CN2924543Y - 一种前置放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种前置放大电路，包括本振电路、惠斯通桥型倍压检波调谐电路，∏型滤波电路、有源隔离电路、带有温度补偿的同相放大及相位调整电路和反相放大及相位调整电路，被测电容信号Cx与一可调谐的电容信号Cj，由两桥端输入惠斯通桥型倍压检波调谐电路，利用本振电路对该信号进行倍压检波，经检波后载有Cx的信号电压Ua以变频形式被输出给∏型滤波电路，产生反应Cx变化量的信号Ui，同时有源隔离电路的输出电压Us被用于监测Ui电压，信号Ui被输入给带有温度补偿的同相放大及相位调整电路调整后进入反相放大及相位调整电路调整，输出反应Cx变化的信号Uo。该前置放大电路适用于对各种可以导致微弱的电容变化信号进行测量或“提取”的应用。

Description

一种前置放大电路

技术领域

本实用新型涉及一种电路，具体的说，涉及一种前置放大电路。

背景技术

对于微弱的极小的交流信号的提取一直使用电磁振荡基本原理，它是使用磁性或杆状天线，利用混频电路对信号进行再生放大或差频放大以提取微弱的音频接收信号。

本实用新型所述电路是要解决的主要技术问题是将测量使用中的极其微弱的电容信号提取检测出来。本电路将两个倍压混频检波电路接成惠斯通桥形，桥的平衡端的电容的不平衡变化反应到桥的激励端成为频率的变化。这个信号被引出进入其后的Π型滤波电路，祛除混频中的高频成分，提取出有效的变化信号，然后对其进行放大，相位调整，温度补偿等。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于提取检测测量变化极其微弱的电容信号的前置放大电路。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种前置放大电路，包括本振电路、惠斯通桥型倍压检波调谐电路，Π型滤波电路、有源隔离电路、带有温度补偿的同相放大及相位调整电路和反相放大及相位调整电路，被测电容信号Cx与可调谐的电容信号Cj，由两桥端输入惠斯通桥型倍压检波调谐电路，利用本振电路对该信号进行倍压检波，经检波后载有Cx的信号电压Ua以变频形式被输出给Π型滤波电路，产生反应Cx变化量的信号Ui，同时有源隔离电路的输出电压Us被用于监测Ui电压，信号Ui被输入给带有温度补偿的同相放大及相位调整电路调整后进入反相放大及相位调整电路调整，输出反应Cx变化的信号Uo。

其中，被测电容信号Cx优选为2.500～15.625Hz的低频交变信号，电容变化优选为0～50pF。

其中，可调谐的电容信号Cj调谐范围为0～30pF，输出级的峰-峰值输出电压为80～100V_AC。

其中，调节Cj信号可以使信号Cx与Cj平衡，通过观察晶体管有源隔离的在数值上等于一个PN结压降值的输出指示，可以知道Ui电压，该电压应为0V，表示两个电容Cx与Cj达到了平衡。

其中，本振电路优选采用晶体管共射变压器振荡，本振频率优选为350～400KHz。

其中，惠斯通桥型倍压检波调谐电路为一个交流倍压检波电桥，信号Cx与Cj作为其平衡桥臂的输入，本振输出作为其激励桥臂的输入，Cx与Cj信号的任何变化，均使激励桥臂的一端输出一个频率范围为350～400KHz的变化的Ua。

其中，Π型滤波电路滤除Ua上的高频信号，得到频率为2.500～15.625Hz的Ui信号，电位为0V。

其中，有源隔离电路由一个PNP晶体管设计成一个具有1.2～3MΩ的输入阻抗的射极输出电路，作为基线指示的电压Us由该晶体管发射极输出，首先确认本底Cx，然后通过调节信号Cj信号使电压Us为0.55～0.65V，这时Ui电压值为0V。这种具有高输入阻抗的电路能有效地避免或排除作为负载的监测电路对信号Ui进行观测时的引起“接入扰动”。

其中，带有温度补偿的同相放大及相位调整电路将RC并联反馈网络及温度补偿电路进入运放的负端，Ui信号进入其正端对它们进行模拟运算，其中温度补偿使用NTC电阻，通过NTC电阻将温度补偿信号输入给放大器正向输入端，以作出正向的温度补偿。

其中，反相放大及相位调整电路使用RC并联反馈网络，通过RC并联反馈网络对输入信号产生移相作用。同时其放大倍数通过调整输入电阻与反馈电阻之比实现。

本实用新型优点在于：结构简单，制作容易，能有效地解决微弱电容信号的检波滤波和提取。

附图说明

图1前置放大电路框图。

图中：1、有源本振电路；2、惠斯通桥式倍频检波调频部分；3、Π型滤波电路部分；4、有源隔离电路；5、同相放大温度补偿及相位调整部分；6、反相放大及相位调整部分。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

一种前置放大电路，包括本振电路1、惠斯通桥型倍压检波调谐电路2，Π型滤波电路6、有源隔离电路3、带有温度补偿的同相放大及相位调整电路4和反相放大及相位调整电路5，被测电容信号Cx与一可调谐的电容信号Cj，由两桥端输入惠斯通桥型倍压检波调谐电路2，利用本振电路1对该信号进行倍压检波，经检波后载有Cx的信号Ua以变频形式被输出给Π型滤波电路6，产生反应Cx变化量的信号Ui，此信号被输入给带有温度补偿的同相放大及相位调整电路4调整后进入反相放大及相位调整电路5调整，输出反应Cx变化的信号Uo。同时，一个有源隔离电路3的输出电压Us被用于监测Ui电压，调节Cj使Us为0.60V则使Ui达到基准状态0V，它表示两个电容Cx与Cj达到了平衡。有源隔离电路3被设计成具有高的输入阻抗，能有效地避免或排除作为负载的监测电路对信号Ui进行观测时的引起“接入扰动”。

其中被测电容信号Cx为6.25Hz的低频交变信号，电容变化为30pF。

可调谐的电容信号Cj调谐范围为20pF，输出级的峰-峰值输出电压为100V_AC。

本振电路1采用晶体管共射变压器振荡，本振频率为375KHz。

惠斯通桥型倍压检波调谐电路2为一个交流倍压检波电桥，信号Cx与Cj作为其平衡桥臂的输入，本振输出作为其激励桥臂的输入，Cx与Cj信号的任何变化，均使激励桥臂的一端输出Ua反应其变化。

信号Ui频率为6.25Hz，电位为0V。

有源隔离电路3由一个PNP晶体管设计成一个具有2.0MΩ的输入阻抗的射极输出电路，基线指示由该晶体管发射极输出，首先确认本底Cx，然后通过调节信号Cj信号使基线指示Us为0.6V。

带有温度补偿的同相放大及相位调整电路4将RC并联反馈网络及温度补偿电路进入运放的负端，Ui信号进入其正端对它们进行模拟运算，其中温度补偿使用NTC电阻，通过NTC电阻将温度补偿信号输入给放大器正向输入端，以作出正向的温度补偿。

反相放大及相位调整电路5使用RC并联反馈网络，对信号放大的同时也具有相移调整作用。

处理后的信号Uo已去除载波且幅值有mV级。

本电路之物理结构对电路输出质量有直接影响。包括元器件(包括安装孔)相对位置、板子形状，其上的电路走线，这种安排能有效解决高频噪声及长期稳定性问题，有效地解决了微弱电容信号的检波滤波和提取。

以上为本实用新型的最佳实施方式，本领域的普通技术人员能够依据本发明公开的内容而显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1、一种前置放大电路，其特征在于：包括本振电路(1)、惠斯通桥型倍压检波调谐电路(2)，Π型滤波电路(6)、有源隔离电路(3)、带有温度补偿的同相放大及相位调整电路(4)和反相放大及相位调整电路(5)，被测电容信号Cx与一可调谐的电容信号Cj，由两桥端输入惠斯通桥型倍压检波调谐电路(2)，利用本振电路(1)对该信号进行倍压检波，经检波后载有Cx的信号电压Ua以变频形式被输出给Π型滤波电路(6)，产生反应Cx变化量的信号Ui，同时有源隔离电路(3)的输出电压Us被用于监测Ui电压，信号Ui被输入给带有温度补偿的同相放大及相位调整电路(4)调整后进入反相放大及相位调整电路(5)调整，输出反应Cx变化的信号Uo。

2、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于被测电容信号Cx为2.500～15.625Hz的低频交变信号，电容变化为0～50pF。

3、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于可调谐的电容信号Ci调谐范围为0～30pF，输出级的峰-峰值输出电压为80～100V_AC。

4、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于本振电路(1)采用晶体管共射变压器振荡，本振频率为350～400KHz。

5、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于惠斯通桥型倍压检波调谐电路(2)为一个交流倍压检波电桥，信号Cx与Cj作为其平衡桥臂的输入，本振电路(1)输出作为其激励桥臂的输入，Cx与Cj信号的任何变化，均使激励桥臂的一端输出一个频率范围为350～400KHz的变化的Ua。

6、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于Π型滤波电路(6)滤除Ua上的高频信号，得到频率为2.500～15.625Hz的Ui信号，电位为0V。

7、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于有源隔离电路(3)由一个PNP晶体管设计成一个具有1.2～3MΩ的输入阻抗的射极输出电路，作为基线指示的电压Us由该晶体管发射极输出，首先确认本底Cx，然后通过调节信号Cj使电压Us为0.55～0.65V。

8、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于带有温度补偿的同相放大及相位调整电路(4)将RC并联反馈网络及温度补偿电路进入运放的负端，Ui信号进入其正端对它们进行模拟运算，其中温度补偿使用NTC电阻，通过NTC电阻将温度补偿信号输入给放大器正向输入端，以作出正向的温度补偿。

9、如权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于反相放大及相位调整电路(5)使用RC并联反馈网络，对信号放大的同时也具有相移调整作用。

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