CN100478708C

CN100478708C - 精密隔离放大仪

Info

Publication number: CN100478708C
Application number: CNB2006100313213A
Authority: CN
Inventors: 陈儒军; 颜良; 何继善; 刘石
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: CN1811488A

Abstract

本发明公开了一种精密隔离放大仪，其包括按键开关，防静电去抖动电路，循环控制状态产生电路及开关电路顺次连接组成的增益控制电路；输入保护电路，缓冲电路，至少两级放大及滤波电路顺次连接组成的前置放大及滤波电路；输出滤波及缓冲电路与隔离放大器电路连接组成隔离放大及输出滤波电路；开关电路分别与各级放大及滤波电路连接，最后一级放大及滤波电路的输入端分别与隔离放大器电路、过压检测指示电路连接。本发明在前置放大及滤波电路中采用零漂移运放，温漂小，减少了误差；增益控制电路只在按键按下时产生状态转换，降低了对模拟电路的影响；滤波电路中采用RC滤波器，有效滤除了高频干扰，减少了由有源滤波器引入的噪声。

Description

精密隔离放大仪

技术领域

本发明涉及一种放大仪，尤其是涉及一种精密隔离放大仪。

背景技术

在电法勘探仪器中，有的是通过接地测量电场信号，有的是用磁棒来测量磁场信号，无论哪一种方式，在测量中都会引入噪声，为了除去噪声的干扰，一般采用隔离方案，如MT(大地电磁仪)采用光电隔离型的隔离放大器BB3650。但是这些仪器在前置放大和滤波方面，一般采用20dB，40dB，60dB，80dB间隔放大倍数，档差太大，从而影响了输出精度；并且有些采用多个有源滤波器，如MT(大地电磁仪)仪，而有源器件越多，产生噪声的源就越多，增加了不必要的测量误差。

另外，目前应用在电法中的隔离放大器，其工作时间长，温度变化大，由于受器件的限制，采用的虽然是有一定精度的放大器，但温漂都不是很理想，在放大接近直流的小信号时，会产生大的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可去除噪声干扰，减小误差，温漂小的精密隔离放大仪。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：其包括增益控制电路，前置放大及滤波电路，隔离放大及输出滤波电路，过压检测指示电路；所述增益控制电路包括按键开关，防静电去抖动电路，循环控制状态产生电路以及开关电路，所述按键开关，防静电去抖动电路，循环控制状态产生电路以及开关电路顺次连接；所述前置放大及滤波电路由输入保护电路，缓冲电路，至少两级放大及滤波电路依次串连构成，优选方案是：所述放大及滤波电路由三级或四级放大及滤波电路顺次连接构成；所述三级或四级放大及滤波电路的电路结构宜相同；所述隔离放大及输出滤波电路包括隔离放大器电路与输出滤波及缓冲电路，输出滤波及缓冲电路的输入端与隔离放大器电路的输出端连接；所述开关电路分别与前置放大及滤波电路的各级放大及滤波电路连接，第三级或第四级放大及滤波电路的输出端分别与隔离放大器电路、过压检测指示电路的输入端连接。

所述防静电去抖动电路可以采用分立元件组成，也可以采用集成电路。

所述放大器宜选用零漂移运算放大器；滤波器宜选用无源RC滤波器。

本发明由于在前置放大及滤波电路中采用了零漂移运放，温漂小，减少了误差，而且所采用的增益控制电路由于只是在按键按下时产生状态转换，降低了对模拟电路的影响。在滤波电路中所采用的RC滤波器，有效滤除了高频干扰，并减少了由于采用有源滤波器而引入的噪声。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明一实施例的增益控制电路图；

图3为本发明一实施例前置放大及滤波电路；

图4为本发明一实施例隔离放大及输出滤波电路图；

图5为本发明一实施例过压检测指示电路图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照附图1。本实施例包括增益控制电路，前置放大及滤波电路，隔离放大及输出滤波电路，过压检测指示电路9；增益控制电路包括按键开关8-1，防静电去抖动电路8-2，循环控制状态产生电路8-3以及开关电路8-4，所述按键开关8-1，防静电去抖动电路8-2，循环控制状态产生电路8-3以及开关电路8-4顺次连接；所述前置放大及滤波电路包括输入保护电路1，缓冲电路2，三级放大及滤波电路，所述输入保护电路1，缓冲电路2，第一级放大及滤波电路3、第二级放大及滤波电路4及第三级放大及滤波电路5顺次连接，三级放大及滤波电路的电路结构相同；所述隔离放大及输出滤波电路包括隔离放大器电路6与输出滤波及缓冲电路7，输出滤波及缓冲电路7的输入端与隔离放大器电路6的输出端连接；所述开关电路8-4分别与前置放大及滤波电路的三级放大及滤波电路连接，第三级放大及滤波电路5的输出端分别与隔离放大器电路6、过压检测指示电路9的输入端连接。

参照附图2。本实施例防静电去抖动电路8-2包括开关去抖芯片U₂，U₂采用芯片MAX6818型，开关去抖芯片U₂的输入端IN₁通过电阻R₂₁接地，其它输入端同样通过电阻接地；同时，输入端IN₁与按键开关8-1S₁连接，按键开关8-1S₁另一端与电源V_CC连接；循环控制状态产生电路8-3包括计数/脉冲分配芯片U₃及上电复位电路，计数/脉冲分配芯片U₃采用芯片CD4017型，组成循环控制状态产生电路8-3，开关去抖芯片U₂的输出端OUT₁接循环控制状态产生电路8-3中的计数/脉冲分配芯片U₃的输入端14脚，计数/脉冲分配芯片U₃的13脚接地，电阻R₃₂、电容C₃₁组成上电复位电路，时间常数为0.01s左右；所述开关电路8-4包括开关芯片U₄，开关芯片U₄采用芯片MAX313型，所述循环控制状态产生电路8-3的开关去抖芯片U₂的输出端3，2，4，7脚分别接开关芯片MAX313的输入端3、14、11、6脚(附图2中仅画出U₃的3脚和U₁的3脚连接，其余未画)，3脚通过电阻R₄₄接地，其余每路输入通过一个电阻接地，开关芯片U₄的输入端IN₁接增益选择电阻R(R为图3中电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄)。

本实施例增益控制电路设有12个按键开关8-1(附图1中仅画出按键开关S₁，其余按键开关8-1未画)，采用接触式开关，分三档，每档4级选择，开关一端接+5V高电平，每档的控制端接MAX6818的三个输入端，只选8个输入脚中的其中3个，开关去抖动后接循环控制状态产生电路8-3，采用上升沿触发，CD4017的引脚10通过二极管D₆接15脚，15脚接哪个状态位由选择的档数确定，本实施例每档有4级，15脚接状态位5，即10脚。本实施例循环控制状态产生电路8-3由3块CD4017芯片组成，控制3级放大，其上电复位电阻R₃₂取100k，电容C₃₁取0.47uF，时间常数为0.01s左右。选择控制输出后接到模拟开关电路8-4，采用3个低导通电阻开关芯片MAX313，其每4个控制输入端接CD4017四个状态输出端。

上电工作时，增益选择由循环控制状态产生电路8-3选择为0dB，当某一个按键按下时，一个高电平脉冲通过MAX6818后输出，由于平时CD4017的14脚通过一个电阻接地，此高电平脉冲来到后就使其从低到高有了一个上升沿，触发CD4017的状态电路转换到下个状态，此状态为高电平表示，此高电平在输出到开关电路8-4的控制端进行控制就可以使相应的通道打开。当再按下时，工作过程与上述相似，直到4个状态全执行过一次，就结束一个循环，进入下个循环。

参照附图3。本实施例输入保护电路1包括二极管D₁、D₂，由电阻R₀、电容C₀组成的滤波电路，滤波截止频率为300Hz-1.8kHz，本实施例选择为320Hz，同相输入，以提高输入阻抗；所述缓冲电路2包括运算放大器U₀，采用芯片LTC1250型，二极管D₁的负极和二极管D₂的正极接在一起后接到运算放大器U₀的同相端，输入信号通过电阻R₀进入到运算放大器U₀的同相端，同时，同相端通过电容C₀接地；三级放大及滤波电路的每一级放大及滤波电路的电路结构相同，均由零漂移运算放大器U₁组成，采用芯片LTC1250型，第一级放大及滤波电路3的零漂移运算放大器U₂同相端接缓冲电路2运算放大器U₁的输出端，零漂移运算放大器U₁的反相端接反馈电阻R_1f以及增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄，其中反馈电阻R_1f为21.6kΩ，增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄分别为10kΩ、2.4kΩ、0.706kΩ，增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄另一端通过附图2的开关芯片U₄接地，放大及滤波电路3的运算放大器U₁的输出端接由电阻R₁₁和电容C₁₁组成的一阶滤波电路，C₁₂取值为50pF-200pF，本实施例取80pF，截止频率为320Hz。其余两级放大电路4、5结构和第一级放大及滤波电路3的组成一样，并顺次连接，档差分别为0dB，10dB，20dB，30dB。

工作时，信号从输入保护电路1的输入端进入，在不超过两个二极管D₁、D₂保护电压的情况下经过RC滤波后进入运算缓冲器U₁进行缓冲，然后进入运算放大器U₂进行一定倍数的放大后输出再进行滤波，这样经过三级放大滤波后就可以进入隔离放大了。

参照附图4。本实施例隔离放大及输出滤波电路包括隔离放大器6及输出滤波及缓冲电路7，输出滤波及缓冲电路7采用二阶的巴特沃斯低通滤波器，信号经过输入保护电路1及缓冲电路2后接三级放大及滤波电路，增益控制电路控制三级放大倍数，三级放大后接到隔离放大器U₅，隔离放大器U₅采用AD202JY型，隔离放大器U₅的PIN₃和PIN₄端接在一起，PIN₂端接地，PIN₃₂和PIN₃₇端连在一起接到输出地，PIN₃₈端接到滤波器的输入端；二阶的巴特沃斯低通滤波器由精密运算放大器U_6A及电阻R₆₁，电容C₆₁，电阻R₆₂，电容C₆₂组成，精密运算放大器U_6A采用OP07型；隔离放大器U₅的输出端通过电阻R₆₁、R₆₂与精密运算放大器U_6A的同相端相连，精密运算放大器U_6A的输出端与反相端通过电容C₆₁将信号反馈到同相端，同时，同相端通过电容C₆₂接到输出地；截止频率为1kHz-10KHz，本实施例截止频率为10KHz；

参照附图5。本实施例的过压检测指示电路9包括两个双电压比较器U_7A、U_8A及指示灯D₅，双电压比较器U_7A、U_8A均采用LM393型，+V通过电阻R₅₁接到双电压比较器U_7A的同相端，电阻R₅₁、双电压比较器U_7A的同相端之间通过电阻R₅₂接地，输入信号由双电压比较器U_7A的反相端进入，同时通过二极管D₄与双电压比较器U_8A的同相端连接，双电压比较器U_7A的输出端通过二极管D₃与双电压比较器U_8A的同相端连接，双电压比较器U_8A的反相端通过电阻R₅₃与-V连接，通过电阻R₅₄接地，双电压比较器U_8A的输出端与+V_CC端通过电容C₅₁将信号反馈到同相端，同时同相端通过电阻R₅₅接地，双电压比较器U_8A的输出端通过二极管D₅与电容C₅₂一端连接，电容C₅₂与电阻R₅₆并联后接+V；过压检测指示电路9的保护电压范围为+3V到-3V之间，由电压+V和-V以及相应的分压电阻R₅₁和R₅₂，R₅₃和R₅₄决定，超过电压就动作，点亮指示灯D₅，其中分压电阻R₅₁为3kΩ，R₅₂为2kΩ，R₅₃为3kΩ，R₅₄为2kΩ。本实施例分压电阻接的电压为±8V。

工作时，有信号输入，选择放大倍数，信号通过缓冲及放大后，如果电压绝对值在3以内，过压检测指示电路9不动作，信号通过隔离放大器隔离，之后进入低通滤波后输出。如果电压绝对值超出3，过压检测指示电路9即动作，输出通不过隔离放大器。输出低通滤波器滤掉10kHz以上的高频信号以及AD202本身的干扰信号，净化后输出。

Claims

1、一种精密隔离放大仪，其特征在于，包括增益控制电路，前置放大及滤波电路，隔离放大及输出滤波电路，过压检测指示电路；所述增益控制电路包括按键开关，防静电去抖动电路，循环控制状态产生电路以及开关电路，所述按键开关，防静电去抖动电路，循环控制状态产生电路以及开关电路顺次连接；所述前置放大及滤波电路由输入保护电路，缓冲电路，至少两级放大及滤波电路依次串联构成；所述隔离放大及输出滤波电路包括隔离放大器电路与输出滤波及缓冲电路，输出滤波及缓冲电路的输入端与隔离放大器电路的输出端连接；所述开关电路分别与前置放大及滤波电路的各级放大及滤波电路连接，最后一级放大及滤波电路的输出端分别与隔离放大器电路、过压检测指示电路的输入端连接；所述放大电路为零漂移运算放大器。

2.根据权利要求1所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述放大及滤波电路由三级放大及滤波电路顺次连接构成。

3、根据权利要求1所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述放大及滤波电路由四级放大及滤波电路顺次连接构成。

4、根据权利要求1或2或3所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述各级放大及滤波电路的电路结构相同。

5、根据权利要求1或2或3所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述输入保护电路包括二极管D₁、D₂，由电阻R_o、电容C₀组成的滤波电路，电阻R_o一端接信号输入端，另一端与二极管D₁的负极、二极管D₂的正极、电容C₀一端连接，二极管D₁的正极接+V，二极管D₂的负极接-V，电容C₀另一端接地。

6.根据权利要求4所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述输入保护电路包括二极管D₁、D₂，由电阻R_o、电容C₀组成的滤波电路，电阻R_o一端接信号输入端，另一端与二极管D₁的负极、二极管D₂的正极、电容C₀一端连接，二板管D₁的正极接+V，二极管D₂的负极接-V，电容C₀另一端接地。

7.根据权利要求1或2或3所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述缓冲电路包括运算放大器U₀，电阻R_o输出端与运算放大器U₀的同相端连接，运算放大器U₀的输出端与其反相端连接。

8、根据权利要求6所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述缓冲电路包括运算放大器U₀，电阻R_o输出端与运算放大器U₀的同相端连接，运算放大器U₀的输出端与其反相端连接。

9、根据权利要求1或2或3所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述故大及滤波电路包括零漂移运算放大器U₁，所述零漂移运算放大器U₁同相端接运算缓冲器U₀的输出端，其反相端接反馈电阻R_1f以及增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄，增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄另一端通过模拟开关接地，反馈电阻R_1f另一端与零漂移运算放大器U₁输出端连接，零漂移运算放大器U₁输出端接由电阻R₁₁和电容C₁₁组成的一阶滤波电路。

10.根据权利要求8所述的精密隔离放大仪，其特征在于，所述放大及滤波电路包括零漂移运算放大器U₁，所述零漂移运算放大器U₁同相端接运算缓冲器认的输出端，其反相端接反馈电阻R_1f以及增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄，增益选择电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄另一端通过模拟开关接地，反馈电阻R_1f另一端与零漂移运算放大器U₁输出端连接，零漂移运算放大器U₁输出端接由电阻R₁₁和电容C₁₁组成的一阶滤波电路。