CN108551334A - 一种基于运放大器电路的信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电路技术领域，特别涉及一种基于运放大器电路的信号采集系统。本发明包括传感器、运算放大器电路、信号处理电路、显示输出电路、带通滤波电路、模数转换电路，所述传感器的信号输入端连接被测输入信号，传感器的信号输出端分别连接运算放大器电路的信号输入端、信号处理电路的信号输入端，所述信号处理电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端，所述运算放大器电路的信号输出端通过带通滤波电路连接模数转换电路的信号输入端，所述模数转换电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端。本发明能够实现对微弱信号的采集和放大，能够抑制共模干扰信号。

Description

一种基于运放大器电路的信号采集系统

技术领域

本发明属于电路技术领域，特别涉及一种基于运放大器电路的信号采集系统。

背景技术

运算放大器是信号采集系统中至关重要的元器件，是一种模拟集成电路设计中的基本模块，主要运用CMOS工艺来制造，随着专业的集成电路的发展，每年都会有很多型号的运算放大器被生产出来，运算放大器的主要参数是增益和功耗。

现有技术中的信号采集系统的运算放大器电路在功耗小时，无法保证其稳定性的要求，因此迫切需要提供一种噪声低、功耗小、稳定性好的信号采集系统。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于运放大器电路的信号采集系统，本发明噪声低、功耗小、稳定性好。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种基于运放大器电路的信号采集系统包括传感器、运算放大器电路、信号处理电路、显示输出电路、带通滤波电路、模数转换电路，所述传感器的信号输入端连接被测输入信号，传感器的信号输出端分别连接运算放大器电路的信号输入端、信号处理电路的信号输入端，所述信号处理电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端，所述运算放大器电路的信号输出端通过带通滤波电路连接模数转换电路的信号输入端，所述模数转换电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端。

优选的，所述运算放大器电路包括信号初级放大系统、次级传感器运算放大系统以及供电系统，所述信号初级放大系统的信号输入端与传感器的信号输出端相连接，所述次级传感器运算放大系统的信号输入端与信号初级放大系统的信号输出端相连接，次级传感器运算放大系统的信号输出端作为运算放大器电路的信号输出端，所述次级传感器运算放大系统用于跟随供电系统的电压变化，对信号初级放大系统的输出信号进行补偿放大，次级传感器运算放大系统的信号输出端连接带通滤波电路的信号输入端。

优选的，所述信号初级放大系统包括两级放大系统，分别为一级放大系统和二级放大系统，所述一级放大系统的信号输入端作为运算放大器电路的信号输入端，一级放大系统的信号输入端与传感器的信号输出端相连接，一级放大系统的信号输出端与二级放大系统的信号输入端相连接，所述二级放大系统的信号输出端与次级传感器运算放大系统的信号输入端相连接。

优选的，所述次级传感器运算放大系统包括滤波单元、频率补偿滤波单元、信号反馈单元，所述滤波单元的信号输入端与二级放大系统的信号输出端相连接，滤波单元的信号输出端与频率补偿滤波单元的信号输入端相连接，所述频率补偿滤波单元的信号输出端与信号反馈单元的信号输入端相连接，所述信号反馈单元的信号输出端与带通滤波电路的信号输入端相连接。

进一步优选的，所述滤波单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端均连接二级放大系统的信号输出端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第一电阻R1的一端以及频率补偿滤波单元的信号输入端，所述第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端均接地。

进一步优选的，所述频率补偿滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2、第一电感L1、第三电容C3、第四电容C4、第一放大器A1，所述第一二极管D1的正极接地，第二二极管D2的负极连接电源，所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极均连接第一电阻R1的一端、第四电容C4的一端、第一电感L1的一端、第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端、第一电感L1的另一端均连接第三电容C3的一端、第一放大器A1的正极信号输入端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第四电容C4的另一端连接第一放大器A1的负极信号输入端，所述第一放大器A1的信号输出端作为运算放大器电路的信号输出端。

进一步优选的，所述信号反馈单元包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的一端连接第一放大器A1的信号输出端，第三电阻R3的另一端分别连接第一放大器A1的负极信号输入端、第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接地。

进一步优选的，所述第一放大器A1的型号为LM393。

本发明的有益效果为：

(1)、本发明包括传感器、运算放大器电路、信号处理电路、显示输出电路、带通滤波电路、模数转换电路，本发明能够实现对微弱信号的采集和放大，能够抑制共模干扰信号。

(2)、所述运算放大器电路包括信号初级放大系统、次级传感器运算放大系统以及供电系统，本发明有效地避免了电压的变化对运算放大器的影响，而且本发明的噪声低、功耗小、稳定性好。

(3)、本发明大大提高了运算放大器电路的电源抑制比，实用性好。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的一个实施例的信号采集系统的结构原理框图；

图2为本发明的一个实施例的运算放大器电路的结构原理框图；

图3为本发明的一个实施例的信号初级放大系统的电路原理图；

图4为本发明的一个实施例的次级传感器运算放大系统的电路原理图。

上述图中的标记均为：

10—信号初级放大系统20—次级传感器运算放大系统

具体实施方式

下面对照附图，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于运放大器电路的信号采集系统，包括传感器、运算放大器电路、信号处理电路、显示输出电路、带通滤波电路、模数转换电路，所述传感器的信号输入端连接被测输入信号，传感器的信号输出端分别连接运算放大器电路的信号输入端、信号处理电路的信号输入端，所述信号处理电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端，所述运算放大器电路的信号输出端通过带通滤波电路连接模数转换电路的信号输入端，所述模数转换电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端。

被测输入信号首先经过运算放大器电路，实现对信号的放大，能够对不同的微弱信号实现不同的放大，运算放大器电路可以极大程度地降低共模干扰信号，运算放大器电路将信号滤波放大后通过带通滤波电路进一步滤波，去除干扰信号，最后将信号发送至模数转换电路，将模拟信号转换为数字信号，最后将数字信号发送至显示输出电路进行显示分析。

如图2所示，所述运算放大器电路包括信号初级放大系统10、次级传感器运算放大系统20以及供电系统，所述信号初级放大系统10的信号输入端与传感器的信号输出端相连接，所述次级传感器运算放大系统20的信号输入端与信号初级放大系统10的信号输出端相连接，次级传感器运算放大系统20的信号输出端作为运算放大器电路的信号输出端，所述次级传感器运算放大系统20用于跟随供电系统的电压变化，对信号初级放大系统10的输出信号进行补偿放大，次级传感器运算放大系统20的信号输出端连接带通滤波电路的信号输入端。

如图3所示，所述信号初级放大系统10包括两级放大系统，分别为一级放大系统和二级放大系统，所述一级放大系统的信号输入端作为运算放大器电路的信号输入端，一级放大系统的信号输入端与传感器的信号输出端相连接，一级放大系统的信号输出端与二级放大系统的信号输入端相连接，所述二级放大系统的信号输出端与次级传感器运算放大系统20的信号输入端相连接。

具体的，所述一级放大系统包括第一晶体管V1、第二晶体管V2、第三晶体管V3、第四晶体管V4，所述二级放大系统包括第五晶体管V5、第六晶体管V6、第七晶体管V7、第八晶体管V8。

如图4所示，所述次级传感器运算放大系统20包括滤波单元、频率补偿滤波单元、信号反馈单元，所述滤波单元的信号输入端与二级放大系统的信号输出端相连接，滤波单元的信号输出端与频率补偿滤波单元的信号输入端相连接，所述频率补偿滤波单元的信号输出端与信号反馈单元的信号输入端相连接，所述信号反馈单元的信号输出端与带通滤波电路的信号输入端相连接。

如图4所示，所述滤波单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端均连接二级放大系统的信号输出端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第一电阻R1的一端以及频率补偿滤波单元的信号输入端，所述第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端均接地。

所述频率补偿滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2、第一电感L1、第三电容C3、第四电容C4、第一放大器A1，所述第一二极管D1的正极接地，第二二极管D2的负极连接电源，所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极均连接第一电阻R1的一端、第四电容C4的一端、第一电感L1的一端、第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端、第一电感L1的另一端均连接第三电容C3的一端、第一放大器A1的正极信号输入端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第四电容C4的另一端连接第一放大器A1的负极信号输入端，所述第一放大器A1的信号输出端作为运算放大器电路的信号输出端。

所述信号反馈单元包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的一端连接第一放大器A1的信号输出端，第三电阻R3的另一端分别连接第一放大器A1的负极信号输入端、第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接地。

具体的，所述第一放大器A1的型号为LM393。

所述次级传感器运算放大系统20跟随供电系统的电压变化，输出放大后的信号，电压不会对运算放大器的输出信号造成影响，从而运算放大器的电源抑制比会提高。

综上所述，本发明包括传感器、运算放大器电路、信号处理电路、显示输出电路、带通滤波电路、模数转换电路，本发明能够实现对微弱信号的采集和放大，能够抑制共模干扰信号。

本发明大大提高了运算放大器电路的电源抑制比，实用性好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：包括传感器、运算放大器电路、信号处理电路、显示输出电路、带通滤波电路、模数转换电路，所述传感器的信号输入端连接被测输入信号，传感器的信号输出端分别连接运算放大器电路的信号输入端、信号处理电路的信号输入端，所述信号处理电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端，所述运算放大器电路的信号输出端通过带通滤波电路连接模数转换电路的信号输入端，所述模数转换电路的信号输出端连接显示输出电路的信号输入端。

2.如权利要求1所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述运算放大器电路包括信号初级放大系统(10)、次级传感器运算放大系统(20)以及供电系统，所述信号初级放大系统(10)的信号输入端与传感器的信号输出端相连接，所述次级传感器运算放大系统(20)的信号输入端与信号初级放大系统(10)的信号输出端相连接，次级传感器运算放大系统(20)的信号输出端作为运算放大器电路的信号输出端，所述次级传感器运算放大系统(20)用于跟随供电系统的电压变化，对信号初级放大系统(10)的输出信号进行补偿放大，次级传感器运算放大系统(20)的信号输出端连接带通滤波电路的信号输入端。

3.如权利要求2所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述信号初级放大系统(10)包括两级放大系统，分别为一级放大系统和二级放大系统，所述一级放大系统的信号输入端作为运算放大器电路的信号输入端，一级放大系统的信号输入端与传感器的信号输出端相连接，一级放大系统的信号输出端与二级放大系统的信号输入端相连接，所述二级放大系统的信号输出端与次级传感器运算放大系统(20)的信号输入端相连接。

4.如权利要求3所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述次级传感器运算放大系统(20)包括滤波单元、频率补偿滤波单元、信号反馈单元，所述滤波单元的信号输入端与二级放大系统的信号输出端相连接，滤波单元的信号输出端与频率补偿滤波单元的信号输入端相连接，所述频率补偿滤波单元的信号输出端与信号反馈单元的信号输入端相连接，所述信号反馈单元的信号输出端与带通滤波电路的信号输入端相连接。

5.如权利要求4所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述滤波单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端均连接二级放大系统的信号输出端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第一电阻R1的一端以及频率补偿滤波单元的信号输入端，所述第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端均接地。

6.如权利要求5所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述频率补偿滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2、第一电感L1、第三电容C3、第四电容C4、第一放大器A1，所述第一二极管D1的正极接地，第二二极管D2的负极连接电源，所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极均连接第一电阻R1的一端、第四电容C4的一端、第一电感L1的一端、第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端、第一电感L1的另一端均连接第三电容C3的一端、第一放大器A1的正极信号输入端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第四电容C4的另一端连接第一放大器A1的负极信号输入端，所述第一放大器A1的信号输出端作为运算放大器电路的信号输出端。

7.如权利要求6所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述信号反馈单元包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的一端连接第一放大器A1的信号输出端，第三电阻R3的另一端分别连接第一放大器A1的负极信号输入端、第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接地。

8.如权利要求7所述的一种基于运放大器电路的信号采集系统，其特征在于：所述第一放大器A1的型号为LM393。