CN217445324U - 一种微弱电信号低噪声前置放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的是一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：包括第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路，所述第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路间依次电性连接，所述第一级放大电路包括输入端的RC高通滤波电路，所述RC高通滤波电路与第二级放大电路电性连接，具有内部电路简单，本底噪声小，不易受环境干扰，可以放大uV级及mV级微弱电信号，使输出信号达到mV级或者V级等技术特点。

Description

一种微弱电信号低噪声前置放大电路

技术领域

本实用新型涉及一种放大电路，更具体一点说，涉及一种微弱电信号低噪声前置放大电路，属于微弱电信号放大、微弱电信号分析领域。

背景技术

微弱电信号具有信号弱、噪声强、易受环境干扰的特点。因而它们对噪声特别敏感。在低功耗微弱电信号获取系统中，前置放大电路性能的优良与否直接决定了获取到的信号的质量。而在前置放大电路的设计中，噪声性能是最重要的指标之一，为了提升微弱电信号放大器的噪声性能，首先选择低噪声器件，其次合理设置滤波电路将噪声影响减小到最小。

目前在相当多的微弱电信号放大中采用了输入阻抗匹配、低噪声的放大器构成三运放仪表放大器作为第一级放大，低通滤波，高增益带宽积的运放构成第二级放大的模式。使用了大量的运放、电阻、电容等元器件，易造成该电路体积大、功耗高、设计复杂灵活度低。由于运放、电阻、电容的个体差异每个电路本底噪声也存在差异，这样微小的差异经第二级放大后，输出端往往会出现较大的差异，因此现有的微弱电信号前置放大电路，内部电路复杂，测试结果误差大，易受环境干扰，成本较高。

实用新型内容

为了解决上述现有技术问题，本实用新型提供具有内部电路简单，本底噪声小，不易受环境干扰，可以放大uV级及mV级微弱电信号，使输出信号达到mV级或者V级等技术特点的一种微弱电信号低噪声前置放大电路。

为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：包括第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路，所述第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路间依次电性连接，所述第一级放大电路包括输入端的RC高通滤波电路，所述RC高通滤波电路与第二级放大电路电性连接。

优选的，所述RC高通滤波电路包括RC高通滤波器，通过RC高通滤波器滤除低频噪声和滤除第一级放大输出的直流失调电压。

优选的，所述第一级输入放大电路采用双路NPN晶体管搭建电路，对称输入减小本底噪声。

优选的，所述RC高通滤波电路采用1％精度的电阻和电容搭建，保持截止频率稳定以及保证频率响应的平稳。

优选的，所述第二级放大电路包括仪表放大器，所述仪表放大器具有较小偏置电压、较大共模抑制比的对称结构。

优选的，所述RCL高通滤波电路包括1％精度且不同的电阻、电容、电感，不同的电容和电感搭配可调节截止频率，不同的电阻值可调整频率响应中上冲的幅值，两者相结合可得到期望的频率响应曲线。

优选的，所述输出跟随电路包括运算放大器；所述输出跟随电路采用高精度、低噪声轨至轨输出、高增益带宽积、高压摆率、SOT-23封装小体积的运放(运算放大器)，以减小电路面积，提高输出驱动能力，调节输出阻抗。

有益效果：通过第一级双路晶体管放大电路实现了对uV级输入微弱电信号放大，晶体管放大电路具有极低的本底噪声，对微弱电信号的提取、放大极为有利。并且采用对称结构的仪表放大器作为第二级放大，实现差分输入模式，可有效抑制微弱电信号检测中的环境噪声、元器件工作时的本底噪声及电源供电时的工频噪声；输出电路为电压跟随器提高输出驱动能力，调节输出阻抗。

附图说明

图1是本实用新型电路实现系统图。

图2是本实用新型对应电路实现系统的硬件电路图。

图3是本实用新型一种第一级输入放大电路的结构图。

图4是本实用新型一种RC高通滤波电路的结构图。

图5是本实用新型一种第二级放大电路的结构图。

图6是本实用新型一种RCL高通滤波电路的结构图。

图7是本实用新型一种输出电压跟随器电路的结构图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。本申请中涉及的字母符号为电学中通过含义的符号，本领域技术人员应当知晓。

如图1-2所示为一种微弱电信号低噪声前置放大电路的具体实施例，该实施例一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：包括第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路，所述第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路间依次电性连接，所述第一级放大电路包括输入端的RC高通滤波电路，所述RC高通滤波电路与第二级放大电路电性连接；

RC高通滤波电路用于滤除输入微弱电信号的直流失调电压和低频噪声干扰，所述微弱电信号为uV级，第一级放大电路将经过RC高通滤波的交流信号进行低噪声放大，可供后一级进一步放大，第二级放大电路将滤波后的微弱电信号放大至mV级或者V级，RCL高通滤波电路通过不同的R、C、L值的组合，调整频率响应曲线，使其在期望的频率段内达到期望的频率响应曲线，输出电压跟随电路提高电路输出级驱动能力，调节输出阻抗。

优选的一种实施例方式，所述RC高通滤波电路包括RC高通滤波器，通过RC高通滤波器滤除低频噪声和滤除第一级放大输出的直流失调电压。

优选的一种实施例方式，所述第一级输入放大电路采用双路NPN晶体管搭建电路，对称输入减小本底噪声。

优选的一种实施例方式，所述RC高通滤波电路采用1％精度的电阻和电容搭建，保持截止频率稳定以及保证频率响应的平稳。

优选的，所述第二级放大电路包括仪表放大器，所述仪表放大器具有较小偏置电压、较大共模抑制比的对称结构。

优选的一种实施例方式，所述RCL高通滤波电路包括1％精度且不同的电阻、电容、电感，不同的电容和电感搭配可调节截止频率，不同的电阻值可调整频率响应中上冲的幅值，两者相结合可得到期望的频率响应曲线。

原理：由电感的感抗公式X_L＝2ΠfL可知，电感L越大，频率f越高，感抗就越高因此电感线圈有通低频阻高频的作用。由电容的容抗公式X_C＝1/2ΠfC可知，容抗随着信号频率升高而变小，随着电容容值升高而减小。因此，组合的阻抗也会随着信号频率不同而发生变化，会对某种频率信号呈现很大或者很小的电抗，可以让该信号顺利通过或者阻碍它通过，从而起到选取某种频率信号和滤除某种频率信号的作用。

优选的一种实施例方式，所述输出跟随电路采用高精度、低噪声轨至轨输出、高增益带宽积、高压摆率、SOT-23封装小体积的运放，以减小电路面积，提高输出驱动能力，调节输出阻抗。

对本申请技术方案中涉及的各电路结构进行进一步详细描，图2-7所示，仅仅代表本申请具体实施例采用的一种电路结构，不应当理解为对各电路方案的限制。

如图3所示，第一级输入放大电路包括D3，D4，R17，R18，R20，R21，R24，R25，R26，R27，C18，C19，具体连接结构如下：外部in+连接至C18的1脚，C18的2脚连接至R20的2脚、R25的1脚和D3的2脚，R20的1脚连接至+12V，R25的2脚连接至AGND；R17的1脚连接至+12V，R17的2脚连接至D3的1脚；R26的1脚连直至D3的3脚，R26的2脚连接至D4的1脚和R27的2脚，D4的2脚连接至AGND；外部in-连接至C19的1脚，C19的2脚连接至R21的2脚、R24的1脚和D3的7脚，R21的1脚连接至+12V，R24的2脚连接至AGND；R18的1脚连接至+12V，R18的2脚连接至D3的8脚；R27的1脚连接至D3的6脚；

第一级输入放大电路中C18、C19分别与R25、R24构成输入高通滤波电路；第一级输入放大电路中R20，R25和R21，R24为晶体管提供基极偏置电压；第一级输入放大电路中R26，R27为发射极电阻；D4为恒流管，维持电流稳定，保证静态工作点稳定，减小第一级放大误差；通过基极偏置电压与Ie电流的设置，保证发射极正偏。

第一级输入放大电路中R17，R18为集电极电阻，通过合理设置Ic保证集电极反偏；第一级输入放大电路中D3为双通道NPN晶体管，极低的电压噪声，低失调电压，高增益带宽积的双通道NPN匹配晶体管，具有极低的输入基极分布电阻和高电流增益，可实现卓越的信噪比。对称平衡设计，可抑制高阶放大器谐波失真，基极发射极结点处的保护二极管可以保证匹配参数的稳定性。

如图4所示，所述RC高通滤波电路包括R14，R15，C15，C16，具体连接结构如下：C15的1脚连接第一级放大的负输出，C15的2脚连接至R14的1脚，R14的2脚连接至AGND；C16的1脚连接第一级放大的正输出，C16的2脚连接至R15的1脚，R15的2脚连接至AGND；所述RC高通滤波电路中C15、C16分别与R14、R15构成输入高通滤波电路。

如图5所示，所述第二级放大电路包括U3，R22，R23，C12，C13，C21，C22，具体连接结构如下：U3的1脚连接RC高通滤波的负输出，U3的4脚连接至RC高通滤波器的正输出，U3的2脚连接至R22的1脚和R23的1脚，R22的2脚和R23的2脚连接至U3的3脚；U3的5脚连接至C21的1脚、C22的1脚和-12V；C21的2脚、C22的2脚连接至AGND；U3的6脚连接至AGND；U3的7脚连接至第二级放大输出；U3的8脚连接至C12的1脚、C13的1脚和+12V；C12的2脚、C13的2脚连接至AGND；

所述第二级放大电路中C12，C13，C21，C22为电源滤波电容；所述第二级放大电路R22和R23为仪表运放U3的增益设置电阻；所述第二级放大电路中U3为低噪声，低功耗，超低偏置电流，高速仪表放大器，具有较高的共模抑制比。

如图6所示，所述RCL高通滤波电路包括R19，具体连接结构如下：C17，L2，R19的1脚连接至第二级放大输出，R19的2脚连接至C17的1脚，C17的2脚连接至L2的1脚，L2的2脚连接至AGND和滤波输出；

所述RCL高通滤波电路中R19，C17，L2，C17与L2构成LC高通滤波电路，C17与L12在不同输入频率下有不同的容抗和感抗，电感对交流有限流作用。

如图7所示，所述输出电压跟随电路包括U4，C14，C20，具体连接结构如下：U4的1脚连接至输出，U4的2脚连接至C20的1脚和-12V；C20的2脚连接至AGND；U4的3脚连接至RCL高通滤波器的输出；U4的4脚连接至C14的1脚和+12V；C14的2脚连接至AGND；所述输出电压跟随电路中C14，C20为电源滤波电容；所述输出电压跟随电路中U4为低功耗，高精度，低噪声，轨至轨输出JFET输入放大器，具有多种特性，其出色的温漂、低电流噪声和皮安级输入偏置电流等特性使得该器件非常适合用于放大高阻抗传感器的小信号。

最后，需要注意的是，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：包括第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路，所述第一级放大电路、第二级放大电路、RCL高通滤波电路、输出电压跟随电路间依次电性连接，所述第一级放大电路包括输入端的RC高通滤波电路，所述RC高通滤波电路与第二级放大电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：所述RC高通滤波电路包括RC高通滤波器，通过RC高通滤波器滤除低频噪声和滤除第一级放大输出的直流失调电压。

3.根据权利要求1所述的一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：所述第一级输入放大电路采用双路NPN晶体管搭建电路，对称输入减小本底噪声。

4.根据权利要求1或2所述的一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：所述RC高通滤波电路采用1％精度的电阻和电容搭建，保持截止频率稳定以及保证频率响应的平稳。

5.根据权利要求1所述的一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：所述第二级放大电路包括仪表放大器。

6.根据权利要求1所述的一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：所述RCL高通滤波电路包括1％精度且不同的电阻、电容、电感，不同的电容和电感搭配可调节截止频率，不同的电阻值可调整频率响应中上冲的幅值，两者相结合可得到期望的频率响应曲线。

7.根据权利要求1所述的一种微弱电信号低噪声前置放大电路，其特征在于：所述输出跟随电路包括运算放大器，所述运算放大器采用SOT-23封装。

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