CN210469231U - 微弱信号放大器 - Google Patents
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Abstract
微弱信号放大器，包括两级放大电路、低通滤波电路、光电隔离电路和直流稳压电路；所述两级放大电路用于对微弱信号进行两次同向比例放大；所述低通滤波电路用于使输出电压在高频段以高速率下降，改善滤波效果；所述光电隔离电路用于减少环境噪声对测量电路的影响；所述直流稳压电路用于为放大器提供稳定的供电电压；在两级放大电路上设有第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的型号为ICL7650，所述第二放大器的型号为OP07；能够把来自传感器的微小信号放大到后级信号采集电路能够接收的信号范围，而且工作稳定可靠，可广泛应用于微弱信号检测。
Description
技术领域：
本实用新型涉及微弱信号放大器。
背景技术：
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按照一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
微弱信号是指由光电探测器、传感器等电气元件发出的电压信号或者电流信号，在各种微弱信号检测系统及高灵敏度的自动化仪表中，大多使用各种性能的传感器以获得准确、可靠的信息，但由于传感器输出阻抗高，输出的电信号往往十分微弱，电流信号一般在10nA-100uA，电压信号也只有微伏级，不易获取，并且会受到外部噪声的干扰。
实用新型内容：
本实用新型实施例提供了微弱信号放大器，结构设计合理，能够把来自传感器或光电探测器的微小信号放大到后级信号采集电路能够接收的信号范围，而且工作稳定可靠，可广泛应用于微弱信号检测，解决了现有技术中存在的问题。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
微弱信号放大器，包括两级放大电路、低通滤波电路、光电隔离电路和直流稳压电路；所述两级放大电路用于对微弱信号进行两次同向比例放大；所述低通滤波电路用于使输出电压在高频段以高速率下降，改善滤波效果；所述光电隔离电路用于减少环境噪声对测量电路的影响；所述直流稳压电路用于为放大器提供稳定的供电电压；在两级放大电路上设有第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的型号为ICL7650，所述第二放大器的型号为OP07。
所述两级放大电路上设有电气相连的第一放大器和第二放大器，在第一放大器的五号接地设置，在第一放大器的四号引脚和五号引脚之间设有相串联的光电探测器和第四电阻，在第一放大器的四号引脚和十号引脚之间设有相串联的第一电阻、第二电阻和第五电阻，在第一电阻上并联有第一电容，第一电阻串联第三电阻，第三电阻接地设置，第三电阻连接第三电容，第三电容与第一放大器的七号引脚相连；在第一放大器的七号引脚上连接-5V,第一放大器的十一号引脚上连接+5V和第二电容，在第一放大器的一号引脚和八号引脚之间设有第四电容，在第一放大器的二号引脚和八号引脚之间设有第五电容；所述第一放大器通过相串联的第五电阻和第六电阻与第二放大器的二号引脚相连，所述第二放大器的三号引脚连接第七电阻，第七电阻接地设置，在第二放大器的三号引脚和六号引脚之间设有第一可变电阻，在第二放大器的二号引脚和六号引脚之间设有第二可变电阻，所述第二放大器的七号引脚上连接有+15V和第六电容，所述第二放大器的四号引脚上连接有-15V和第七电容；所述第一电容和第一电阻组成反馈网络，减少相移产生的自激振荡，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻组成T型网络作为反馈高阻，以提高电路的放大倍数，同时增大输出信号的信噪比。
所述低通滤波电路包括运算放大器，所述运算放大器的三号引脚和六号引脚之间设有相串联的第十三电阻和第八电容，第八电容上连接有第十二电阻，所述运算放大器的三号引脚连接有第九电容，所述运算放大器的二号引脚和六号引脚之间连接有第十一电阻，所述运算放大器的二号引脚连接第十电阻，第十电阻接地设置。
所述运算放大器的型号为BB3554AM。
所述光电隔离电路包括线性光耦，所述线性光耦通过一号引脚和三号引脚连接高压放大器，在线性光耦的一号引脚和三号引脚之间设有相串联的第十一电容和第十六电阻，所述线性光耦通过五号引脚和六号引脚与第二放大器，所述第二放大器的二号引脚和六号引脚设有相并联的第十电容和第十四电阻，所述第十电容和第十一电容用于提供电路稳定性，减少输出噪声误差。
所述线性光耦的型号为HCNR201,所述高压放大器的型号为AD824。
所述直流稳压电路包括变压器，在变压器的二次侧设有整流桥，在整流桥上设有第一稳压芯片和第二稳压芯片，在第一稳压芯片和第二稳压芯片之间设有第一二极管、第二二极管、第四二极管和第五二极管。
所述第一稳压芯片的型号为LM7815，所述第二稳压芯片的型号为LM7915。
本实用新型采用上述结构，通过第一放大器ICL7650和第二放大器OP07相互配合对微弱信号进行两次放大；通过低通滤波电路改善滤波效果，输入阻抗高，输出阻抗低；通过光电隔离电路来减少环境噪声对测量电路的影响，提高电路稳定性，减少输出噪声误差；通过直流稳压电路提高直流电源的电压调整率和负载调整率，防止相互电源之间的干扰，减少测量电路对放大电路的影响，具有工作稳定可靠、应用广泛的优点。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的两级放大电路的电气原理图。
图3为本实用新型的低通滤波电路的电气原理图。
图4为本实用新型的光电隔离电路的电气原理图。
图5为本实用新型的直流稳压电路的电气原理图。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。
如图1-5中所示，微弱信号放大器，包括两级放大电路、低通滤波电路、光电隔离电路和直流稳压电路；所述两级放大电路用于对微弱信号进行两次同向比例放大；所述低通滤波电路用于使输出电压在高频段以高速率下降，改善滤波效果；所述光电隔离电路用于减少环境噪声对测量电路的影响；所述直流稳压电路用于为放大器提供稳定的供电电压；在两级放大电路上设有第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的型号为ICL7650，所述第二放大器的型号为OP07。
所述两级放大电路上设有电气相连的第一放大器和第二放大器，在第一放大器的五号接地设置，在第一放大器的四号引脚和五号引脚之间设有相串联的光电探测器和第四电阻，在第一放大器的四号引脚和十号引脚之间设有相串联的第一电阻、第二电阻和第五电阻，在第一电阻上并联有第一电容，第一电阻串联第三电阻，第三电阻接地设置，第三电阻连接第三电容，第三电容与第一放大器的七号引脚相连；在第一放大器的七号引脚上连接-5V,第一放大器的十一号引脚上连接+5V和第二电容，在第一放大器的一号引脚和八号引脚之间设有第四电容，在第一放大器的二号引脚和八号引脚之间设有第五电容；所述第一放大器通过相串联的第五电阻和第六电阻与第二放大器的二号引脚相连，所述第二放大器的三号引脚连接第七电阻，第七电阻接地设置，在第二放大器的三号引脚和六号引脚之间设有第一可变电阻，在第二放大器的二号引脚和六号引脚之间设有第二可变电阻，所述第二放大器的七号引脚上连接有+15V和第六电容，所述第二放大器的四号引脚上连接有-15V和第七电容；所述第一电容和第一电阻组成反馈网络，减少相移产生的自激振荡，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻组成T型网络作为反馈高阻，以提高电路的放大倍数，同时增大输出信号的信噪比。
所述低通滤波电路包括运算放大器，所述运算放大器的三号引脚和六号引脚之间设有相串联的第十三电阻和第八电容，第八电容上连接有第十二电阻，所述运算放大器的三号引脚连接有第九电容，所述运算放大器的二号引脚和六号引脚之间连接有第十一电阻，所述运算放大器的二号引脚连接第十电阻，第十电阻接地设置。
所述运算放大器的型号为BB3554AM。
所述光电隔离电路包括线性光耦，所述线性光耦通过一号引脚和三号引脚连接高压放大器，在线性光耦的一号引脚和三号引脚之间设有相串联的第十一电容和第十六电阻，所述线性光耦通过五号引脚和六号引脚与第二放大器，所述第二放大器的二号引脚和六号引脚设有相并联的第十电容和第十四电阻，所述第十电容和第十一电容用于提供电路稳定性，减少输出噪声误差。
所述线性光耦的型号为HCNR201,所述高压放大器的型号为AD824。
所述直流稳压电路包括变压器，在变压器的二次侧设有整流桥，在整流桥上设有第一稳压芯片和第二稳压芯片，在第一稳压芯片和第二稳压芯片之间设有第一二极管、第二二极管、第四二极管和第五二极管。
所述第一稳压芯片的型号为LM7815，所述第二稳压芯片的型号为LM7915。
使用时，首先传感器电路作为信号转换电路，把非电量信号转换成电流信号或者电压信号，然后将微弱的电气信号传输到放大器；放大器电路采用超低噪声集成运算放大器ICL7650并配以二阶低通滤波器和高精度隔离器，以实现后续信号采集系统对电压信号高精度、高线性度的要求；在两级放大电路中，以第一放大器ICL7650和第二放大器OP07为核心部件，配合外围搭建的电路，对微弱信号进行放大，第四电阻作为ICL7650输入端的限流保护电阻，第一电容和第一电阻形成反馈网络，尽可能减小第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一电容因相移产生的自激振荡，第一电阻、第二电阻和第三电阻组成T型网络作为反馈高阻，以提高电路的放大倍数，同时增大输出信号的信噪比，第一放大器ICL7650的一号引脚和二号引脚之间的第四电容和第五电容具有自动稳零作用，根据后续信号采集系统对输入信号的要求，适当调节第八电阻的大小可以改变放大电路输出信号的幅值；在低通滤波电路中，为了滤波器的截止频率较高，要求运放的频带较宽，可选用通频带较宽的运算放大器BB3554AM，适合用于波形发生电路、脉冲放大电路，输出电流可达到100mA，精度高；在光电隔离电路中，利用高精度线性光耦HCNR201等比例隔离测量电路的前后级，第十电容和第十一电容作为补偿电容用于提高电路稳定性，减少输出噪声误差；在直流稳压电路中，采用通常的桥式全波整流、单电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件进行设计，以提高直流电源的电压调整率和负载调整率；通过更换稳压芯片的型号来获取不同电压等级的直流电压，比如：±5V、±12V、±15V、±24V等，以对放大器中的各个功能模块进行供电；模拟、数字、电源采用独立供电方式，防止相互电源之间的干扰，并且所有的集成稳压器根据功率损耗均按照需要安装有充分裕量的散热；同时为减少测量电路对放大电路的影响，在该测量系统中采用两组独立的线性电源对光电耦合器的前后级单独供电；综上所述，本实用新型主要是针对微弱信号检测系统中传感器输出信号很小的现状，设计了由两级放大电路、低通滤波电路、光电隔离电路和直流稳压电路组成的放大器，其中，微弱信号的输入端可以接收光电探测器或光电传感器等多个类型传感器发出的微弱信号，不只局限与光电信号；有效地解决了在恶劣环境中微弱小信号不能准确测量的问题，可广泛应用于对稳定度、测量精度要求较高的模拟采集电路中，对于设计高灵敏度、低噪声放大电路具有实际指导意义。
上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.微弱信号放大器，其特征在于：包括
两级放大电路，用于对微弱信号进行两次同向比例放大；所述两级放大电路上设有第一放大器和第二放大器，
所述第一放大器的型号为ICL7650，所述第二放大器的型号为OP07；所述第一放大器的四号引脚和五号引脚之间设有光电探测器和第四电阻；所述第一放大器的四号引脚和十号引脚之间设有第一电阻、第二电阻和第五电阻，所述第一电阻上并联有第一电容，所述第一电阻串联第三电阻；所述第三电阻连接第三电容，第三电容与第一放大器的七号引脚相连；所述第一放大器的一号引脚和八号引脚之间设有第四电容；所述第一放大器的二号引脚和八号引脚之间设有第五电容；所述第一放大器通过相串联的第五电阻和第六电阻与第二放大器的二号引脚相连；
低通滤波电路，用于使输出电压在高频段以高速率下降，改善滤波效果；所述低通滤波电路包括运算放大器，
所述运算放大器的三号引脚和六号引脚之间设有相串联的第十三电阻和第八电容，所述第八电容上连接有第十二电阻；所述运算放大器的三号引脚连接有第九电容；所述运算放大器的二号引脚和六号引脚之间连接有第十一电阻；所述运算放大器的二号引脚连接第十电阻；
光电隔离电路，用于减少环境噪声对测量电路的影响；所述光电隔离电路包括线性光耦，
所述线性光耦通过一号引脚和三号引脚连接高压放大器，所述线性光耦的一号引脚和三号引脚之间设有相串联的第十一电容和第十六电阻，所述线性光耦通过五号引脚和六号引脚与第二放大器，所述第二放大器的二号引脚和六号引脚设有相并联的第十电容和第十四电阻；
直流稳压电路，用于为放大器提供稳定的供电电压；所述直流稳压电路包括变压器,
所述变压器的二侧设有整流桥，所述整流桥上设有第一稳压芯片和第二稳压芯片，所述第一稳压芯片和所述第二稳压芯片之间设有第一二极管、第二二极管、第四二极管和第五二极管。
2.根据权利要求1所述的微弱信号放大器，其特征在于：所述第一放大器的五号引脚和所述第三电阻均进行接地设置；
所述第一放大器的七号引脚上连接-5V，所述第一放大器的十一号引脚上连接+5V和第二电容；
所述第一电容和第一电阻组成反馈网络，减少相移产生的自激振荡；
所述第一电阻、第二电阻和第三电阻组成T型网络作为反馈高阻，以提高电路的放大倍数，同时增大输出信号的信噪比。
3.根据权利要求1所述的微弱信号放大器，其特征在于：所述运算放大器的型号为BB3554AM。
4.根据权利要求1所述的微弱信号放大器，其特征在于：所述第十电容和第十一电容用于提供电路稳定性，减少输出噪声误差。
5.根据权利要求1所述的微弱信号放大器，其特征在于：所述线性光耦的型号为HCNR201,所述高压放大器的型号为AD824。
6.根据权利要求1所述的微弱信号放大器，其特征在于：所述第一稳压芯片的型号为LM7815，所述第二稳压芯片的型号为LM7915。
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