CN100517959C

CN100517959C - 高共模抑制比前置放大器

Info

Publication number: CN100517959C
Application number: CNB021290652A
Authority: CN
Inventors: 李刚; 林凌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: CN1414701A

Abstract

高共模抑制比前置放大器属于电子测控技术，其并联型双运放仪器放大器的输出端分别与两组阻容耦合电路连接，两组阻容耦合电路并分别与后级放大器中的集成仪器放大器的输入端连接，共模信号取样电路分别与并联型双运放仪器放大器的输出端连接，两组阻容耦合电路还与共模信号取样电路连接。具有：1，共模抑制比为无穷大，输出为双端差动输出信号，且与其外围电阻的匹配程度无关。2，采用集成仪器放大器，并采用阻容耦合电路隔离直流信号，因而取得较高的差模增益，从而得到很高的共模抑制比性能。3，整体结构简单，高共模抑制比性能可靠，产品易制易销；并可广泛应用于心电、脑电等各种生物电检测仪器和各种测控系统中，经济和社会效益显著。

Description

高共模抑制比前置放大器

技术领域

本发明属于控制类，尤其涉及电子测控技术。

背景技术

目前，公知的仪器仪表和测控系统通常都在强干扰环境下运行，特别存在着较强的共模干扰，因而高共模抑制比是差动前置放大器的最重要指标。目前的差动前置放大器大都采用三运放或双运放形式的仪器放大器来构成，或采用专门的差动前置放大器集成芯片。当采用三运放或双运放形式的仪器放大器构成差动前置放大器电路时，其电路复杂，成本高，工艺性差，性能低。性能优良的差动前置放大器集成芯片价格十分昂贵，而低价芯片的性能又十分较差，因而难以达到既保证性能，又保持成本低廉等方面的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高共模抑制比前置放大器，解决上述难题，以满足既保征性能，又保持成本低廉等多方面的需要。

为解决上述技术问题，本高共模抑制比前置放大器由并联型双运放仪器放大器、阻容耦合电路、后级放大器、共模信号取样电路组成：

--所述并联型双运放仪器放大器由运算放大器A₁、运算放大器A₂、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃构成，其中电阻R₁的两端分别与运算放大器A₁、运算放大器A₂的负输入端连接，电阻R₂的一端接运算放大器A₁的负输入端和电阻R₁的一端，电阻R₂的另一端接运算放大器A₁的输出端，电阻R₃的一端接运算放大器A₂的负输入端和电阻R₁的另一端，电阻R₃的另一端接运算放大器A₂的输出端；

--所述阻容耦合电路共有二组，分别由电容C₁、电阻R₆和电容C₂、电阻R₇构成，其中电容C₁一端与运算放大器A₁的输出端连接，电容C₁的另一端与电阻R₆的一端连接，电容C₂一端与运算放大器A₂的输出端连接，电容C₂的另一端与电阻R₇的一端连接，而电阻R₆的另一端和电阻R₇的另一端相连接；

--所述后级放大器由集成仪器放大器A₄、电阻R_G构成，其中集成仪器放大器A₄的一个输入端与电容C₁和电阻R₆的相连端连接，集成仪器放大器A₄的另个输入端与电容C₂和电阻R₇的相连端连接，电阻R_G的两端与集成仪器放大器A₄的另两输入端连接。

--所述共模信号取样电路由电阻R₄、电阻R_W、电阻R₅顺序连接构成，两端分别连接运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端，所述电阻R₆和电阻R₇的相连端与电阻R_W的调节端连接。

此外，所述共模信号取样电路还可以由电阻R₄、电阻R_W、电阻R₅和运算放大器A₃构成，其中电阻R₄、电阻R_W、电阻R₅顺序连接，两端分别连接运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端，运算放大器A3一输入端与电阻Rw的调节端连接，运算放大器A₃的另一输入端与运算放大器A₃输出端连接后共同与电阻R₆、电阻R₇的相连端连接。

由于本发明采用了以上的技术方案，因而具有以下的优点：

1，共模抑制比为无穷大，输出为双端差动输出信号，且与其外围电阻匹配程度无关。

2，采用集成仪器放大器，并采用阻容耦合电路隔离直流信号，因而取得较高的差模增益，从而得到很高的共模抑制比性能。

3，整体结构简单，高共模抑制比性能可靠，产品易制易销。可广泛用于心电、脑电等各种生物电检测仪器和各种测控系统中，经济和社会效益显著。

附图说明

图1是本发明的一种高共模抑制比前置放大器的电路原理示意图；

图2是本发明的另一种高共模抑制比前置放大器的电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下详述：

在图1中，高共模抑制比前置放大器，其并联型双运放仪器放大器由运算放大器A₁、运算放大器A₂、电阻R₁、R₂、R₃构成，两组阻容耦合电路分别由电容C₁、电阻R₆和电容C₂、电阻R₇构成，后级放大器由集成仪器放大器A₄、电阻R_G构成，共模信号取样电路由电阻R₄、R₅、Rw构成。

其中，运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端分别经与电容C₁、电容C₂与集成仪器放大器A₄的输入端连接。电阻R₁分别与运算放大器A₁、运算放大器A₂的负输入端连接。电阻R₂、R₃分别与运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端及电阻R₁的两端连接。电阻R₄、Rw、R₅顺序连接后的两端分别连接运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端。电阻R₆、电阻R₇的一端与电阻Rw的调节端连接，另一端分别与集成仪器放大器A₄的两输入端连接。电阻R_G与集成仪器放大器A₄的另一两输入端连接。

在图2中，高共模抑制比前置放大器的另一种电路中，其并联型双运放仪器放大器由运算放大器A₁、运算放大器A₂、电阻R₁、R₂、R₃构成，两组阻容耦合电路分别由电容C₁、电阻R₆和电容C₂、电阻R₇构成，后级放大器由集成仪器放大器A₄、电阻R_G构成，共模信号取样电路由运算放大器A₃、电阻R₄、R₅、Rw构成。

其中，运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端分别经与电容C₁、电容C₂与集成仪器放大器A₄的输入端连接。电阻R₁分别与运算放大器A₁、运算放大器A₂的负输入端连接。电阻R₂、R₃分别与运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端及电阻R₁的两端连接。电阻R₄、Rw、R₅顺序连接后分别连接运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端。电阻R₆、电阻R₇的一端与运算放大器A₃的输出端连接，另一端分别与集成仪器放大器A₄的两输入端连接。运算放大器A₃的正输入一端与电阻Rw的调节端连接，负输入端与输出端及电阻R₆、电阻R₇的相连端连接。电阻R_G与集成仪器放大器A₄的另一两输入端连接。

在上述图1、图2中，为得到更好的实用效果，运算放大器A₁、A₂、A₃可采用高精度的单电源或双电源运算放大器，如OP777型号。A₄可采用高精度的单电源或双电源仪器放大器，如AD620型号。

电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R_G可采用高精度的金属膜电阻器。Rw可采用高精度的电位器。

电容器C₁、C₂可采用漏电小的电容器。

本发明在实际使用时，并联型双运放仪器放大器有一个十分突出的优点，就是它的共模抑制比为无穷大，且与其外围电阻的匹配程度无关。此外，并联型双运放仪器放大器的输出为双端差动输出信号，如果仅用单端输出信号时将不再具有这一优点。所以本发明在后级使用集成仪器放大器A4，将双端差动输出信号转换为常用的单端输出信号。集成仪器放大器具有较优良的性能，但由于其共模抑制比正比于差模增益，而又由于器件存在较高的失调电压和通常信号源中存在较大的直流偏移电压(如检测生物电信号时的极化电压和传感器中的零点偏移电压)，在直接应用集成仪器放大器作为前置放大器时并不能取得最高的共模抑制比性能。因此，在本发明中后级使用集成仪器放大器，采用阻容耦合电路隔离直流信号，因而使得集成仪器放大器取得较高的差模增益，从而得到很高的共模抑制比性能。为了避免阻容耦合电路的不匹配而降低电路整体的共模抑制比，由电阻R₄、R₅和Rw及运放构成共模信号取样电路，驱动原本接地的阻容耦合电路的电阻端。

本发明的高共模抑制比差动前置放大器，可应用于各种仪器仪表和测控系统中，尤其是心电和脑电等生物电检测仪器中。

Claims

1.一种高共模抑制比前置放大器，其特征在于，所述高共模抑制比前置放大器由并联型双运放仪器放大器、阻容耦合电路、后级放大器、共模信号取样电路组成：

--所述后级放大器由集成仪器放大器A₄、电阻R_G构成，其中集成仪器放大器A₄的一个输入端与电容C₁和电阻R₆的相连端连接，集成仪器放大器A₄的另个输入端与电容C₂和电阻R₇的相连端连接，电阻R_G的两端与集成仪器放大器A₄的另两输入端连接；

2.一种高共模抑制比前置放大器，其特征在于，所述高共模抑制比前置放大器由并联型双运放仪器放大器、阻容耦合电路、后级放大器、共模信号取样电路组成：

--所述共模信号取样电路由电阻R₄、电阻R_W、电阻R₅和运算放大器A₃构成，其中电阻R₄、电阻R_W、电阻R₅顺序连接，两端分别连接运算放大器A₁、运算放大器A₂的输出端，运算放大器A₃一输入端与电阻R_W的调节端连接，运算放大器A₃的另一输入端与运算放大器A₃输出端连接后共同与电阻R₆、电阻R₇的相连端连接。