ Ｇ
Ｉ Ｎ
系统时 ， 必须确保第一级的噪声系数足够小。整个 检测电路的噪声系数主要取决于前置放大器 的噪 声系数 ， 而电路百检测的最小信号也主要取决于前 丁 置放大器的噪声。因此 ， 前置放大器 的器件选择
仿真设计， 最终选用Ａ Ｄ公 司的超低噪声差分信号放大芯） Ｄ ２ ， ￣Ａ ６ ０ 放大倍数为１倍， ０ 降低了等效输入噪
声。 计了相应 的 信号调 理 电路 ， 设 采用 多级 放 火 电路 组态 方 式 ， 用 超低 噪声 四运 放 （ Ｐ ７Ａ） 组建 多 运 Ｏ ４０ 来
级带通滤波器， 经过多级滤波、 多级放大， 逐步提高信噪比。 通过实验， 采用不同频段的噪声， 验证Ｓ ＮＲ的 改善情况。 利用Ｍｕ ｉｍ仿真软件对系统噪声进行了分析， ｌｓ ｔｉ 分析结果显示， 在低频段有效地抑制对电路造
Ｉｓｒ ｍｅ ｔｔ ｎ Ａｍｐｉ ｅ ［ ． ｌ ｓＡｎ ｌｇ ｎｔ ｕ ｎａｉ ｏ ｌ ｉｒＯＬ］ Ｄａｌ ： ｏｏ ｆ ａ
成 ３Ｈ 正 弦 波 ，ＸＳ 为 示 波器 ，用来 显 示 输 出 ｚ Ｃ１
４ 系统 噪声分 析
Ｎ 的 Ｍｕ ｉｍ软件能够帮助对电路的噪声 陛 Ｉ ｌｓ ｔｉ 能进行统计分析 嘲 ，它可以将系统 内的所有器 件
信号的波形。仿真结果如图 ｓ 所示 ： ｂ 放大倍数为
１ 倍。 （ ）
｛ Ｉ 具 与解 决 方案 鹦试
ｗ ｈｉ ｈ ｓｔ ａ ｖｏ ｔ ｅ ｅ ｅ ｌ ｃ ｉ ｈｅ Ｎ ｎ ｌｍ ｔ ｒｌ ｖｅ
ＡｎＷ ｅ ｏ ｇ ｉ ｅ ａ ｚ ｏ ，ＬｕＰｎ ａ ｉ ｎ ，Ｌｕ ｉ，Ｂ ｏＤｅｈ ｕ ｉ ｉｇｎ ｄ Ｊ
微弱光强信号采样电路设计
微弱光强信号采样电路设计余明;陈锋;李抄;吴太虎【摘要】微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中.针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路.基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2014(036)003【总页数】5页(P253-257)【关键词】微弱光信号;T型反馈电阻网络;多级放大电路;可编程放大倍率【作者】余明;陈锋;李抄;吴太虎【作者单位】中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161【正文语种】中文【中图分类】TH89引言目前光电检测电路已被应用到许多领域。
在光电系统中，光电检测电路把接收到的光信号转换成电信号，并对电信号进行放大，再与后面的检测和运算系统对接。
光电检测电路在整个光电系统中是非常重要的，它的性能好坏直接决定了整个系统的性能好坏［1］。
现结合光电二极管、集成运算放大器构成的二级放大电路、T型网络、滤波器和高精度A／D转换芯片，设计一种通用的高放大倍率、高精度、低噪声的微弱光强信号采样电路。
1 二级放大电路在荧光、散射光和微弱的反射光检测中，光信号比较微弱，一般为1～10nW。
本设计采用的光电二极管为日本滨松生产的S2387系列66R型，该型号光电二极管拥有高线性、高灵敏度和小的暗电流，可用于320～1 100nm波长的微弱光强信号检测。
该型号光电二极管响应率约为0.1～0.58A／W，等效噪声功率为W的光强变化即可引起有效的光电流变化［2］，由此可知，该型号光电二极管可以满足测量要求。
微弱信号放大电路设计
这样整个电路多级串联放大器的噪声系数才会比较
信 号 的 大 概 频 率 范 围 ，为 减 轻 后 续 数 据 分 析 系 统
[4]
的 压 力 ，该 设 计 在 前 置 放 大 电 路 之 后 加 入 了 一 个
[5]
小 。多级放大器的总噪声系数计算公式为 ：
Nf = Nf 1 +
Nf 2 - 1 Nf 3 - 1
为 了 提 高 电 路 的 信 噪 比 以 及 排 除 干 扰,设 计 时
大电路决定。由级联放大器的低噪声原理 [3]，一般要
最 好 用 滤 波 器 对 差 分 放 大 后 的 信 号 进 行 处 理 ，这
求前置放大电路的增益要尽可能大且具有低噪声，
部 分 是 噪 声 抑 制 关 键 性 的 一 步 [8] 。 由 于 已 知 待 检
个滤波器部件的响应由 3 个外部电阻器采用简单
数小, 也希望增益大, 以便减小后级噪声的影响。
由于具有仪表放大器输入结构的差分放大电路
[6]
的 设 计 公 式 针 对 中 心 频 率 、Q 值 和 增 益 进 行 设
置。每个二阶滤波器部件提供低通和带通输出。
对共模输入信号有很强的抑制能力 ，对差模信号的
该 设 计 采 用 高 精 度 仪 表 放 大 器 INA828 来 做 前
置放大电路设计，此放大器可通过单个外部电阻器
在 1~1 000 倍范围内设置增益。由于采用新的超β输
入晶体管（这些晶体管可提供极低的输入失调电压、
失调电压漂移、输入偏置电流以及输入电压和电流
该电路利用凌力尔特公司免费提供的滤波器设
28~32 kHz，起伏为-3.55 dB，阻带衰减为-48.36 dB。
噪声），该器件可提供出色的精度。其电路如图 2 所
基于AD620的微弱信号放大器设计
㊀２０２１年㊀第３期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．３㊀基金项目：２０１８年度江苏省考试院考试专项课题（Ｋ－Ｆ２０１８０６）收稿日期：２０２０－０４－０８基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器设计窦如凤，井娥林（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州㊀２２５３００）㊀㊀摘要：为了解决微弱信号放大电路中零点漂移㊁放大失真等缺陷，设计了一种基于ＡＤ６２０的高精度微弱信号放大器㊂该放大器是以仪表放大器ＡＤ６２０为核心，辅以电压跟随器和二阶低通滤波电路，来滤除电路中的噪声信号提高放大精度，利用零点漂移电路来调整电路输出零点，保证传感器未动作时，电路输出的放大电压为零㊂实际测试结果表明，该电压放大器精度高，误差小于０．１％，可用于放大各型号传感器输出的微弱信号以及作为传感器的变送器使用㊂关键词：微弱信号；ＡＤ６２０；电压跟随器；零点漂移中图分类号：ＴＰ９３４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０３－００４５－０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＷｅａｋＳｉｇｎａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒＢａｓｅｄｏｎＡＤ６２０ＤＯＵＲｕ⁃ｆｅｎｇ，ＪＩＮＧＥ⁃ｌｉｎ（ＴａｉｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．，ＮＪＵＳＴ．，Ｔａｉｚｈｏｕ２２５３００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｓｕｃｈａｓｚｅｒｏｄｒｉｆｔａｎｄａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｎｔｈｅｗｅａｋｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ａｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗｅａｋｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｂａｓｅｄｏｎＡＤ６２０ｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｗａｓｂａｓｅｄｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎａｍｐｌｉｆｉｅｒＡＤ６２０ａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｖｏｌｔａｇｅｆｏｌｌｏｗｅｒａｎｄｓｅｃｏｎｄ⁃ｏｒｄｅｒｌｏｗ⁃ｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｏｆｉｌｔｅｒｏｕｔｔｈｅｎｏｉｓｅｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｓｉｇｎａｌｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ，ｚｅｒｏｄｒｉｆｔｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｕｓｄｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｏｕｔｐｕｔ，ｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｎｏｔｇｅｓｔｕｒｅ，ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｉｓｚｅｒｏ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．１％．Ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｍｐｌｉｆｙｔｈｅｗｅａｋｓｉｇｎａｌｏｕｔｐｕｔｂｙｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓｏｆｓｅｎｓｏｒｓａｎｄａｓａｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｏｆｓｅｎｓｏｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅａｋｓｉｇｎａｌ；ＡＤ６２０；ｖｏｌｔａｇｅｆｏｌｌｏｗｅｒ；ｚｅｒｏｄｒｉｆｔ０㊀引言随着微电子技术㊁传感器技术和集成电路技术的发展，各型号传感器的检测精度显著提高，信号处理电路成为限制传感器测量精度的瓶颈［１］㊂现有的信号放大电路存在精度差㊁零点调节困难等缺陷，不能满足高精度传感器测量系统的要求，因此设计了一种基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器㊂该放大器专用于处理各型号传感器输出的微弱电信号㊂以高精度压力传感器（精度０．０５％）为例，采用设计的基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器放大压力传感器输出的微弱电信号，利用最小二乘法拟合出相应的正相关数据曲线并将其换算成相应的压力值，以此验证基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器的放大精度［２－３］㊂１㊀系统整体设计基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器系统包括电压跟随器㊁ＡＤ６２０放大电路㊁零点偏移电路以及低通滤波电路，系统电路框图如图１所示㊂电压跟随器用于提高系统的输入阻抗，确保传感器输出的信号全都作用到后级放大电路上，零点漂移电路用于调整放大器输出的零点，当传感器未动作时输出电压为零，低通滤波电路进一步滤除信号中夹杂的干扰信号，提高系统放大的精度［４］㊂滤波电路输出的信号一方面可通过Ｖ／Ａ转换电路将传感器输出信号转换为４ ２０ｍＡ电流信号供其他仪表使用，另一方面可通过单片机的Ａ／Ｄ转换器采集滤波电路输出的电压信号，最终计算得到传感器受到的压力值㊂图１㊀系统原理图２㊀基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器硬件电路设计２．１㊀电压跟随器为了保证传感器输出的信号无损失地输入ＡＤ６２０放大电路中，在传感器输出的２个信号线中加入电压跟随器，电压跟随器具有输入阻抗高和输出阻㊀㊀㊀㊀㊀４６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀抗低的特点，还可以将传感器与后级电路隔离开，降低传感器失效时对后级电路的影响［５］㊂电压跟随器预处理电路如图２所示㊂图２㊀电压跟随器电路图电压跟随器采用运放ＯＰＡ２２７７，ＯＰＡ２２７７具有极低的失调电压和温漂，非常适用于微弱信号放大电路中㊂Ｒ１８㊁Ｃ２３和Ｒ２５㊁Ｃ２８共同组成了一阶ＲＣ滤波电路，用于滤除传感器输出信号中的干扰信号，最终信号经过电压跟随器后送入ＡＤ６２０放大电路中㊂２．２㊀ＡＤ６２０放大电路ＡＤ６２０是低成本㊁高精度仪表放大器，只需要通过外接１个电阻就可以实现０ １０００的放大倍数［６］，ＡＤ６２０具有低失调电压，低至５０μＶ；低温漂，可低至０．６μＶ／ħ，其次还具有低噪声㊁低输入偏置电流等优点，非常适用于微弱信号的放大㊂ＡＤ６２０放大电路如图３所示㊂图３㊀ＡＤ６２０放大电路图滑动变阻器Ｒｔ用于调节电路的放大倍数，放大倍数，ＡＤ６２０的引脚５接地表示不需要调整零点，本系统为了使得传感器未动作时，放大器输出零，因此需要外接调零电路㊂ＡＤ６２０的输出电压如式（１）所示：ＯＵＴ１＝Ｇ（ＡＤ＋－ＡＤ－）＋ＡＤＪ（１）式中：ＯＵＴ１为ＡＤ６２０放大器输出电压；Ｇ为ＡＤ６２０的放大倍数；ＡＤ＋㊁ＡＤ－分别为传感器输出的２根信号线；ＡＤＪ为零点偏移的调节电压㊂２．３㊀调零电路当传感器未动作时传感器输出的信号中夹杂噪声信号，经过ＡＤ６２０放大后输出的电压值不为零，因此在电路中引入调零电路来调整放大器输出的零点，使得当传感器未动作时，放大器输出电压为０［７－８］㊂调零电路如图４所示㊂图４㊀调零电路图本系统采用的ＯＰＡ２２７７为双通道的精密运放，利用ＯＰＡ２２７７的第１个通道作为反向比例放大电路，如图４中Ｕ１２Ａ，其目的是将正向端输入的＋５Ｖ变为反向端输出的－５Ｖ，因此滑动变阻器Ｒｂ两端的的电压变化范围在－５ ＋５Ｖ之间，再将ＯＰＡ２２７７的第２个通道作为电压跟随器将电压反馈到ＡＤ６２０的ＲＥＦ端，以此来调节零点㊂由式（１）可知，首先通过调节滑动变阻器Ｒｔ来调节系统的放大倍数，然后再调节滑动变阻器Ｒｂ来调整调零电路的输出电压ＡＤＪ，最终使得在传感器未动作时放大器的输出电压为０㊂２．４㊀滤波电路滤波电路是放大器的重要组成部分，为了有效滤除放大器输出信号中的干扰信号，需要利用有源二阶低通滤波电路滤除信号中的干扰信号［９］㊂系统设置低通滤波电路的截止频率为１０ｋＨｚ，放大增益设为１，二阶有源低通滤波电路如图５所示㊂图５㊀滤波放大电路图２．５㊀Ｖ／Ａ转换电路经过二阶有源低通滤波电路后，可利用Ｖ／Ａ转换电路将放大器输出的０ ３．３Ｖ电压转换为４ ２０ｍＡ㊀㊀㊀㊀㊀第３期窦如凤等：基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器设计４７㊀㊀电流信号供其他仪表使用［１０］，Ｖ／Ａ转换电路如图６所示㊂图６㊀Ｖ／Ａ转换电路图３㊀系统性能测试经过二阶有源低通滤波器后输出的电压信号已经非常平稳，此时可利用单片机的Ａ／Ｄ转换器进行采集㊂为了验证系统设计的放大器的放大精度和抗干扰性，系统将放大器配合压力传感器一起测试，首先利用固定砝码对整个放大器系统进行标定，可通过最小二乘法拟合出传感器所受压力值与输出电压的线性曲线，最终计算得到压力值，可通过拟合的线性曲线来求出压力值，以此来证明该放大器的放大精度㊂传感器采用高精度（０．０５％）压力传感器，该传感器的量程为０ ９８０Ｎ，传感器实物图如图７所示㊂图７㊀压力传感器实物图将该传感器接入设计的的放大器电路中，首先通过调节滑动变阻器Ｒｔ来调整放大器的放大倍数，再通过调节零点调整电路中的Ｒｂ，当传感器未受压力时使得放大器输出的电压为０㊂将标准砝码放在传感器上，利用高精度万用表测量放大器的输出电压，测试结果如表１所示㊂针对上述数据利用最小二乘法拟合出数据曲线，线性度非常高，得到线性关系式：ｙ＝０．０２７４７ｘ（２）式中：ｙ为所加的砝码质量，ｋｇ；ｘ为放大器输出的电压值，ｍＶ㊂表１㊀压力与输出电压标定实验标准砝码／ｋｇ放大器输出／ｍＶ００５１８２．０１７１１０３６４．０３４１１５５４６．０５１４２０７２８．０６７９２５９１０．０８４７３０１０９２．１０１０３５１２７４．１１９０４０１４５６．１３５１４５１６３８．１５２３５０１８２０．１６８１㊀㊀再根据拟合出的压力－电压数据曲线，推算传感器加载的压力值，测试数据如表２所示㊂表２㊀放大器精度测试加载砝码质量／ｋｇ放大器输出电压／ｍＶ计算得到砝码质量／ｋｇ相对误差／％５１８２．１６２４５．００４０．０８７２５５．００５５７．００５０．０７９３２７．９２１４９．００８０．０９１０３６４．３２４７１０．００８０．０８１５５４６．５５９９１５．０１４０．０９１６５８２．９６３２１６．０１４０．０９１８６５５．８７９１１８．０１７０．０９２０７２８．６４９４２０．０１６０．０８２４８７４．７２００２４．０１９０．０８２５９１０．７３９０２５．０１８０．０７㊀㊀由上述测量数据可知，系统输出的整体误差小于０．１％，由此可见系统设计的放大器精度高，放大器的误差小于０．１％㊂系统设计的微弱信号放大器可作为各型号传感器的变送器，用于调理传感器输出的信号㊂４㊀结束语本文设计了一种基于ＡＤ６２０的微弱信号放大器，该放大器与传统放大器相比具有如下优势：通过选用高精度㊁低温漂的集成放大器芯片进一步提高系统的测量精度；设计了一种新的调理电路实现放大器的零点调节；在放大器的输出中额外引入Ｖ／Ａ转换电路，可将输出电压转换为４ ２０ｍＡ电流信号供其他仪表使用，扩大了该放大器的使用范围㊂实际测试结果表明，该电压放大器精度高，误差小于０．１％，可用于放大各型号传感器输出的微弱信号以及作为（下转第８１页）㊀㊀㊀㊀㊀第３期苏同发等：基于ＬａｂＶＩＥＷ的定向探管电路产品功能自动检测系统８１㊀㊀上１５Ｖ电压信号和５Ｖ电压信号绘制曲线，如图１０所示㊂在１５０ħ高温交流变化供电阶段１４：０６时３套探管电路均出现１５Ｖ电压信号输出关闭现象而５Ｖ电压信号正常输出的现象，并且３个周期测试中该现象持续存在，定位到１５Ｖ电压输出管理模块存在高温失效问题㊂试验结束后，经过专业工程师分析，确定为ＭＢ上１５Ｖ控制模块元器件问题㊂图１０㊀探管ＰＢ上１５Ｖ和５Ｖ信号图５㊀结束语本文对随钻测井系统中的探管电路的生产过程中的可靠性试验进行了分析，并根据ＨＡＳＳ试验要求及探管电路中ＰＢ㊁ＳＣＢ和ＭＢ的测试功能设计并制造了探管电路自动检测系统㊂该系统能够满足３套探管同时测试并根据预先设定的ＨＡＳＳ试验剖面图方案进行自动循环测试，实时显示测试曲线并记录保存，最后形成报表导出㊂试验结果表明，该系统搭配ＨＡＳＳ试验环境箱能够快速调整方案自动进行可靠性试验，及时发现探管电路缺陷，节省了试验准备与测试时间，缩短了试验周期㊂该系统的投入使用为工业自动化系统开发提供一定的参考㊂参考文献：［１］㊀王兴，姜天杰，尚捷．ＤＲＩＬＯＧ随钻测井系统中定向探管的测量质量分析［Ｊ］．石油管材与仪器，２０１５（４）：５３－５６．［２］㊀岳明亮．Ｄｒｉｌｏｇ随钻测井系统在渤海油田的应用［Ｊ］．海洋石油，２０１７（２）：５５－５９．［３］㊀夏俊生．混合集成电路ＨＡＬＴ和ＨＡＳＳ技术应用研究［Ｊ］．环境技术，２０１０（１）：２７－３３．［４］㊀ＨＯＢＢＳＧＫ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：ＨＡＬＴａｎｄＨＡＳＳ［Ｊ］．Ｑｕａｌｉｔｙ＆ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０１５，１６（５）：４５１．［５］㊀ＭＣＬＥＡＮＨＷ．ＨＡＬＴ，ＨＡＳＳ，ａｎｄＨＡＳＡＥｘｐｌａｉｎｅｄ：ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．Ｔｅｃｈｎｏｍｅｔｒｉｃｓ，２００１，４３（４）：４８９－４９０［６］㊀ＧＲＡＹＫＡ，ＰＡＳＣＨＫＥＷＩＴＺＪＪ．Ｈｉｇｈｌｙａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｔｒｅｓｓｓｃｒｅｅｎｉｎｇ（ＨＡＳＳ）ａｎｄａｕｄｉｔｓ（ＨＡＳＡ）［Ｍ］／／ＮｅｘｔＧｅｎｅｒａ⁃ｔｉｏｎＨＡＬＴａｎｄＨＡＳＳ：ＲｏｂｕｓｔＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＳｙｓ⁃ｔｅｍｓ．ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｌｔｄ，２０１６．［７］㊀陈树学，刘萱．ＬａｂＶＩＥＷ宝典［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１１．作者简介：苏同发（１９９４ ），硕士研究生，主要研究方向为工业智能制造与自动化系统㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｕｔｏｎｇｆａ２０１８＠１６３．ｃｏｍ张朴（１９６６ ），副教授，博士，主要研究方向为传感技术㊁测控系统及信号处理㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｐｕ３４３０＠ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（上接第４７页）传感器的变送器使用，具有很大的实用意义㊂参考文献：［１］㊀钟维，黄启俊，常胜，等．基于ＳＯＰＣ的复合式生理信号检测系统设计［Ｊ］．传感技术学报，２０１４，２７（４）：４４６－４５１．［２］㊀王明，李在军，杨芩玉．基于ＢＰ神经网络的多功能生物电信号检测系统［Ｊ］．电子技术应用，２０１３．３９（６）：３４－３６．［３］㊀戴澜，洪牙茹．用于微信号检测的新型锁定放大器设计［Ｄ］．北京：北方工业大学，２０１８．［４］㊀常星．基于ＡＤ６２０的心电监测放大信号的设计［Ｊ］．电子质量，２０１６，３６（１０）：４１－４４．［５］㊀曹茂永，王霞，孙农亮．仪用放大器ＡＤ６２０及其应用［Ｊ］．电测与仪表，２０００，３６（１０）：４５－４８．［６］㊀孙倩，付虹，杨本全．用于微弱信号检测的锁定放大器设计［Ｊ］．传感器世界，２０１５，２０（６）：３１－３４．［７］㊀虞波．盐胁迫下小麦对氢气分子的生长响应以及植物体内微弱电信号检测系统的开发研制［Ｄ］．临汾：山西师范大学，２０１７．［８］㊀张嘉伟，高瑞祥，杨成，等．一种具有偏置电流温度补偿的弱信号放大电路［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（６）：１１０－１１３．［９］㊀邢亚第．基于ＣＴＩＡ的微弱信号放大电路研究［Ｊ］．微机处理，２０１８，３９（４）：５１－５５．［１０］㊀闫岩．微弱直流电压信号的采集与测量系统［Ｄ］．南京：南京信息工程大学，２０１７．作者简介：窦如凤（１９８４ ），硕士，讲师，主要研究方向为光电检测及光伏器件㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｈｕａ１０１３＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ井娥林（１９７７ ），硕士，副教授，主要研究方向为电子系统理论与技术㊂。
一种宽带高增益放大器的设计
一种宽带高增益放大器的设计摘要：本文介绍了一种微弱信号高增益、宽带放大器，采用两个放大器级联的方式，并提出了一个调整放大器带宽的方法，在满足增益要求的情况下，提高了放大器的带宽。
从电路功能、指标要求、电路原理和设计技术分析等方面进行了阐述，并进行了仿真，且实现了产品化。
关键词：微弱信号；高增益；宽带；级联；放大器；The design of broadband and high gain amplifierZhou Xiang Hong，Zhang Zhi Yang，Zhuang Yong He，Wei Qin Song，LiYi Tian(CETC43, Anhui , Hefei, 230088)Abstract: A broadband and high gain amplifier for weak signal is introduced in this paper. thegain is increased and broadband requirement is satisfied by means of multiple amplifiers cascaded,and a method of adjustiing amplifier broadband is proposed. The design is expatiated from circuitfunction, index requirements, circuit principle and technic analysis. The imitation is done, andmanufacture is realized.Key Words: weak signal；highgain；broadband；cascade；amplifier1引言随着电子技术、通信技术迅速发展，宽带高增益放大器的重要作用越来越突出。
宽带高增益放大器广泛应用于接收机、视频放大器等电路，系统中接收到的微弱信号，必须进行放大处理，这些电路不仅要求放大器宽带宽，还要求具有高的增益。
微弱信号放大电路的设计
微弱信号放大电路的设计引言在现代电子技术中，微弱信号的放大是一项非常重要的技术。
无论是在通信系统、医疗设备还是科学实验中，都需要对微弱信号进行放大以便于后续处理和分析。
本文将探讨微弱信号放大电路的设计原理、方法和技术要点。
微弱信号放大电路的重要性微弱信号放大电路的设计是电子技术领域中的核心问题之一。
微弱信号常常受到各种干扰和噪声的干扰，需要经过放大才能得到准确的测量结果。
因此，设计一种高性能的微弱信号放大电路是非常必要的。
设计目标设计微弱信号放大电路时，需要考虑以下几个目标：1.高增益：放大倍数越大，信号放大效果越好。
2.低噪声：尽量减小电路本身引入的噪声，以避免对微弱信号产生干扰。
3.幅频特性：保持电路在一定频率范围内的放大倍数稳定。
4.直流稳定性：保持电路在直流工作点上的稳定性，避免信号偏移。
5.低功耗：尽量减小电路的功耗，提高电路的效率。
设计原理微弱信号放大电路的设计原理主要包括以下几个方面：1.放大器类型的选择：根据应用需求选择合适的放大器类型，常见的有共射放大器、共基放大器和共集放大器。
2.反馈电路的应用：通过合理选择反馈电阻和电容来控制放大倍数和频率响应，并提高电路的稳定性。
3.噪声分析和抑制：通过降低电路本身的噪声来提高信号与噪声的比值。
4.负载匹配：保证负载与放大器之间的匹配，提高信号传输的效率。
5.电源稳定性：保证电源电压的稳定性，避免对信号放大产生影响。
设计方法在进行微弱信号放大电路的设计时，可以采用以下几个方法：1.参考已有设计方案：查阅相关文献和资料，了解已有设计方案的性能指标和实现方法，从中找到适合自己应用的方案。
2.仿真和优化：使用电子设计自动化(EDA)软件进行电路仿真，通过调整电路参数和拓扑结构来优化电路性能。
3.实验验证：通过实际电路搭建和测试，验证设计方案的可行性和性能指标是否满足要求。
4.反馈调整：根据实际测试结果，进行反馈调整，进一步优化电路性能。
电路设计要点在微弱信号放大电路的设计中，有以下几个关键要点需要注意：超前放大器的设计要点1.输入信号的阻抗：保持输入信号的阻抗与信号源的阻抗匹配，以最大限度地传输信号能量。
微弱信号调理电路的设计
微弱信号调理电路的设计吕志昂【摘要】介绍了一种由AD620和AD705运算放大器构成的信号调理电路的设计方法。
该电路能将传感器检测出的微弱信号进行放大、滤波等处理，使之成为后续电路能接收的标准信号。
%This paper introduces a signal disposal circuit design method which is composed by AD620 and AD705 operational amplifier. This circuit can enlarge and filter the faint signals detected by sensors, and make it become the standard signal that the subsequent circuit can receive.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2012(031)015【总页数】3页(P17-19)【关键词】集成运算放大器;信号调理;电路设计【作者】吕志昂【作者单位】山东胜利职业学院交通工程分院,山东东营257000【正文语种】中文【中图分类】TP936.9信号调理电路广泛应用在工业控制、仪器仪表等对传感器信号进行检测及处理的应用中。
它是传感器和A/D转换器等后续装置的接口。
它将传感器输出的非常微弱的且受到多种噪声源干扰的低电平信号进行放大、处理、抑制噪声并统一格式，使之成为适合A/D转换器等后续装置要求的信号。
对于不同的被测对象，所采用的传感器的种类很多，对信号调理电路提出了不同的要求。
结合A/D转换器等后续装置的技术指标设计一个性能良好的信号调理电路已经成为系统设计的关键内容。
本文以A1323线性霍尔传感器检测弱磁信号为例，探讨相应的信号调理电路的设计方法。
1 信号调理电路中放大器芯片的选用运算放大器作为信号调理电路中的重要元件，一直为电路设计工程师所重视。
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量短，输入信号电缆应尽量避免振动、扭曲等机
械变形，防止因压电效应和摩擦生电效应而产 生干扰。 在可能的条件下，可将Ｉ／Ｖ变换部分与电 离室装在一起，将反相端上的元件汇集直接焊 到电离室收集极上，这是最好的选择，这可避免 因电缆绝缘不良产生漏电流而降低输人阻抗。 也可减小分布电容的影响，还可减小干扰。 ３．３清洁处理与屏蔽 电路板焊好调试后应进行清洁处理，清除 残留杂质及金属屑，然后再做干燥防潮处理，可 进行局部或全部密封处理，尤其是反馈电阻更 应密封、防潮、防光照、防电磁干扰，为此，可将 整个微弱电流放大器用金属盒屏蔽起来。
（１．Ｓｃ｝ｌ（ｄ ０ｆ Ｍ＆ｈａ仃ｏｎｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｄｎｇ，蹦ｉＩｌｇ Ｉ璐ｔｉｔｌＩｔｅ ０ｆ Ｔｅｄｍ０１０９ｙ，蹦ｉＴｌｇ １０００８１
ａｌｈ）
ａ＿ｎｅｓｅ
Ｃｌｌｉｍ，
２．Ｉ他ｄｔｕｔｅ ｏｆ ａｌｄ口ｌｉｃａｌ Ｄｅｆ∞鸵，Ｅ划ｉＩ培１０２２０５
Ａｌ塔衄咄：ＤＩｌ—ｎｇＷｂｒｄ、坩Ⅱ，ａｌｏｔ ０ｆｃｈ面ｃｄｗ朗ｐ０璐ｗｅｒｅｌｅｆｔｂｙ Ｊａｐ
９７９
图２简单的微弱电测量电路
２．１电源退耦滤波减小交叉干扰 仪器各单元的直流供电一般是公用的。为
万 方数据
时间常数，即增大了响应时问，降低了测量的速 度。在实际应用中，在保证响应速度的条件下， 适当增大反馈电容对电路的瞬时稳定性是很有 好处的。 ２．５输出滤波抑制偶然噪声干扰 在输出端加上兀型或ｒ型滤波节，如图２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａ］ｎＳｅ；ｓｉｇｌ：Ｉａｌ ｎｏｉｓｅ
ｒａｔｉｏ；ｐｅｒｆｏ册ａｎｏ己
（上接第９７３页，Ｃ０ｌｌ血ｕｅｄ蛔ｎ ｐａｇｅ
Ｔｈｅ
９７３）
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波电容取１００心、ｏ．１Ｆ和１００ＰＦ，这样可对低
频、中频和高频均有较好的滤波效果。 ２．２省去平衡电阻消除噪声干扰源 被测微弱电流通常从运算放大器的反相端 输入，而同相端对地接一平衡电阻。理论上，该 电阻阻值应等于反馈电阻ＲＦ与微弱电流源内 阻的并联值。但由于电流源的内阻很大且随被 测物的变化而变化，因此，同相端这个平衡电阻 很难达到平衡作用，同时这个阻值很大的平衡 电阻也会增加电路噪声。在实际应用中，去掉 平衡电阻，将同相端直接接地，测量电路的瞬态 稳定性比有平衡电阻时更好。 ２．３降低运算放大器的功耗减小温度漂移
２测量电路的设计
测量微弱电流的应用还比较广泛，因此，对 它的研究也比较多［１‘２１。一个完整的微弱电流 放大器应包括Ｉ／Ｖ转换、电压放大、量程转换 与微调、极性转换、输出限幅、Ｖ／Ｆ变换等单 元。但在实际应用中，应结合具体情况，使测量 电路尽可能地简化，以达到简单、适用、稳定、可 靠的目的。例如，图２是对负高压供电、负电流 输出的电离室单级电流放大的测量电路。选取 合适的但又不是足够大的反馈电阻就可得到可 观测的输出电压。测量电路中省去了电压放
效，因为提高性能是一个综合性的问题，涉及到 ３工艺结构上的考虑
３．１印刷电路板及绘制 为了提高测量微弱电流的精度和准确度， 应采用绝缘强度高、漏电流小的印刷电路板，如 环氧玻璃板，其漏电流小于ｐＡ（１０＿１２）数量级。 印刷电路的绘制要尽量合理，Ｉ／Ｖ变换部
参考文献： ［１］周波，等．弱电流测试仪的研制［Ｊ］．核电子学与探 测技术．２００３，２３（１）：９４．
大、极性转换等单元。简化电路的目的是减少 噪声源。该电路具有较高的稳定性，瞬态稳定
性好于２．５‰。测量电路采取以下措施来提高 性能。
降低运算放大器的功耗可从两个方面考
虑。一是降低运算放大器的供电电压，如前所
述，增加退耦滤波电阻，使加到运算放大器上的
供电电压比额定输出电压高２～５Ｖ；二是减小 输出电流，运算放大器的输出电流包括驱动下 一级的（真）负载电流和本级部分反馈的（假）负 载电流。如果电路采用部分负反馈［２］，可增大 这个反馈支路的负载电阻，使其工作电流小于
万 方数据
移。采用场效应管差动输入级的运算放大器其 输入阻抗可达１０１２Ｑ或更高。但是并非所有的 高输入阻抗的运算放大器都适合做微弱电流放 大器，不仅要从参数上进行比较挑选，还要通过 实际测量考核进行比较挑选。反馈电阻的选择 至少应比输入阻抗小２～３个数量级。 此外，阻容件的选择也很重要，电阻应选噪 声低的金属膜电阻；电容应选低噪声的瓷介、云 母和钽电容。反馈电阻两端并联一个小电容有 助于平滑电阻中因自由电子不规则运动引起的 热燥声。
Ａ
文章编号：０２５８－０９３４（２００７）０５－０９７８．０４
在核物理实验与核测量仪表中，经常会遇 到将微弱电流放大的问题。微弱电流放大器的 性能指标主要包括信号噪声比、灵敏度、线性、 稳定性、温度漂移等。
的输人阻抗并非理想的无穷大。当反馈电阻增 大到足够大时，偏置电流ＩＢ对被测电流Ｉｓ的分 流作用变得不可忽视，此时ｖｏ＝一（ＩＳ—ＩＢ） ＲＦ，当ＩＢ≥ＩＳ时，便破坏了Ｉ／Ｖ变换方法的基 础。第二过大的反馈电阻其电阻精度低、稳定 性差、噪声也大。第三采用过大的反馈电阻相 当于使运算放大器处于近似开环放大状态，使 得线性范围变小，调零困难。第四，过大的反馈 电阻与分布杂散电容、负载电容产生相位移极 易引起自激振荡，造成干扰。第五，过大的反馈 电阻使电路的响应时间或测量时间变长。 影响微弱电流测量灵敏度的主要因素是运 算放大器的偏置电流ＩＢ，ＩＢ越小灵敏度越高，其 次是噪声水平和漂移。
了稳定各单元的工作、减小各单元电路之间通 过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生振 荡和干扰，往往要在每个单元的正负电源端串 加ＲＣ退耦滤波节，如图２中Ｒ１Ｃ１和Ｒ２Ｃ２。 滤波电阻阻值的选取要适当，阻值大退耦 滤波效果好，但由于其上的电压降会降低器件 的供电电压，从而影响动态范围和输出。根据 器件的工作电流和输出最大值或额定值来确定 阻值。通常取器件的工作电压比输出额定值高 ２～５Ｖ，在这样的动态范围内不致影响线性关 系。 滤波电容通常采用几十到几百微法电解电 容。由于大电容本身存在电感，对快变化的电 流脉冲滤波效果并不理想，因此在大容量电容 上有时再并上一个或两个小容量电容。例如滤
图１ Ｉ／Ｖ变换式微弱电流测量原理
收稿日期：２００６－１∞９ 作者简介淳岩（１９７争一），男，山东荣城人，黑龙江省
科学院技术物理研究所，从事核仪器仪表的研究与 开发工作－
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实现微弱电流测量的运算放大器应满足以 下条件：高输入阻抗民、高增益、高共模抑制 比、低偏置电流ＩＢ、低躁声、低失调电压、低漂
过反馈电阻№的电流ｂ近似等于被测电流Ｉｓ。
再考虑到极性关系，运算放大器的输出电压ｖｏ
＝一Ｉｓ风。由此可以看出，即使被测电流很
小，只要反馈电阻取值足够大，仍可得到较大的 可观测的输出电压。 为了提高微弱电流测量的灵敏度，首先考 虑到的是增大反馈电阻。但是增大反馈电阻要 受到运算放大器输入阻抗的限制，运算放大器
工工工
－ ● ●
●＿＿■●…
或等于ｌｎＡ。运算放大器的功耗降低了，其工
作温度也就降低了，从而减小了温度漂移；降低
工作温度，也会有效控制偏置电流的变化，从而
可提高微弱电流测量的灵敏度和准确度。 ２．４适当增大反馈电容抑制噪声干扰 反馈电容ＣＦ并联在反馈电阻ＲＦ上，起积 分作用，有抑制或平滑噪声干扰的作用。ＣＦ越 大，抑制噪声的能力就越强，但是也增大了输入
第２７卷第５期 ２００７年９月
核电子学与探测技术
Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＶｏＬ ２７ 鸵ｐ．
Ｎｏ．５ ２００７
提高微弱电流放大器性能的方法
李 岩，宋常青，侯跃新，李 钢，马永和
１５００１０）
（黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨
摘要：本文从元器件的选择、电路设计、工艺设计等方面详细讨论了提高微弱电流放大器性能的方 法，并在实际应用中取得良好效果。 关键词：弱电流；Ｉ／Ｖ变换；反馈电阻Ｉ信号噪声比；性能 中图分类号：ＴＬ８２ 文献标识码：
［２］王国荣．微弱电流的测量与ｌ／Ｆ变换电路的设计
［Ｊ］．核电子学与探测技术。２００５，２５（４）：３５８．
［３］陈国杰，等．高性能徽电流集成放大器的设计［Ｊ］．
核电子学与探测技术，２００５，２５（３）：２４３．
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万 方数据
Ｍｅｔｈｏｄｓ
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各个环节。但是，如果某一环节处理不当，其它 环节处理再好，则对整体性能的影响可能会是 显著的。为了实现高性能的微弱电流放大，必 须进行综合考虑，处理好各方面的问题。
分的工作电流要最后经地线流回电源，避免其
它单元较大的电流在Ｉ／Ｖ变换部分接地点之 间产生较大电位差；Ｉ／Ｖ变换部分的运算放大 器及其外接阻容件应就近安放，各接地点尽量 相靠近；运算放大器及其周围应大面积敷铜，并 与电源单点接地；运算放大器的反相和同相输
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