一种前置放大电路和信号放大方法技术

本发明专利技术公开了一种前置放大电路，用于将信号源输出的电压进行放大，信号源为交流信号源；所述电路包括：变压器N1、三个电阻、一个低噪声运放A1和四个电容，信号源的两端分别接在变压器N1初级的两端，变压器N1的初级设置接地引线，连接在变压器初级侧的地线EGND上，变压器N1的次级一端接在低噪声运放A1的正输入端，一端接在变压器N1次级侧的地平面GND上，电阻R3并联在变压器的次级；电阻R1一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在地平面GND上，电阻R2一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在低噪声运放A1的输出端；电容C1和C2的正极连接在低噪声运放A1正电源引脚，电容C1和C2的负极连接在地平面GND；电容C3和C4的负极连接在低噪声运放A1负电源引脚，C3和C4的正极接在地平面GND上。

A pre amplifier circuit and signal amplification method

The invention discloses a preamplifier circuit for amplifying the output voltage of a signal source, which is an AC signal source. The circuit comprises a transformer N1, three resistors, a low noise op amp A1 and four capacitors. The two ends of the signal source are connected to the primary ends of the transformer N1, and the primary setting of the transformer N1. A ground lead is connected to the ground wire EGND on the primary side of the transformer, the secondary end of transformer N1 is connected to the positive input of Low Noise Op Amp A1, one end is connected to the ground plane GND on the secondary side of transformer N1, and resistance R3 is connected to the secondary of the transformer in parallel; one end of resistance R1 is connected to the negative input of Low Noise Op Amp A1, and one end is connected to the ground plane GND. The resistor R2 is connected to the negative input of the low noise op amp A1 and the output of the low noise op amp A1 at one end; the positive poles of the capacitors C1 and C2 are connected to the positive power pins of the low noise op amp A1, and the negative poles of the capacitors C1 and C2 are connected to the ground plane GND; the negative poles of the capacitors C3 and C4 are connected to the negative power pins of the low noise op amp A1, and the positive poles of Connect to ground plane GND.

【技术实现步骤摘要】
一种前置放大电路和信号放大方法
本专利技术涉及电子
，具体涉及一种前置放大电路和信号放大的方法。
技术介绍
前置放大电路是接收机电路入口电路，在理想情况下，接收机对微弱信号进行放大、滤波和增益控制等预处理是以接收机不引入新的噪声为条件的。而电路中的电阻产生的热噪声，运算放大器固有的电压和电流噪声严重影响了接收机处理弱小信号的能力，而前置放大电路信噪比的大小对接收机处理的最小信号能力起关键作用。现有的前置放大电路在对微弱信号进行放大的同时，电路中器件引入的噪声，比如电阻的热噪声、运放的固有电压和电流噪声也被放大了，信号的放大倍数与噪声的放大倍数相同，也就是说输入信号的信噪比等同输出信号的信噪比，也就影响接收机电路对微弱信号的处理能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服常规前置放大电路存在的上述问题，提出了一种前置放大电路，该电路设计简单，工作稳定可靠，仅仅采用一个磁性元件和运放电路，在实现信号放大的同时，还能有效抑制噪声。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种前置放大电路，用于将信号源输出的电压进行放大，信号源为交流信号源；所述电路包括：变压器N1、三个电阻、一个低噪声运放A1和四个电容，其特征在于，信号源的两端分别接在变压器N1初级的两端，变压器N1的初级设置接地引线，连接在变压器初级侧的地线EGND上，变压器N1的次级一端接在低噪声运放A1的正输入端，一端接在变压器N1次级侧的地平面GND上，电阻R3并联在变压器的次级；电阻R1一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在地平面GND上，电阻R2一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在低噪声运放A1的输出端；电容C1和C2的正极连接在低噪声运放A1正电源引脚，电容C1和C2的负极连接在地平面GND；电容C3和C4的负极连接在低噪声运放A1负电源引脚，C3和C4的正极接在地平面GND上。上述技术方案中，所述低噪声运放A1的电压噪声Ve满足：所述低噪声运放A1的电流噪声ie满足：上述技术方案中，所述电阻R1和R2为高精度电阻，电阻精度为1％。上述技术方案中，所述电容C1和C3为电解电容，所述电容C2和C4为瓷片电容。上述技术方案中，所述变压器N1的磁芯为铁氧体磁罐，所述变压器N1采用夹心绕法制作而成。基于上述的前置放大电路，本专利技术还提供了一种信号放大的方法，能够提高换能器接收机输出的电压，同时降低信号的信噪比，所述方法包括：步骤1)在变比为1：n的变压器N1的初级侧加上信号源：信号电压为US，内阻为RS，变压器N1的初级线圈流过电流IS，变压器N1初级感应电压为US1＝US-IS×RS；其中，n为变压器的变比，且n≥1；步骤2)计算电阻R3两端的电压Un：设变压器N1的次级感应电压Un，变压器N1的次级接在电阻R3的两端，电阻R3上流过的电流为In，电阻R3上的电压为In×R3等于Un，即Un＝In×R3，根据变压器的工作特性，Us1/Un＝1/n，Is/In＝n/1，则步骤3)计算低噪声运放A1输出端电压VOUT2：本专利技术的优势在于：1、本专利技术的电路通过增加磁性元件，有效提高前置放大电路的信噪比；2、本专利技术的前置放大电路可广泛应用于各种接收机电路中。附图说明图1为本专利技术的前置放大电路的示意图；图2为本专利技术的前置放大电路的噪声源示意图；图3为常规前置放大电路的示意图；图4为常规前置放大电路的噪声源示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。本专利技术的构成主要有变压器和运放电路，其中运放电路包括一个低噪声的运算放大器和三个电阻。信号源产生的信号通过变压器变换到变压器的次级，将加在变压器初级的信号进行第一次放大，含有直流或低频干扰的交流信号从变压器的一次侧端输入时，二次侧输出的信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号的幅值也被大大的衰减；变压器的次级电压直接连接到低噪声运算放大器的正向输入端，运算放大电路将输入的电压信号进行第二次放大，同时也放大了噪声电压。如图1所示，一种前置放大电路，用于将信号源输出的电压进行放大，信号源为交流信号源；所述电路包括：变压器N1、三个电阻、一个低噪声运放A1和四个电容，其中，信号源的两端分别接在变压器N1初级的两端，变压器N1的初级设置接地引线，连接在变压器初级侧的地线EGND上，变压器N1的次级一端接在低噪声运放A1的正输入端，一端接在变压器N1次级侧的地平面GND上，电阻R3并联在变压器的次级；电阻R1一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在地平面GND上，电阻R2一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在低噪声运放A1的输出端。低噪声运放A1的工作电源正极连接+VCC，电源负极连接-VCC；电容C1和C2的正极连接在低噪声运放A1正电源引脚，电容C1和C2的负极连接在地平面GND；电容C3和C4的负极连接在低噪声运放A1负电源引脚，C3和C4的正极接在地平面GND上。所述变压器N1磁芯为铁氧体磁罐，所述变压器N1变压器采用夹心绕法制作而成。所述低噪声运放A1的电压噪声Ve满足：电流噪声ie满足：所述电阻R1和R2的为高精度电阻，其精度为1％。所述电容C1和C3为电解电容，所述电容C2和C4为瓷片电容。基于上述前置放大电路，本专利技术还提供了一种信号放大的方法，能够提高换能器接收机输出的电压，同时降低电压信号的噪声，所述方法包括：步骤1)在变比为1：n的变压器N1的初级侧加上信号源：信号电压为US，内阻为RS，变压器N1的初级线圈流过电流IS，变压器N1初级感应电压为US1＝US-IS×RS；其中，n为变压器的变比，且n≥1；步骤2)计算电阻R3两端的电压Un：设变压器N1的次级感应电压Un，变压器N1的次级接在电阻R3的两端，电阻R3上流过的电流为In，电阻R3上的电压为In×R3等于Un，即Un＝In×R3，根据变压器的工作特性，Us1/Un＝1/n，Is/In＝n/1，则步骤3)计算低噪声运放A1输出端电压VOUT2：电压Un是低噪声运放A1的正输入端电压，也是负输入端电压，这样就产生了流过连接在低噪声运放A1的负输入端和输出端之间电阻R2的电流I2，低噪声运放A1的输出电压为VOUT2，即电阻R2一端的电压是VOUT2，另一端的电压等于低噪声运放A1的负输入端电压Un，所以I2＝(VOUT2-Un)/R2；同时也有电流流过电阻R1，电阻R1一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在电源地GND上，流过电阻R1的电流I1＝Un/R1；低噪声运放A1的负输入端无电流流入或者流出，所以电阻R1的电流I1于流过电阻R2的电流I2，低噪声运放A1输出端电压为：本专利技术的工作原理如下：换能器的输出信号(US)接在变压器N1(1：n)的两端，Rs为换能器内阻。变压器N1的输出信号作为运放电路的输入信号，运放输出的电压VOUT2，可由下式表示：根据变压器的工作原理，二次侧输出的信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号的幅值也被大大的衰减，从而达到抑制干扰的目的。本专利技术的前置放大电路的噪声源示意图见图2，共有7个独立噪声源：信号内阻和三个电阻的约翰逊噪声、运算放大器电压噪声和运算放大器各输入端的电流噪声。折合到运放输入端VRTI2噪声方程如下：式中，T是绝对温度，K是波尔兹曼常数，所有电阻均是以欧姆为单位的电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前置放大电路，用于将信号源输出的电压进行放大，信号源为交流信号源；所述电路包括：变压器N1、三个电阻、一个低噪声运放A1和四个电容，其特征在于，信号源的两端分别接在变压器N1初级的两端，变压器N1的初级设置接地引线，连接在变压器初级侧的地线EGND上，变压器N1的次级一端接在低噪声运放A1的正输入端，一端接在变压器N1次级侧的地平面GND上，电阻R3并联在变压器的次级；电阻R1一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在地平面GND上，电阻R2一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在低噪声运放A1的输出端；电容C1和C2的正极连接在低噪声运放A1正电源引脚，电容C1和C2的负极连接在地平面GND；电容C3和C4的负极连接在低噪声运放A1负电源引脚，C3和C4的正极接在地平面GND上。

【技术特征摘要】
1.一种前置放大电路，用于将信号源输出的电压进行放大，信号源为交流信号源；所述电路包括：变压器N1、三个电阻、一个低噪声运放A1和四个电容，其特征在于，信号源的两端分别接在变压器N1初级的两端，变压器N1的初级设置接地引线，连接在变压器初级侧的地线EGND上，变压器N1的次级一端接在低噪声运放A1的正输入端，一端接在变压器N1次级侧的地平面GND上，电阻R3并联在变压器的次级；电阻R1一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在地平面GND上，电阻R2一端接在低噪声运放A1的负输入端，一端接在低噪声运放A1的输出端；电容C1和C2的正极连接在低噪声运放A1正电源引脚，电容C1和C2的负极连接在地平面GND；电容C3和C4的负极连接在低噪声运放A1负电源引脚，C3和C4的正极接在地平面GND上。2.根据权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于，所述低噪声运放A1的电压噪声Ve满足：所述低噪声运放A1的电流噪声ie满足：3.根据权利要求1所述的前置放大电路，其特征在于，所述电阻R1和R2为高精...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪平，邓锴，朱敏，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11