CN103701416A - 红外信号放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种红外信号放大电路，包括红外信号输入端、放大电路输出端及连接在所述红外信号输入端与放大电路输出端之间的放大电路，所述放大电路包括依次连接的一级运算放大器与二级运算放大器，所述一级运算放大器及二级运算放大器的正、负输入端上均连接偏置电压，一级运算放大器输出端与反向输入端之间连接有第一NPN型三极管。本发明电路在设计上充分考虑了被放大对象信号的特点，采用多级放大，增加了多级滤波，去除干扰信号，在传统信号放大的基础上，特别增加了防饱和电路三极管，既可以保证有用的数据信号被放大，又避免了近距离时信号被放大至饱和的弊端，且实现了温度补偿，极大去除了干扰对信号的影响。

Description

红外信号放大电路
技术领域
本发明涉及一种放大电路，具体地涉及一种红外信号放大电路。
背景技术
利用红外线作为载体进行数据传输的通讯方式，有着设计简单，成本低的优点。红外信号在实际应用中存在如下问题：1、红外线是太阳光线中的一种不可见光，很容易受到环境光的影响，致使红外信号所传输的信号受到干扰；2、红外信号传输是近距离的点对点通讯方式，通讯距离的近远，使红外传感器感应到的红外光的强度不同，其输出信号强弱也不同，一般通过放大电路将信号放大后进行传输，现有放大电路大多设计不当，或造成远距离信号不能被有效放大，或近距离信号饱和的问题，顾此失彼，使信号传输距离“远不成，近不就”，且放大后的信号，干扰过大。
发明内容
为解决现有红外放大电路设计不当，或不能被有效放大，或存在信号饱和的问题，本发明提出一种红外信号放大电路，并采用以下技术方案予以实现：
一种红外信号放大电路，包括红外信号输入端、放大电路输出端及连接在所述红外信号输入端与放大电路输出端之间的放大电路，其中，所述放大电路包括依次连接的一级运算放大器与二级运算放大器，所述一级运算放大器及二级运算放大器的正、负输入端上均连接偏置电压，一级运算放大器输出端与反向输入端之间连接有第一NPN型三极管。
进一步地，还包括连接在所述二级运算放大器的输出端与放大电路输出端之间的三级运算放大器，所述三级运算放大器的正、负输入端上也均连接偏置电压，所述二级运算放大器输出端与反向输入端之间连接有串联连接的第二及第三NPN型三极管。
进一步地，所述偏置电压包括系统供电电压提供的第一偏置电压，和/或偏置电路提供的第二偏置电压，该偏置电路包括第二偏置电压输出端，该第二偏置电压输出端与系统供电电压之间连接有第四运算放大器，该运算放大器的正输入端连接有增益调节电阻，输出端连接第二偏置电压输出端。
进一步地，所述红外信号输入端与所述一级运算放大器的正输入端之间连接有滤波电路。
进一步地，所述一、二级运算放大器的输入端上均连接有高通滤波电路，三级运算放大器输入端连接有低通滤波器电路。
进一步地，所述滤波电路包括并联连接在红外信号输入端与地之间的滤波二极管与滤波电阻。
进一步地，所述高通滤波电路包括串联连接的电阻与电容。
进一步地，所述低通滤波电路包括连接在所述二级运算放大器与所述三级运算放大器之间的电阻以及连接在三级运算放大器与地之间的电容。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明电路在设计上充分考虑了被放大对象信号的特点，采用多级放大，增加了多级滤波，去除干扰信号，在传统信号放大的基础上，特别增加了防饱和电路三极管，既可以保证有用的数据信号被放大，又避免了近距离时信号被放大至饱和的弊端，且实现了温度补偿，极大去除了干扰对信号的影响。
2、本发明各运算放大器的偏置电压可以只由偏置电路提供，其中所述偏置电路通过运放实现，一方面不需要增加其他芯片，节约了成本，另一方面精度高，抗干扰性好；也可以由偏置电路和系统供电电压提供，此举在信号干扰较强或极限测试等特定的工作条件下，可以更好地提高放大电路的抗干扰性能。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一红外信号放大电路原理框图；
图2为本发明实施例一红外信号放大电路原理图；
图3为本发明实施例二红外信号放大电路原理图；
图4为本发明实施例三红外信号放大电路原理框图；
图5为偏置电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明予以详细描述。
实施例一，参考图1，本实施例提出一种对红外传感器的输出电信号进行放大，并防止信号饱和的放大电路，包括滤波电路、一级、二级、三级放大电路、偏置电路五个主要部分组成。滤波电路用来预处理来自光电传感器的输出信号，一级、二级、三级放大电路分别对信号进行滤波及放大处理，且在一级、二级放大电路中增加了防饱和功能，偏置电路提供放大电路需要的偏置电压，提高信号放大的稳定度和抗干扰性。
其电气原理图参考图2，及图5，本实施例红外信号放大电路包括红外信号输入端SIGNAL_IN，放大电路输出端SIGNAL_OUT，在输入端SIGNAL_IN与输出端SIGNAL_OUT之间依次连接一级运算放大器U1-A、二级运算放大器U1-B、三级运算放大器U2-A。为了避免强信号放大时的过饱和问题，一级运算放大器U1-A、二级运算放大器U1-B的输出端连接有防饱和电路。
为了滤除红外输入信号中过高的干扰信号，本实施例红外信号在进入一级运算放大器U1-A之前先经过连接在红外信号输入端SIGNAL_IN上的滤波电路，该滤波电路包括连接在红外信号输入端与地之间的滤波二极管D0与滤波电阻R0，当然也可根据实际情况采用其他电容滤波电路。
一级放大电路中，由电阻R10、电容C10组成的高通滤波电路连接在红外信号输入端SIGNAL_IN与一级运算放大器U1-A的正输入端之间，主要滤除信号中的低频干扰；电阻R12和C11连接在一级运算放大器U1-A的输出端与负输入端之间，以实现增益调整及选频；NPN型三极管Q1的基极与集电极连接至一级运算放大器U1-A的输出端，发射极连接至一级运算放大器U1-A的负输入端，Q1包含两个PN结，不但可以实现防饱和功能，限制放大前后的信号幅值差不高于Q1的顺电压，有效避免信号饱和,还可以实现温度补偿（即一级运算放大器U1-A会有一定的温度系数，其输出信号会随温度变化而漂移，称为“温漂”，而Q1可以在一定程度上抵消或减小其输出的温漂，这就是Q1的温度补偿）。另外，参考图5，由电阻R11、电阻R13及外接的偏置电压VN组成偏置电路，可增加电路的抗干扰及保证信号的稳定性。具体地，提供偏置电压输出的偏置电路包括连接在偏置电压输出端VN与系统供电电压VCC之间第四运算放大器U2-B，该放大器U2-B的正输入端一方面通过电容C41接地，另一方面通过电阻R42接地，再一方面通过电阻R41连接系统供电电压VCC，放大器U2-B的输出端连接偏置电压VN，调节电阻R41或电阻R42的值，改变系统电压经两只电阻的比例，从而可根据需求获得希望的高精度偏置电压。该偏置电压可有效克服运算放大器的失调漂移现象，当然，偏置电路也可采用其他稳压芯片来提供，本实施例子通过运放提供偏置电压一方面不需要增加其他芯片，节约了成本，另一方面精度高，抗干扰性好。
二级放大电路的构成和一级类似，电阻R20和电容C20组成高通滤波器用以滤除一级放大电路输出信号中的干扰信号，电阻R22和C21实现二级运算放大电路的增益调整及选频，与一级放大电路的不同之处在于其防饱和的钳位电路的组成由NPN型三极管Q2和Q3组成，三极管Q3的基极与集电极连接至二级运算放大器U1-B的输出端，发射极连接至三极管Q2的基极与集电极，三极管Q2的发射极连接至二级运算放大器U1-B的负输入端。偏置电路可有效提高输入信号的抗干扰性，减小失调电压对放大信号的影响，具体地，由连接在二级运算放大器U1-B的正输入端的电阻R21、偏置电压VN，和连接在负输入端的电阻R23、偏置电压VN组成二级运算放大器的偏置电路。同样地，在二级放大电路中，NPN型三极管Q2和Q3也可以实现温度补偿。
三级放大电路的构成与二级放大电路类似，电阻R30和电容C30组成低通滤波器用以进一步滤除二级放大电路输出信号中的低频干扰信号，电阻R32和电容C31实现三级运算放大电路的增益调整及选频。偏置电路的构成和一、二级放大电路类似，具体地，由连接在三级运算放大器U2-A的正输入端的电阻R31、VN，连接在负输入的电阻R33、VN组成三级运算放大器的偏置电路。与一、二级放大电路的不同之处在于：去掉了防饱和电路部分，最终放大后的信号经电阻R40输出。
本实施例中，运算放大器U1-A，U1-B、U2-A，U2-B可以选用ROHM 公司的BU7242SFVM-TR 运算放大器，但并不限于此。
本实施例能在最大限度地提高信号放大倍数的同时，兼顾近距离强信号的放大效果，避免强信号放大时的饱和问题。另外，可以在限定的放大范围内，灵活调节放大倍数，满足设计需要。
实施例二，参考图3，与实施例二的不同之处在于：考虑到一级运算放大器的输入信号本来就弱，若增加偏置电压，则有效信号将大幅下降，而二级及三级运算放大器经过其前一级运算放大器的放大后，再增加偏置电压对有用信号的影响较小，故根据实际特定需要，本实施例的第二、三级放大电路的偏置电压一方面由偏置电路提供，如VN，另一方面由系统供电电压VCC提供，进而通过相应电阻给放大器提供偏置，在特定的工作条件下，可以更好地提高放大电路的抗干扰性能。
实施例三，参考图4，与实施例一的不同之处在于：根据实际需要，本实施例采用两级放大，即一级、二级放大电路，一级、二级放大电路分别对信号进行滤波及放大处理，且只在一级放大电路中增加了防饱和功能。其他电气原理类似实施例一，此处不再赘述。
当然，根据不同电路的要求，可选择增加运算放大电路，同时选择在二级运算放大电路中增加防饱和电路。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种红外信号放大电路，包括红外信号输入端、放大电路输出端及连接在所述红外信号输入端与放大电路输出端之间的放大电路，其特征在于：所述放大电路包括依次连接的一级运算放大器与二级运算放大器，所述一级运算放大器及二级运算放大器的正、负输入端上均连接偏置电压，一级运算放大器输出端与反向输入端之间连接有第一NPN型三极管。
2.根据权利要求1所述的红外信号放大电路，其特征在于：还包括连接在所述二级运算放大器的输出端与放大电路输出端之间的三级运算放大器，所述三级运算放大器的正、负输入端上也均连接偏置电压，所述二级运算放大器输出端与反向输入端之间连接有串联连接的第二及第三NPN型三极管。
3.根据权利要求1或2所述的红外信号放大电路，其特征在于：所述偏置电压包括系统供电电压提供的第一偏置电压，和/或偏置电路提供的第二偏置电压，该偏置电路包括第二偏置电压输出端，该第二偏置电压输出端与系统供电电压之间连接有第四运算放大器，该运算放大器的正输入端连接有增益调节电阻，输出端连接第二偏置电压输出端。
4.根据权利要求3所述的红外信号放大电路，其特征在于：所述红外信号输入端与所述一级运算放大器的正输入端之间连接有滤波电路。
5.根据权利要求4所述的红外信号放大电路，其特征在于：所述一、二级运算放大器的输入端上均连接有高通滤波电路，三级运算放大器输入端连接有低通滤波器电路。
6.根据权利要求4所述的红外信号放大电路，其特征在于：所述滤波电路包括并联连接在红外信号输入端与地之间的滤波二极管与滤波电阻。
7.根据权利要求5所述的红外信号放大电路，其特征在于：所述高通滤波电路包括串联连接的电阻与电容。
8.根据权利要求5所述的红外信号放大电路，其特征在于：所述低通滤波电路包括连接在所述二级运算放大器与所述三级运算放大器之间的电阻以及连接在三级运算放大器与地之间的电容。
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