CN203406837U - 一种信号放大电路及信号放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于信号处理领域，特别涉及一种信号放大电路及信号放大器。本实用新型通过采用包括信号放大模块、信号处理模块、控制模块的信号放大电路，由信号放大模块根据预设放大倍数对传感模块输出的差分信号进行放大处理，由信号处理模块根据信号放大模块输出的信号以及基准电压信号输出放大信号，由控制模块根据远程模块输出的归零信号对信号放大模块进行检测，并根据检测结果输出反馈信号至信号处理模块，以消除信号处理模块中的偏移电压，实现了自动归零功能。整个信号放大电路具有功能完善、体积小、操作简单以及无需独立供电的优点。

Description

一种信号放大电路及信号放大器

技术领域

本实用新型属于信号处理领域，特别涉及一种信号放大电路及信号放大器。

背景技术

在测试或监控系统中，主机一般都需要通过传感器采集或读取信号，然后再根据得到的信号进行计算与分析。在实际应用中，很多被测信号都非常微弱，极容易受到外界噪声干扰，造成信号失真，甚至导致测试失效。因此，在现有技术中，技术人员往往采用信号放大器对被测信号进行放大处理。

然而，由于被测信号本身有偏移电压的存在，在信号放大过程中，偏移电压也被同时放大，非常容易导致信号溢出，限制了信号放大器的放大功能。在放大器中增加归零功能可以消除偏移电压，然而现有的信号放大器，要么只具备归零功能，增益不可调；要么增益可调，却不具备归零功能。并且现有的信号放大器往往体积很大，笨重，操作复杂，还需要独立电源供电，作为一个专门测试仪器，给处于野外环境的测试工程带来诸多不便。

综上所述，现有的信号放大器存在功能不完善、体积大、操作复杂以及需要独立供电的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种信号放大电路，旨在解决现有的信号放大器存在功能不完善、体积大、操作复杂以及需要独立供电的问题。

本实用新型是这样实现的，一种信号放大电路，与远程模块和输出差分信号的传感模块连接，所述信号放大电路还包括：

正输入端与负输入端分别连接所述传感模块的正输出端与负输出端，根据预设放大倍数对所述差分信号进行放大处理并输出正放大信号与负放大信号的信号放大模块；

正检测端与负检测端分别连接所述信号放大模块的正输出端与负输出端，正检测端与负检测端分别接收所述正放大信号与负放大信号，归零触发端连接所述远程模块的输出端，归零检测端接收归零检测信号，根据所述远程模块输出的归零信号与所述归零检测信号对所述正放大信号与所述负放大信号进行分析并输出第一反馈信号、第二反馈信号控制模块；

正输入端与负输入端分别连接所述信号放大模块的正输出端与负输出端，第一受控端、第二受控端以及归零反馈端分别连接所述控制模块的第一反馈端、第二反馈端以及所述归零检测端，基准电压端接入基准电压信号，根据所述正放大信号、所述负放大信号以及所述基准电压信号输出放大信号，并根据所述第一反馈信号与所述第二反馈信号对所述负放大信号进行电压调节，同时输出所述归零检测信号的信号处理模块。

本实用新型的另一目的还在于提供一种信号放大器，包括壳体，所述信号放大器还包括上述信号放大电路。

本实用新型通过采用包括所述信号放大模块、所述信号处理模块、所述控制模块以及远程模块的信号放大电路，由所述信号放大模块根据预设放大倍数对所述传感模块输出的差分信号进行放大处理，由所述信号处理模块根据所述信号放大模块输出的信号以及所述基准电压信号输出放大信号，由所述控制模块根据所述远程模块输出的所述归零信号对信号放大模块进行检测，并根据检测结果输出反馈信号至所述信号处理模块，以消除信号处理模块中的偏移电压，实现了自动归零功能。整个信号放大电路具有功能完善、体积小、操作简单以及无需独立供电的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的信号放大电路的模块结构图；

图2是本实用新型实施例所提供的信号放大模块的示例电路结构图；

图3是本实用新型实施例所提供的控制模块的示例电路结构图；

图4是本实用新型实施例所提供的信号处理模块的示例电路结构图；

图5是本实用新型实施例所提供的信号远程模块的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型通过采用包括信号放大模块、信号处理模块以及控制模块的信号放大电路，实现了自动直流归零功能，并且整个信号放大电路具有功能完善、体积小、操作简单以及无需独立供电的优点。

图1示出了本实用新型实施例提供的信号放大电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

本实用新型实施例提供的信号放大电路与远程模块50和输出差分信号的传感模块10连接，信号放大电路还包括：

正输入端与负输入端分别连接传感模块10的正输出端与负输出端，根据预设放大倍数对差分信号进行放大处理并输出正放大信号与负放大信号的信号放大模块20。

正检测端与负检测端分别连接信号放大模块20的正输出端与负输出端，正检测端与负检测端分别接收正放大信号与负放大信号，归零触发端连接远程模块50的输出端，归零检测端接收归零检测信号，根据远程模块50输出的归零信号与归零检测信号对正放大信号与负放大信号进行分析并输出第一反馈信号、第二反馈信号控制模块30。

正输入端与负输入端分别连接信号放大模块20的正输出端与负输出端，第一受控端、第二受控端以及归零反馈端分别连接控制模块30的第一反馈端、第二反馈端以及归零检测端，基准电压端接入基准电压信号，根据正放大信号、负放大信号以及基准电压信号输出放大信号，并根据第一反馈信号与第二反馈信号对负放大信号进行电压调节，同时输出归零检测信号的信号处理模块40。

在本实用新型实施例中，传感模块10可以为输出差分信号的温度传感器、湿度传感器或压力传感器等输出差分信号的信号源。

在本实用新型实施例中，信号处理模块40所输出的放大信号可以接入远程模块50中的计算机或控制器中，以实现自动控制。

在本实用新型实施例中，所接入的基准电压信号可以由现有的稳压电路提供。

在本实用新型实施例中，所传感模块10属于一传感电路中的一个模块。

图2示出了本实用新型实施例提供的信号放大模块20的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，信号放大模块20包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第一开关K1；

电阻R1的第一端、电容C2的第一端以及第一运算放大器U1的输出端共接形成信号放大模块20的负输出端，电阻R1的第二端、电容C2的第二端以及第一运算放大器U1的反相端共接于第一开关K1的公共端，二极管D1的阴极连接外部电源VCC，二极管D1的阳极、二极管D2的阴极、电容C1的第一端以及第一运算放大器U1的同相端共接形成信号放大模块20的负输入端，电容C1的第二端与二极管D2的阳极共接于地，第一开关K1的第一端、第二端、第三端、第四端以及第五端分别连接电阻R2的第一端、电阻R3的第一端、电阻R4的第一端、电阻R5的第一端以及电阻R6的第一端，电阻R2的第二端、电阻R3的第二端、电阻R4的第二端、电阻R5的第二端、电阻R6的第二端、电容C4的第一端以及电阻R7的第一端共接于第二运算放大器U2的反相端，电容C4的第二端、电阻R7的第二端以及第二运算放大器U2的输出端共接形成信号放大模块20的正输出端，二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C3的第一端以及第二运算放大器U2的同相端共接形成信号放大模块20的正输入端，二极管D3的阴极接外部电源VCC，电容C3的第二端与二极管D4的阳极共接于地。

在本实用新型实施例中，第一开关K1可以为单刀多掷的旋钮开关，电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6的电阻值均不相同，当利用第一开关K1选定其中某一电阻时，信号放大模块20即选定了该电阻阻值所对应的放大系数。用户可以根据自身需求，自由地选择阻值合适的电阻，也可以根据第一开关K1的端子数量自由增减电阻数量，以设置信号放大模块20的档位数量与相应档位的放大系数。

在本实用新型实施例中，外部电源VCC可以为普通直流电源，外部电源VCC还可以与包括所述传感模块10的传感电路所用的电源为同一电源。

图3示出了本实用新型实施例提供的控制模块30的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，控制模块30包括：

电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、控制芯片U3、第一滤波模块31以及第二滤波模块32；

电阻R8的第一端与电阻R9的第一端共接于控制芯片的正检测端DIF+，电阻R8的第二端接地，电阻R9的第二端是控制模块30的正检测端，电阻R10的第一端与电阻R11的第一端共接于控制芯片的负检测端DIF-，电阻R10的第二端接地，电阻R11的第二端是控制模块30的负检测端，控制芯片U3的第一反馈端DA1连接第一滤波模块31的输入端，第一滤波模块31的输出端是控制模块30的第一反馈端，控制芯片U3的第二反馈端DA2连接第二滤波模块32的输入端，第二滤波模块32的输出端是控制模块30的第二反馈端，控制芯片U3的归零检测端ATZ是控制模块30的归零检测端，控制芯片U3的归零触发端MC是控制模块30的归零触发端，控制芯片U3的电源端VCC1连接外部电源VCC，控制芯片U3的接地端GND接地。

第一滤波模块31包括一个或多个串接的滤波子模块301，第二滤波模块32包括一个或多个串接的滤波子模块301，一个或多个滤波子模块301中的每一个滤波子模块301包括电阻R12与电容C5；

电阻R12的第一端是滤波子模块301的输入端，电阻R12的第二端与电容C5的第一端共接形成滤波子模块301的输出端，电容C5的第二端接地。

在本实用新型实施例中，控制芯片U3可以是51系列或TI系列的单片机芯片。

图4示出了本实用新型实施例提供的信号处理模块40的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，信号处理模块40包括：

电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C6、电容C7、二极管D5、第三运算放大器U4、第四运算放大器U5以及第五运算放大器U6。

电阻R13的第一端是信号处理模块40的正输入端，电阻R13的第二端、电阻R14的第一端、电容C6的第一端以及第三运算放大器U4的反相端共接形成信号处理模块40的基准电压端，电阻R14的第二端，电容C6的第二端、电阻R15的第一端以及电阻R16的第一端共接于第三运算放大器U4的输出端，电阻R15的第二端、电容C7的第一端以及二极管D5的阳极共接形成信号处理模块40的归零反馈端，电容C7的第二端接地，二极管D5的阴极连接外部电源VCC，电阻R16的第二端是信号处理模块40的输出端，第三运算放大器U4的同相端、第四运算放大器U5的输出端、第四运算放大器U5的反相端以及电阻R17的第一端共接于电阻R18的第一端，电阻R18的第二端是信号处理模块40的负输入端，电阻R17的第二端、第五运算放大器U6的输出端共接于第五运算放大器U6的反相端，第四运算放大器U5的同相端是信号处理模块40的第一受控端，第五运算放大器U6的同相端是信号处理模块40的第二受控端。

图5示出了本实用新型实施例提供的远程模块50的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，远程模块50包括远程控制芯片U7与第二开关K2；

远程控制芯片U7的电源端VCC2连接外部电源VCC，远程控制芯片U7的输入端IN是远程模块50的输入端，远程控制芯片U7的输出端OUT远程模块50的输出端，远程控制芯片U7的接地端GND接地，第二开关K2的第一端连接远程控制芯片U7的输出端OUT，第二开关K2的第二端接地。

在本实用新型实施例中，远程控制芯片可以为计算机或控制器内部的控制芯片。

在本实用新型实施例中，用户还可以通过第二开关K2直接向控制模块30发送归零信号。

以下结合图1至图5对本实用新型所提供的信号放大电路的工作原理做进一步说明：

信号放大电路开始工作后，信号放大模块20的正输入端与负输入端分别接收到振幅相同，相位相反的差分信号。经过二极管与电容构成的滤波网络后，由第一运算放大器U1与第二运算放大器U2分别进行放大处理。其中，第一运算放大器U1输出正放大信号，第二运算放大器U2输出负放大信号。此处所进行的放大也包括了对偏移电压的放大。运输放大器U4根据基准电压信号、正放大信号以及负放大信号输出放大信号。

远程芯片U7接收放大信号，根据内部算法判断是否需要对放大信号进行归零处理，若需要，则向控制模块30输出归零信号。用户也可以根据自己的判断，通过第二开关K2直接向控制模块30输出归零信号。

当控制芯片U3接收到归零信号时，控制模块30的正检测端与负检测端分别检测信号放大模块20所输出的正放大信号与负放大信号，对所检测信号进行分析，计算出需要进行反馈的电压值，并输出第一反馈信号、第二反馈信号对信号处理模块40内部电信号进行电压调整。消除偏移电压以实现归零功能。同时，控制模块30还根据归零检测信号对归零效果进行判断，如归零检测信号不符合要求，则再一次重复上述过程，直到归零检测信号符合要求为止。

本实用新型实施例的另一目的还在于提供一种信号放大器，包括壳体，信号放大器还包括上述信号放大电路。

本实用新型实施例通过采用包括信号放大模块20、信号处理模块40、控制模块30的信号放大电路，由信号放大模块20根据预设放大倍数对传感模块10输出的差分信号进行放大处理，由信号处理模块40根据信号放大模块20输出的信号以及基准电压信号输出放大信号，由控制模块30根据远程模块50输出的归零信号对信号放大模块20进行检测，并根据检测结果输出反馈信号至信号处理模块40，以消除信号处理模块40中的偏移电压，实现了自动归零功能。整个信号放大电路具有功能完善、体积小、操作简单以及无需独立供电的优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种信号放大电路，与远程模块和输出差分信号的传感模块连接，其特征在于，所述信号放大电路还包括： 

正输入端与负输入端分别连接所述传感模块的正输出端与负输出端，根据预设放大倍数对所述差分信号进行放大处理并输出正放大信号与负放大信号的信号放大模块； 

正检测端与负检测端分别连接所述信号放大模块的正输出端与负输出端，正检测端与负检测端分别接收所述正放大信号与负放大信号，归零触发端连接所述远程模块的输出端，归零检测端接收归零检测信号，根据所述远程模块输出的归零信号与所述归零检测信号对所述正放大信号与所述负放大信号进行分析并输出第一反馈信号、第二反馈信号控制模块； 

正输入端与负输入端分别连接所述信号放大模块的正输出端与负输出端，第一受控端、第二受控端以及归零反馈端分别连接所述控制模块的第一反馈端、第二反馈端以及所述归零检测端，基准电压端接入基准电压信号，根据所述正放大信号、所述负放大信号以及所述基准电压信号输出放大信号，并根据所述第一反馈信号与所述第二反馈信号对所述负放大信号进行电压调节，同时输出所述归零检测信号的信号处理模块。 

2.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述信号放大模块包括： 

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、第一运算放大器、第二运算放大器以及第一开关； 

所述电阻R1的第一端、所述电容C2的第一端以及所述第一运算放大器 的输出端共接形成所述信号放大模块的负输出端，所述电阻R1的第二端、所述电容C2的第二端以及所述第一运算放大器的反相端共接于所述第一开关的公共端，所述二极管D1的阴极连接外部电源，所述二极管D1的阳极、所述二极管D2的阴极、所述电容C1的第一端以及所述第一运算放大器的同相端共接形成所述信号放大模块的负输入端，所述电容C1的第二端与所述二极管D2的阳极共接于地，所述第一开关的第一端、第二端、第三端、第四端以及第五端分别连接所述电阻R2的第一端、所述电阻R3的第一端、所述电阻R4的第一端、所述电阻R5的第一端以及所述电阻R6的第一端，所述电阻R2的第二端、所述电阻R3的第二端、所述电阻R4的第二端、所述电阻R5的第二端、所述电阻R6的第二端、所述电容C4的第一端以及所述电阻R7的第一端共接于所述第二运算放大器的反相端，所述电容C4的第二端、所述电阻R7的第二端以及所述第二运算放大器的输出端共接形成所述信号放大模块的正输出端，所述二极管D3的阳极、所述二极管D4的阴极、所述电容C3的第一端以及所述第二运算放大器的同相端共接形成所述信号放大模块的正输入端，所述二极管D3的阴极接所述外部电源，所述电容C3的第二端与所述二极管D4的阳极共接于地。 

3.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述第一开关为单刀多掷的旋钮开关，所述电阻R2、所述电阻R3、所述电阻R4、所述电阻R5以及所述电阻R6的电阻值均不相同。 

4.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述控制模块包括： 

电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、控制芯片、第一滤波模块以及第二滤波模块； 

所述电阻R8的第一端与所述电阻R9的第一端共接于所述控制芯片的正 检测端，所述电阻R8的第二端接地，所述电阻R9的第二端是所述控制模块的正检测端，所述电阻R10的第一端与所述电阻R11的第一端共接于所述控制芯片的负检测端，所述电阻R10的第二端接地，所述电阻R11的第二端是所述控制模块的负检测端，所述控制芯片的第一反馈端连接所述第一滤波模块的输入端，所述第一滤波模块的输出端是所述控制模块的第一反馈端，所述控制芯片的第二反馈端连接所述第二滤波模块的输入端，所述第二滤波模块的输出端是所述控制模块的第二反馈端，所述控制芯片的归零检测端是所述控制模块的归零检测端，所述控制芯片的归零触发端是所述控制模块的归零触发端，所述控制芯片的电源端连接外部电源，所述控制芯片的接地端接地;

所述第一滤波模块包括一个或多个串接的滤波子模块，所述第二滤波模块包括一个或多个串接的滤波子模块，所述一个或多个滤波子模块中的每一个滤波子模块包括电阻R12与电容C5； 

所述电阻R12的第一端是所述滤波子模块的输入端，所述电阻R12的第二端与所述电容C5的第一端共接形成所述滤波子模块的输出端，所述电容C5的第二端接地。 

5.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述信号处理模块包括： 

电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C6、电容C7、二极管D5、第三运算放大器、第四运算放大器以及第五运算放大器;

所述电阻R13的第一端是所述信号处理模块的正输入端，所述电阻R13的第二端、所述电阻R14的第一端、所述电容C6的第一端以及所述第三运算放大器的反相端共接形成所述信号处理模块的基准电压端，所述电阻R14的第 二端，所述电容C6的第二端、所述电阻R15的第一端以及所述电阻R16的第一端共接于所述第三运算放大器的输出端，所述电阻R15的第二端、所述电容C7的第一端以及所述二极管D5的阳极共接形成所述信号处理模块的归零反馈端，所述电容C7的第二端接地，所述二极管D5的阴极连接外部电源，所述电阻R16的第二端是所述信号处理模块的输出端，所述第三运算放大器的同相端、所述第四运算放大器的输出端、所述第四运算放大器的反相端以及所述电阻R17的第一端共接于所述电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端是信号处理模块的负输入端，所述电阻R17的第二端、所述第五运算放大器的输出端共接于所述第五运算放大器的反相端，所述第四运算放大器的同相端是所述信号处理模块的第一受控端，所述第五运算放大器的同相端是所述信号处理模块的第二受控端。 

6.如权利要求2至5任一项所述的信号放大电路，所述外部电源与包括所述传感模块的传感电路所用的电源为同一电源。 

7.一种信号放大器，包括壳体，其特征在于，所述信号放大器还包括如权利要求1至6任一项所述的信号放大电路。 

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