CN103731113B - 变增益放大电路及实现方法、信号处理装置 - Google Patents

变增益放大电路及实现方法、信号处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了信号放大电路技术领域中的变增益放大电路及实现方法、信号处理装置。该放大电路包括信号放大电路，用于对信号进行放大；反馈电路，用于将所述信号放大电路的输出信号反馈到所述信号放大电路的输入端；变增益电路；用于通过改变所述反馈电路的参数对所述信号放大电路的增益进行调整。本发明通过所述变增益电路改变所述反馈电路的参数，进而对所述信号放大电路的增益进行调整，实现了对信号放大倍数的微调。在多级放大电路中，微调的效果更明显。

Description

变增益放大电路及实现方法、信号处理装置
技术领域
本发明涉及信号放大电路技术领域，尤其涉及变增益放大电路及实现方法、信号处理装置。
背景技术
在目前的电子类产品中，放大线路的应用非常普遍，特别在微小信号（如声音信号、光信号等）转化为电信号应用的场合。
放大过程一般都会采用至少两级的放大线路直接对信号进行放大。而且一旦设定好信号放大系数后，信号放大器就使用一个固定的放大倍数，放大倍数不可调节。然而，在一些需要微调的情况下，此种对信号的放大方法反而得不到最好的信号。可见，此种放大电路缺乏变通性，最终导致放大后的信号的稳定性下降。
发明内容
为了解决现有信号放大电路的放大倍数不能微调等不足，本发明提供了变增益放大电路及实现方法、信号处理装置。
本发明的技术方案是：一种变增益放大电路，该放大电路包括：
信号放大电路，用于对信号进行放大；
反馈电路，用于将所述信号放大电路的输出信号反馈到所述信号放大电路的输入端；
变增益电路；用于通过改变所述反馈电路的参数对所述信号放大电路的增益进行调整。
优选地，所述信号放大电路包括运算放大器。
优选地，所述反馈电路包括第一电容、第一电阻和第二电阻；所述第一电容的第一端和第二端分别与所述运算放大器的输出端和反相输入端连接；第一电阻的第一端和第二端分别与所述运算放大器的输出端和反相输入端连接；所述第二电阻的第一端和所述运算放大器的反相输入端连接；所述第二电阻的第二端接地。
优选地，所述变增益电路与所述第二电阻并联；
所述变增益电路包括第三电阻、第一场效应管、第二电容和第四电阻；
所述第三电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端和所述第一场效应管的漏极端连接；所述第二电容的第一端和第二端分别与所述第一场效应管的栅极和所述第一场效应管的源极连接；所述第四电阻的第一端和第二端分别与所述第一场效应管的栅极和所述第一场效应管的源极连接；所述第一场效应管的源极和所述第二电阻的第二端连接。
优选地，所述变增益放大电路进一步还包括：控制电路，所述控制电路和所述第一场效应管的栅极连接，用于控制所述第一场效应管的导通和断开。
优选地，所述控制电路包括控制芯片；所述控制芯片分别与电源、处理器和所述第一场效应管的栅极连接。
本发明还提供了一种信号处理装置，该信号处理装置包括由设定组上述所述的变增益放大电路级联组成的级联电路；
优选地，所述级联电路中相邻的两组所述变增益放大电路之间设置有高频滤波电路；所述级联电路的最后一级增益放大电路的输出端设置有低频滤波电路；所述相邻的两组所述变增益放大电路分为第一变增益放大电路和第二变增益放大电路；
所述高频滤波电路包括第六电容和第十电阻；所述第六电容的第一端和所述相邻的两组所述变增益放大电路中的一组增益放大电路的输出端连接；所述第六电容的第二端和所述相邻的两组所述变增益放大电路中的另一组增益放大电路的正相输入端连接；所述第十电阻的第一端和所述第六电容的第二端连接；所述第十电阻的第二端接地；
所述低频滤波电路包括第三电容和第五电阻；所述第五电阻的第一端和第二端分别与所述级联电路的最后一级增益放大电路的输出端和所述级联电路的输出端连接；所述第三电容的第一端和所述第六电阻的第二端连接；所述第三电容的第二端接地。
本发明还提出了一种变增益放大电路的实现方法，该方法包括：
将变增益电路和信号放大电路的反馈电路中的电阻并联；
通过所述变增益电路的导通或关断改变所述反馈电路的参数，实现对所述信号放大电路的增益进行调整。
优选地，所述变增益电路的导通或关断通过控制电路进行控制。
本发明通过所述变增益电路改变所述反馈电路的参数，进而对所述信号放大电路的增益进行调整，实现了对信号放大倍数的微调。在多级放大电路中，微调的效果更明显。
附图说明
图1是实施例1的一个实际电路图；
图2是实施例2的方法流程图；
图3是实施例3的一个实际电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了变增益放大电路及实现方法、信号处理装置，以解决现有信号放大电路的放大倍数不能微调等不足。
实施例1
本实施例提供了一种变增益放大电路，该放大电路包括：
信号放大电路，用于对信号进行放大；
反馈电路，用于将所述信号放大电路的输出信号反馈到所述信号放大电路的输入端；
变增益电路；用于通过改变所述反馈电路的参数对所述信号放大电路的增益进行调整。
本实施例通过所述变增益电路改变所述反馈电路的参数，进而对所述信号放大电路的增益进行调整，实现了对信号放大倍数的微调。在多级放大电路中，微调的效果更明显。
本实施例的所述信号放大电路包括运算放大器U1。所述反馈电路包括第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电容C1的第一端和第二端分别与所述运算放大器U1的输出端和反相输入端连接；第一电阻R1的第一端和第二端分别与所述运算放大器U1的输出端和反相输入端连接；所述第二电阻R2的第一端和所述运算放大器U1的反相输入端连接；所述第二电阻R2的第二端接地。所述运算放大器U1的正相输入端接地。
所述变增益电路与所述第二电阻R2并联；所述变增益电路包括第三电阻R3、第一场效应管Q1、第二电容C2和第四电阻R4；所述第三电阻R3的第一端和所述第二电阻R2的第一端连接；所述第三电阻R3的第二端和所述第一场效应管Q1的漏极端连接；所述第二电容C2的第一端和第二端分别与所述第一场效应管Q1的栅极和所述第一场效应管Q1的源极连接；所述第四电阻R4的第一端和第二端分别与所述第一场效应管Q1的栅极和所述第一场效应管Q1的源极连接；所述第一场效应管Q1的源极和所述第二电阻R2的第二端连接。
所述变增益放大电路进一步还包括：控制电路，所述控制电路和所述第一场效应管Q1的栅极连接，用于控制所述第一场效应管Q1的导通和断开。所述控制电路包括控制芯片；所述控制芯片分别与电源、信号处理器和所述变增益放大电路的第一场效应管Q1的栅极连接。
此外，还包括滤波电容C0和限流电阻R0，限流电阻R0的第一端和电源VCC连接，限流电阻R0的第二端和运算放大器U1的电源端连接；滤波电容C0的第一端和限流电阻R0的第二端连接；滤波电容C0的第二端接地。限流电阻R0用于限制流入运算放大器U1的电流，滤波电容C0对电源VCC进行滤波。运算放大器U1的正相输入端接地。运算放大器U1的输出端接有低通滤波电路；所述低通滤波电路包括第三电容C3和第五电阻R5。所述第五电阻R5的第一端和所述运算放大器U1的输出端连接；所述第五电阻R5的第二端和所述第三电容C3的第一端连接；所述第三电容C3的第二端接地。整个变增益放大电路的输出端和第三电容C3的第一端连接，即运算放大器U1的输出端与整个变增益放大电路的输出端之间接有上述的低通滤波电路。
信号处理过程中，所述信号处理器通过控制所述控制电路的控制芯片，决定是否导通所述第一场效应管Q1。当所述第一场效应管Q1没有导通时，信号按正常的过程放大，当需要对放大电路的放大倍数进行微调时，信号处理器通过控制所述控制芯片导通所述第一场效应管Q1。此时，反馈电路的反馈参数发生了变化。未导通所述第一场效应管Q1时，放大电路的放大倍数β1为：当所述第一场效应管Q1导通时，所述第二电阻R2和第三电阻R3形成了并联电路，并联后的电阻要小于第二电阻R2和第三电阻R3，此时的放大倍数为：其中，||表示并联。放大倍数相对于第一场效应管Q1未导通前的放大倍数增大了，实现了对放大倍数的微调。本实施例的一个实际电路图如图1所示。实施例2
本实施例和实施例1属于同一发明构思，本实施例提供了一种变增益放大电路的实现方法，该方法包括：
S1：将变增益电路和信号放大电路的反馈电路中的电阻并联；
S2：通过所述变增益电路的导通或关断改变所述反馈电路的参数，实现对所述信号放大电路的增益进行调整。所述变增益电路的导通或关断通过控制电路进行控制。本实施例的方法流程图如图2所示。
请参考图2，本实施例也包括实施例1所述的信号放大电路、反馈电路和变增益电路。所述反馈电路包括第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电容C1的第一端和第二端分别与所述运算放大器U1的输出端和反相输入端连接；第一电阻R1的第一端和第二端分别与所述运算放大器U1的输出端和反相输入端连接；所述第二电阻R2的第一端和所述运算放大器U1的反相输入端连接；所述第二电阻R2的第二端接地。
所述变增益电路与所述第二电阻R2并联；所述变增益电路包括第三电阻R3、第一场效应管Q1、第二电容C2和第四电阻R4；所述第三电阻R3的第一端和所述第二电阻R2的第一端连接；所述第三电阻R3的第二端和所述第一场效应管Q1的漏极端连接；所述第二电容C2的第一端和第二端分别与所述第一场效应管Q1的栅极和所述第一场效应管Q1的源极连接；第四电阻R4的第一端和第二端分别与所述第一场效应管Q1的栅极和所述第一场效应管Q1的源极连接；所述第一场效应管Q1的源极和所述第二电阻R2的第二端连接。
所述变增益放大电路进一步还包括：控制电路，所述控制电路和所述第一场效应管Q1的栅极连接，用于控制所述第一场效应管Q1的导通和断开。所述控制电路包括控制芯片；所述控制芯片分别与电源、信号处理器和所述变增益放大电路的第一场效应管Q1的栅极连接。
此外，还包括滤波电容C0和限流电阻R0，限流电阻R0的第一端和电源VCC连接，限流电阻R0的第二端和运算放大器U1的电源端连接；滤波电容C0的第一端和限流电阻R0的第二端连接；滤波电容C0的第二端接地。限流电阻R0用于限制流入运算放大器U1的电流，滤波电容C0对电源进行滤波。运算放大器U1的正相输入端接地。运算放大器U1的输出端接有低通滤波电路；所述低通滤波电路包括第三电容C3和第五电阻R5。所述第五电阻R5的第一端和所述运算放大器U1的输出端连接；所述第五电阻R5的第二端和所述第三电容C3的第一端连接；所述第三电容C3的第二端接地。整个变增益放大电路的输出端和第三电容C3的第一端连接。
信号处理过程中，所述信号处理器通过控制所述控制电路的控制芯片，决定是否导通所述第一场效应管Q1。当所述第一场效应管Q1没有导通时，信号按正常的过程放大，当需要对放大电路的放大倍数进行微调时，通过处理器控制所述控制芯片导通所述第一场效应管Q1。此时，反馈电路的反馈参数发生了变化。未导通所述第一场效应管Q1时，放大电路的放大倍数β1为：当所述第一场效应管Q1导通时，所述第二电阻R2和第三电阻R3形成了并联电路，并联后的电阻要小于第二电阻R2和第三电阻R3，此时的放大倍数为：放大倍数相对于第一场效应管Q1未导通前的放大倍数增大了，实现了对放大倍数的微调。
实施例3
本实施例提供了一种信号处理装置，该信号处理装置包括由设定组实施例1所述的变增益放大电路级联组成的级联电路；本实施例的一个实际电路图如图3所示。图3是一个两级的信号放大电路，以下通过这个两级的信号放大电路对本实施例进行说明，当为3级或更多级的放大电路时，和以下对两级信号放大电路的推理相似。
所述级联电路中相邻的两组所述变增益放大电路之间设置有高频滤波电路；所述级联电路的最后一级增益放大电路的输出端设置有低频滤波电路；所述相邻的两组所述变增益放大电路分为第一变增益放大电路和第二变增益放大电路；
所述高频滤波电路包括第六电容C6和第十电阻R10；所述第六电容C6的第一端和所述相邻的两组所述变增益放大电路中的一组增益放大电路的输出端连接；所述第六电容C6的第二端和所述相邻的两组所述变增益放大电路中的另一组增益放大电路的正相输入端连接；所述第十电阻R10的第一端和所述第六电容C6的第二端连接；所述第十电阻R10的第二端接地；本实施例为两级信号放大电路，所以所述第六电容C6的第一端和所述运算放大器U1的输出端连接；所述第六电容C6的第二端和所述运算放大器U2的正相输入端连接。
所述低频滤波电路包括第三电容C3和第五电阻R5；所述第五电阻R5的第一端和第二端分别与所述级联电路的最后一级增益放大电路的输出端和所述级联电路的输出端连接；所述第三电容C3的第一端和所述第五电阻R5的第二端连接；所述第三电容C3的第二端接地。本实施例为两级信号放大电路，所述第五电阻R5的第一端和所述运算放大器U2的输出端连接；所述第五电阻R5的第二端和所述第三电容C3的第一端连接；所述第三电容C3的第二端接地。
同样的，第二级信号放大电路也有变增益电路，如图3所示，对应的包括第二反馈电路和第二变增益电路。所述第二反馈电路包括第六电阻R6、第七电阻R7和第四电容C4；所述第二变增益电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二场效应管Q2和第五电容C5。
这样，本实施例的二级信号放大电路就有了4种调节方式：
（1）当处理器控制所述控制芯片输出低电平时，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2都不导通，此时信号的总放大倍数β为：β1×β2，其中，β2为运算放大器U2的信号放大倍数，
（2）当控制芯片向第二场效应管Q2输出低电平，向第一场效应管Q1输出高电平时，第一场效应管Q1导通，第二场效应管Q2不导通，运算放大器U1的放大倍数发生变化，放大倍数由β1变为β1′，此时信号的总放大倍数β为：β1′×β2。
（3）当控制芯片向第一场效应管Q1输出低电平，向第二场效应管Q2输出高电平时，第二场效应管Q2导通，第一场效应管Q1不导通，运算放大器U2的放大倍数发生变化，放大倍数由β2变为β2′，此时信号的总放大倍数β为：β1×β2′。其中，β2′为第七电阻R7和第八电阻R8并联后运算放大器U2的信号放大倍数，
（4）当处理器控制所述控制芯片输出高电平时，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2都导通，此时信号的总放大倍数β为：β1′×β2′。
对应上述4中情况的控制芯片输出的电平、运算放大器U1和运算放大器U2的放大倍数的对应关系为：
情况 运算放大器U1的放大倍数 运算放大器U1的放大倍数
（1） β1 β2
（2） β1′ β2
（3） β1 β2′
（4） β1′ β2′
本实施例包括多级信号放大电路，通过对每级放大电路的放大倍数进行调整，可在更大范围对放大信号进行微调，进一步扩展的本发明的适用性。
上述实施例中，在每个运算放大器上连接了一个变增益电路，来改变电路的阻值，进而改变反馈电路的参数，对放大电路的增益进行调整实现了对信号放大倍数的微调，本发明并不限定于此，可以根据实际需要适应性变化电路，例如在每个运算放大器上连接了多个变增益电路，变增益电路之间并联，由此通过控制变增益电路的开通个数，来更加多样化的改变电路的阻值，最终实现信号放大倍数的进一步微调。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种变增益放大电路，其特征在于，该放大电路包括：
信号放大电路，用于对信号进行放大；所述信号放大电路包括运算放大器；
反馈电路，用于将所述信号放大电路的输出信号反馈到所述信号放大电路的输入端；
变增益电路，用于通过改变所述反馈电路的参数对所述信号放大电路的增益进行调整；
所述反馈电路包括第一电容、第一电阻和第二电阻；所述第一电容的第一端和第二端分别与所述运算放大器的输出端和反相输入端连接；第一电阻的第一端和第二端分别与所述运算放大器的输出端和反相输入端连接；所述第二电阻的第一端和所述运算放大器的反相输入端连接；所述第二电阻的第二端接地；
其中，所述变增益电路与第二电阻并联，通过所述变增益电路的导通或关断改变所述反馈电路中的第二电阻的参数。
2.如权利要求1所述的变增益放大电路，其特征在于，所述变增益电路与所述第二电阻并联；
所述变增益电路包括第三电阻、第一场效应管、第二电容和第四电阻；
所述第三电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端和所述第一场效应管的漏极端连接；所述第二电容的第一端和第二端分别与所述第一场效应管的栅极和所述第一场效应管的源极连接；所述第四电阻的第一端和第二端分别与所述第一场效应管的栅极和所述第一场效应管的源极连接；所述第一场效应管的源极和所述第二电阻的第二端连接。
3.如权利要求2所述的变增益放大电路，其特征在于，所述变增益放大电路进一步还包括：控制电路，所述控制电路和所述第一场效应管的栅极连接，用于控制所述第一场效应管的导通和断开。
4.如权利要求3所述的变增益放大电路，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片；所述控制芯片分别与电源、信号处理器和所述第一场效应管的栅极连接。
5.一种信号处理装置，其特征在于，该信号处理装置包括由上述权利要求1-4中任意一项所述的变增益放大电路级联组成的级联电路。
6.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，所述级联电路中相邻的两组所述变增益放大电路之间设置有高频滤波电路；所述级联电路的最后一级增益放大电路的输出端设置有低频滤波电路；所述相邻的两组所述变增益放大电路分为第一变增益放大电路和第二变增益放大电路；
所述高频滤波电路包括第六电容和第十电阻；所述第六电容的第一端和所述相邻的两组所述变增益放大电路中的一组增益放大电路的输出端连接；所述第六电容的第二端和所述相邻的两组所述变增益放大电路中的另一组增益放大电路的正相输入端连接；所述第十电阻的第一端和所述第六电容的第二端连接；所述第十电阻的第二端接地；
所述低频滤波电路包括第三电容和第五电阻；所述第五电阻的第一端和第二端分别与所述级联电路的最后一级增益放大电路的输出端和所述级联电路的输出端连接；所述第三电容的第一端和所述第五电阻的第二端连接；所述第三电容的第二端接地。
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