CN202652147U

CN202652147U - 一种增益可调的运放设备

Info

Publication number: CN202652147U
Application number: CN 201220254857
Authority: CN
Inventors: 陈兴海; 王希章; 杜勉珂
Original assignee: BEIJING ZOLIX INSTRUMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING ZOLIX INSTRUMENT Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-31

Abstract

本实用新型公开了一种增益可调的运放设备，包括：第一放大电路、第二放大电路、第一切换装置以及第二切换装置；信号源的信号通过所述第一切换装置输入至所述第一放大电路或所述第二放大电路，所述第一放大电路或所述第二放大电路输出的信号通过所述第二切换装置输入至负载电路。借此，本实用新型借助两个放大电路之间的切换使用保证了该设备可以运用于放大不同动态范围的光探测器信号，并且能保证作为高信噪比的前置放大电路，提高光测量的准确性和重复性。

Description

一种增益可调的运放设备

技术领域

本实用新型涉及运算放大设备，特别是涉及一种增益可调的运放设备。

背景技术

光电二极管和光电倍增管等光探测器能够对从红外线、可见光到γ射线等不同频率范围的电磁辐射产生响应，输出电流信号。前置放大器是将这个电流信号转换并按一定增益放大成为电压信号的电路。主要由运算放大器和反馈电阻组成，如图1所示为一前置放大器的结构示意图，光探测器输出的电流信号源可以看作内阻非常大的电流源Iin。将运算放大器假设为理想运放，则可以认为输入阻抗与开环增益均为无穷大，输入偏置电流为无穷小。则被测电流Iin,将全部流过反馈电阻R,由于同相端共地，则输出电压：Vout＝-Iin*R。这样，可以由输出电压测出被测的输入电流，理论上，只要电阻R足够大，即使Iin很小，也可以得到较大的输出电压Vout,但实际上运放的输入阻抗不是无穷大，R的增大也要受到运放输入阻抗的限制，同时考虑偏置电流对被测电流的影响，在放大增益较小的情况下，信号Iin有可能被淹没，无法完成放大。在原则上，为了提高输出信号的信噪比，放大增益越大越好，因为运放的输出电压不能高于电源电压，但在信号较强的情况下，放大增益过大，会造成输出饱和，同样无法完成放大。

现有技术一中使用固定反馈电阻单个运算放大器组成的放大器。为了提高输出信号信噪比，放大增益要尽量大，放大后的信号要尽量接近放大器输出动态范围，但是使用现有技术一至少具有以下缺点：如果放大增益是固定的，在信号过大时会发生饱和，在信号较小时信噪比就比较低。

信号的动态范围就是信号的最大不失真电压变化范围，而为了保证放大后的信号要尽量接近放大器输出的动态范围，解决现有技术一的缺点，使放大增益也可以随之调整，在现有技术二中使用可调反馈电阻单个运算放大器组成的放大器。在放大较大信号的时候，增益小，运算放大器输出电流大。在放大较小信号的时候，增益大，运算放大器输出电流小。但是现有技术二具有下述缺点：运算放大器器件本身性能有限，大功率运算放大器可以输出大电流，但是放大增益不能过大。小功率的高增益运算放大器可以不输出大电流，但是放大增益可以很大。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种增益可调的运放设备，用于解决现有技术中使用单一的运算放大器不能同时满足在放大较大信号的时候，增益小，运算放大器输出电流大，而在放大较小信号的时候，增益大，运算放大器输出电流小的问题。同时还解决了固定的放大增益，在信号过大时会发生饱和，在信号较小时信噪比就比较低的问题。

本实用新型实施例提供一种增益可调的运放设备，所述设备包括：第一放大电路、第二放大电路、第一切换装置以及第二切换装置；信号源的信号通过所述第一切换装置输入至所述第一放大电路或所述第二放大电路，所述第一放大电路或所述第二放大电路输出的信号通过所述第二切换装置输入至负载电路。

上述增益可调的运放设备，其中，所述第一放大电路包括：第一运算放大器以及与所述第一运算放大器连接的第一反馈电阻；所述第二放大电路包括：第二运算放大器以及与所述第二运算放大器连接的第二反馈电阻。

上述增益可调的运放设备，其中，所述第一反馈电阻或第二反馈电阻为固定电阻或可调电阻。

上述增益可调的运放设备，其中，所述第一切换装置以及所述第二切换装置均为继电器。

上述增益可调的运放设备，其中，所述第一运算放大器为大功率运算放大器，所述第二运算放大器为精密运算放大器。

上述增益可调的运放设备，其中，所述大功率运算放大器为OPA547大功率运算放大器，所述精密运算放大器为OPA627精密运算放大器。

上述增益可调的运放设备，其中，所述第一运算放大器反相端接口连接外部电压。

上述增益可调的运放设备，其中，所述设备还包括：控制器，连接所述第一切换装置以及所述第二切换装置。

借此，采用本实用新型的增益可调的运放设备，借助两个放大电路之间的切换使用保证了该设备可以运用于放大不同动态范围的光探测器信号，并且能保证作为高信噪比的前置放大电路，提高光测量的准确性和重复性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1所示为本实用新型现有技术中一前置放大器的结构示意图；

图2所示为本实用新型实施例中一种增益可调的运放设备的连接关系示意图；

图3所示为本实用新型实施例中一种增益可调的运放设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图2所示为本实用新型实施例中一种增益可调的运放设备的连接关系示意图。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，较佳的，其包括：第一放大电路202、第二放大电路203、第一切换装置201以及第二切换装置204；信号源的信号通过所述第一切换装置201输入至所述第一放大电路202或所述第二放大电路203，所述第一放大电路202或所述第二放大电路203输出的信号通过所述第二切换装置204输入至负载电路。上述实施例借助两个放大电路之间的切换使用保证了该设备可以运用于放大不同动态范围的光探测器信号，并且能保证作为高信噪比的前置放大电路，提高光测量的准确性和重复性。

如图3所示，为本实用新型实施例中一种增益可调的运放设备的结构示意图。其中包括：第一放大电路202、第二放大电路203、第一切换装置201以及第二切换装置204；信号源的信号通过所述第一切换装置201输入至所述第一放大电路202或所述第二放大电路203，所述第一放大电路202或所述第二放大电路203输出的信号通过所述第二切换装置204输入至负载电路。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述第一放大电路202包括：第一运算放大器2021以及与所述第一运算放大器2021连接的第一反馈电阻2022；所述第二放大电路203包括：第二运算放大器2031以及与所述第二运算放大器2031连接的第二反馈电阻2032。本实用新型实施例采用不同的运算放大器以及其相应反馈电阻的配合。其中反馈电阻由一系列阻值固定的电阻组成，通过外加控制开关对阻值的大小进行切换以达到变换不同的电阻值，使得放大增益变得可调节，同时使运算放大器本身的性能得到最大的发挥。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述第一反馈电阻2022或第二反馈电阻2032为可调电阻。通过反馈电阻的阻值连续可调，来更精确的控制放大倍数，使输出信号动态范围尽量接近放大器输出动态范围，可以使输出信号达到最佳信噪比。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述第一切换装置201以及所述第二切换装置204均为继电器，通过两个继电器的自动调节来精确控制信号源向不同运算放大器输入不同范围的电流，选择较佳的放大电路对信号进行放大，并使电路在不同运算放大器之间的切换过程中，操作更加安全，方便。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述第一运算放大器2021为大功率运算放大器，所述第二运算放大器2031为精密运算放大器。本实用新型的实施例，能够让大信号通过大功率放大器，从而使放大增益小，但输出电流大；同时又能够让小信号通过精密运算放大器，从而可以不输出大电流，但是放大增益很大；通过不同的放大电路来对大小不同的信号进行有效放大，可以提高光测量的准确性和重复性，且提高输出信号的信噪比。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述大功率运算放大器为OPA547大功率运算放大器，所述精密运算放大器为OPA627精密运算放大器。

较佳的，本实用新型实施例在输入大信号的时候，信号由第一切换装置201切换至第一运算放大器2021的输入端，经过该电流-电压跨导放大电路的放大，再经过第二切换装置204以及电容C4的交流电压信号，最后输出。其中第一反馈电阻2022由一系列阻值固定的电阻组成，外加控制开关（图未示）对阻值的大小进行切换以达到变换不同的电阻值。

在输入小信号的时候，信号经第一切换装置201切换至第二运算放大器2031的输入端，经过该电流-电压跨导放大电路的放大，再经过第二切换装置204以及电容C4的交流电压信号，最后输出。通过调整第二反馈电阻2032的阻值，使输出信号的动态范围尽量接近放大器输出的动态范围，达到最佳信噪比；其中第二反馈电阻2032由一系列阻值固定的电阻组成，通过外加控制开关（图未示）对阻值的大小进行切换以达到变换不同的电阻值。以上通过外加控制开关调整反馈电阻的阻值，使输出信号的动态范围尽量接近放大器输出的动态范围，达到最佳信噪比。

较佳的，本实用新型实施例中输入、输出都为BNC连接器，可与数据采集系统、BNC或示波器探头连接，使得系统设计及结构搭建更加简单。但是其并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述第一运算放大器2021反相端接口连接外部直流电压VCC，其中较佳的该外加电压VCC的幅值可以选择-10V至+10V之间任意值，具体选择可由放大器信号源的交流信号的大小以及需求来决定。外加电压VCC可便于当输入光电信号较弱时加强输入信号的强度，或用来抑制探测器噪声。

本实用新型的一种增益可调的运放设备，其较佳的实施方式中，更进一步的，所述设备还包括：控制器（图未示），连接所述第一切换装置201以及所述第二切换装置204。所述控制器可以控制第一切换装置201以及第二切换装置204同时开启和闭合，使电路在不同运算放大器之间的转换过程中，操作更加安全，精准。

综上，本实用新型的运放设备借助两个放大电路之间的切换使用保证了该设备可以运用于放大不同动态范围的光探测器信号，并且能保证作为高信噪比的前置放大电路，提高光测量的准确性和重复性。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种增益可调的运放设备，其特征在于包括：

第一放大电路、第二放大电路、第一切换装置以及第二切换装置；信号源的信号通过所述第一切换装置输入至所述第一放大电路或所述第二放大电路，所述第一放大电路或所述第二放大电路输出的信号通过所述第二切换装置输入至负载电路。

2.根据权利要求1所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述第一放大电路包括：第一运算放大器以及与所述第一运算放大器连接的第一反馈电阻；所述第二放大电路包括：第二运算放大器以及与所述第二运算放大器连接的第二反馈电阻。

3.根据权利要求2所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述第一反馈电阻或第二反馈电阻为可调电阻。

4.根据权利要求1所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述第一切换装置以及所述第二切换装置均为继电器。

5.根据权利要求2所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述第一运算放大器为大功率运算放大器，所述第二运算放大器为精密运算放大器。

6.根据权利要求5所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述大功率运算放大器为OPA547大功率运算放大器，所述精密运算放大器为OPA627精密运算放大器。

7.根据权利要求5所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述第一运算放大器反相端接口连接外部电压。

8.根据权利要求1所述增益可调的运放设备，其特征在于，所述设备还包括：控制器，连接所述第一切换装置以及所述第二切换装置。