一种电荷放大器电路制造技术

本发明专利技术为一种电荷放大器电路，解决了传统电荷放大器去噪性能有限、成本过高等问题。本发明专利技术电路由三个运放芯片、三个反馈电阻、两个滤波电阻、两个接地电阻、两个滤波电容、七个椭圆滤波电容、三个椭圆滤波电感以及接地电阻、阻抗匹配电阻和反馈电容构成。本发明专利技术电荷放大器电路采用三级运放放大结构，可控增益、截止频率和灵敏度，电路结构简易，去噪能力强。在结构上，本发明专利技术采用模块化思想，将每个通道做成单独的模块，可以根据需要任选通道数，便携实用，做出的实物成本远低于国内的电荷放大器。

【技术实现步骤摘要】
一种电荷放大器电路
本专利技术涉及电荷放大器
，具体是一种基于运放LF353的电荷放大器电路。
技术介绍
随着电子信息科学与技术的飞速发展，传感器技术已经在交通、机械、电力等领域得到广泛的应用。针对传感器的信号处理技术也得到了长足发展。很多传感器（比如压电传感器、静电传感器等）输出的信号属于非电物理量，非电物理量的测量往往会涉及到大量振动信号。电荷放大器正是这样一种测量微弱振动信号的二次仪表，它能够将电荷信号转换为电压信号，进而用于后续的放大、处理。当前国际市场上的电荷放大器技术已经比较成熟，性能上已经逼近准静态和超低频水平，噪声几乎完全消除，但核心技术依然被少数几个欧洲国家垄断，市场价格往往都要上万美元，而国内市场上虽然有电荷放大器产品（如YE5852Ａ型电荷放大器），但它具有可用通道少，体积大，难以与系统集成等缺点，性能往往难以满足要求，而且价格依然不菲。由此可见，研发出一种成本低廉、交互性好、电路简单、便携实用的电荷放大器具有重大研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统电荷放大器去噪性能有限、成本过高等问题，而提供一种电荷放大器电路。本专利技术电路是针对气固两相流系统设计的静电信号的前置信号处理电子仪表。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种电荷放大器电路，其特征在于：包括第一运放芯片、第二运放芯片、第三运放芯片、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、接地电阻、阻抗匹配电阻、第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一接地电阻、第二接地电阻、反馈电容、第一滤波电容、第二滤波电容、第一椭圆滤波电容、第二椭圆滤波电容、第三椭圆滤波电容、第四椭圆滤波电容、第五椭圆滤波电容、第六椭圆滤波电容、第七椭圆滤波电容、第一椭圆滤波电感、第二椭圆滤波电感、第三椭圆滤波电感；其中，第一运放芯片的第一管脚接第一反馈电阻，第一反馈电阻的另一端接第一运放芯片的第二管脚，第一运放芯片的第一管脚接反馈电容，反馈电容的另一端接第一运放芯片的第二管脚，第一接地电阻的一端接地、另一端接第一运放芯片的第三管脚，阻抗匹配电阻的一端接第一运放芯片的第一管脚、另一端接椭圆滤波器网络；第一滤波电容的一端接第二运放芯片的第一管脚、另一端接第二滤波电阻，第二滤波电容的一端接地、另一端接第二运放芯片的第三管脚，第二反馈电阻的一端接第二运放芯片的第一管脚、另一端接第二运放芯片的第二管脚，第一滤波电阻的一端接第二滤波电阻的一端、另一端接椭圆滤波器网络，第二滤波电阻的另一端接第二运放芯片的第三管脚，第二接地电阻的一端接地、另一端接第二运放芯片的第二管脚，第三反馈电阻的一端接第三运放芯片的第七管脚、另一端接第三运放芯片的第六管脚，第三接地电阻的一端接地、另一端接第三运放芯片的第六管脚；第一运放芯片、第二运放芯片和第三运放芯片各自所对应的第8管脚VCC、第四管脚VEE分别接正电源+16V和负电源-16V；信号输入采用电流源输入，直接接入第一运放芯片的第二管脚，微弱信号经过电荷放大器放大以后，通过第三运放芯片的第七管脚输出；第一椭圆滤波电容、第二椭圆滤波电容、第三椭圆滤波电容、第四椭圆滤波电容、第五椭圆滤波电容、第六椭圆滤波电容、第七椭圆滤波电容、第一椭圆滤波电感、第二椭圆滤波电感、第三椭圆滤波电感连接构成七阶无源椭圆滤波器；七阶无源椭圆滤波器额一端与阻抗匹配电阻连接、另一端与第一滤波电阻连接。本专利技术电荷放大器电路中，第一运放芯片与第一反馈电阻、第一接地电阻、阻抗匹配电阻、反馈电容组成电荷放大级，实现电荷-电压转换；第二运放芯片与外围的第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、第二反馈电阻、第二接地电阻形成二阶有源低通滤波器滤除部分噪声；第三运放芯片U和第二反馈电阻、第三接地电阻构成归一化放大电路，用于调节放大器的灵敏度；第一椭圆滤波电容、第二椭圆滤波电容、第三椭圆滤波电容、第四椭圆滤波电容、第五椭圆滤波电容、第六椭圆滤波电容、第七椭圆滤波电容、第一椭圆滤波电感、第二椭圆滤波电感、第三椭圆滤波电感一起构成七阶无源椭圆滤波器，构成的七阶无源椭圆滤波器与阻抗匹配电阻连接，可达到连接前级的电荷放大级的目的，构成的七阶无源椭圆滤波器与第一滤波电阻连接可达到连接后级的二阶有源低通滤波器的目的；构成的七阶无源椭圆滤波器可以滤除大部分噪声。作为优选的技术方案，第一运放芯片、第二运放芯片、第三运放芯片的型号均为双运放LF353P，压摆率较高、性能稳定；第一反馈电阻为1MΩ、第二反馈电阻为160KΩ、第三反馈电阻为100KΩ；第一接地电阻为470KΩ、第二接地电阻为17.8KΩ、第三接地电阻为20KΩ；阻抗匹配电阻为100Ω；反馈电容为1000pF；第一滤波电阻为2.2KΩ、第二滤波电阻为15KΩ；第一滤波电容为0.01uF、第二滤波电容为0.022uF；第一椭圆滤波电容为330nF、第二椭圆滤波电容为680nF、第三椭圆滤波电容为680nF、第四椭圆滤波电容为330nF、第五椭圆滤波电容为300nF、第六椭圆滤波电容为47nF、第七椭圆滤波电容为180nF；第一椭圆滤波电感为0.94mH、第二椭圆滤波电感为0.94mH、第三椭圆滤波电感为1.14mH。一、电荷放大原理图2为电荷放大器等效电路图，图中Ca为静电传感器等效电容,Cc为连接电缆电容,Ci为放大器的输入电容,Ra为压电传感器的绝缘漏电阻,Ri为运算放大器的输入阻抗,Cf是放大器的反馈电容,Rf为并联在反馈电容两端的漏电阻。在电荷放大器中采用电容负反馈,对直流工作点相当于开路,对电缆噪声比较敏感,故放大器零漂较大而产生误差,为减小零漂,使放大器工作稳定,Rf选阻值非常高的电阻(约1010-1014Ω),以提供直流反馈。由电路理论可得放大器的输出电压：，在实际电路中采用的运算放大器开环增益A约为104-106数量级,所以有(1+A)Cf>>Ca+Cc+Ci,此时Ca、Cc和Ci均可忽略不计,当Ra、Ri和Rf相当大时,放大器的输出电压可写为：，从上式可以发现,在使用电荷放大器的测量系统中,电荷放大器的输出电压U0与电荷Q成正比,与电缆电容Cc无关,与信号的频率也没有关系。事实上，静电传感器直接将物理信号转化为电荷信号，但信号十分微弱。因此，需要相应的高输入阻抗电压或电荷放大器对静电传感器元件输出的信号进行电荷放大。由于电压放大器的灵敏度随连接电缆的分布电容、压电传感器自身电容而变化，因此，采用电荷放大器技术较多。电荷放大器利用密勒效应原理进行工作，将反馈回路上的反馈电容和反馈电阻等效在输入端，等效电容与电导远大于其他寄生电容和电导，使放大器灵敏度基本只受反馈电容和反馈电阻影响。二、高阶无源椭圆滤波器原理理想滤波电路频响是通带内具有最大幅值和线性相移,阻带内幅值为零。但实际滤波电路往往难以达到理想特性,幅频和相频响应都满足要求是很难实现的。设计时只能根据需要,寻求最佳的设计方案,得到近似理想的滤波器。常用低通滤波器按函数分类有:巴特沃思型、切比雪夫型、逆切比雪夫型(巴特沃思—切比雪夫滤波器)、椭圆型(联立切比雪夫滤波器)、贝塞尔型、高斯型。巴特沃思型通带内比较平坦,但是在阻带的衰减较为缓慢,对带外干扰信号的衰减作用最弱；切比雪夫型通带内有等波纹起伏,截止特性特别好,但群本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电荷放大器电路，其特征在于：包括第一运放芯片（1）、第二运放芯片（2）、第三运放芯片（3）、第一反馈电阻（4）、第二反馈电阻（5）、第三反馈电阻（6）、第一接地电阻（7）、阻抗匹配电阻（8）、第一滤波电阻（9）、第二滤波电阻（10）、第二接地电阻（11）、第三接地电阻（12）、反馈电容（13）、第一滤波电容（14）、第二滤波电容（15）、第一椭圆滤波电容（16）、第二椭圆滤波电容（17）、第三椭圆滤波电容（18）、第四椭圆滤波电容（19）、第五椭圆滤波电容（20）、第六椭圆滤波电容（21）、第七椭圆滤波电容（22）、第一椭圆滤波电感（23）、第二椭圆滤波电感（24）、第三椭圆滤波电感（25）；其中，第一运放芯片（1）的第一管脚接第一反馈电阻（4），第一反馈电阻（4）的另一端接第一运放芯片（1）的第二管脚，第一运放芯片（1）的第一管脚接反馈电容（13），反馈电容（13）的另一端接第一运放芯片（1）的第二管脚，第一接地电阻（7）的一端接地、另一端接第一运放芯片（1）的第三管脚，阻抗匹配电阻（8）的一端接第一运放芯片（1）的第一管脚、另一端接椭圆滤波器网络；第一滤波电容（14）的一端接第二运放芯片（2）的第一管脚、另一端接第二滤波电阻（10），第二滤波电容（15）的一端接地、另一端接第二运放芯片（2）的第三管脚，第二反馈电阻（5）的一端接第二运放芯片（2）的第一管脚、另一端接第二运放芯片（2）的第二管脚，第一滤波电阻（9）的一端接第二滤波电阻（10）的一端、另一端接椭圆滤波器网络，第二滤波电阻（10）的另一端接第二运放芯片（2）的第三管脚，第二接地电阻（11）的一端接地、另一端接第二运放芯片（2）的第二管脚，第三反馈电阻（6）的一端接第三运放芯片（3）的第七管脚、另一端接第三运放芯片（3）的第六管脚，第三接地电阻（12）的一端接地、另一端接第三运放芯片（3）的第六管脚；第一运放芯片（1）、第二运放芯片（2）和第三运放芯片（3）各自所对应的第8管脚VCC、第四管脚VEE分别接正电源+16V和负电源‑16V；信号输入采用电流源输入，直接接入第一运放芯片（1）的第二管脚，微弱信号经过电荷放大器放大以后，通过第三运放芯片（3）的第七管脚输出；第一椭圆滤波电容（16）、第二椭圆滤波电容（17）、第三椭圆滤波电容（18）、第四椭圆滤波电容（19）、第五椭圆滤波电容（20）、第六椭圆滤波电容（21）、第七椭圆滤波电容（22）、第一椭圆滤波电感（23）、第二椭圆滤波电感（24）、第三椭圆滤波电感（25）连接构成七阶无源椭圆滤波器；七阶无源椭圆滤波器额一端与阻抗匹配电阻（8）连接、另一端与第一滤波电阻（9）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种电荷放大器电路，其特征在于：包括第一运放芯片（1）、第二运放芯片（2）、第三运放芯片（3）、第一反馈电阻（4）、第二反馈电阻（5）、第三反馈电阻（6）、第一接地电阻（7）、阻抗匹配电阻（8）、第一滤波电阻（9）、第二滤波电阻（10）、第二接地电阻（11）、第三接地电阻（12）、反馈电容（13）、第一滤波电容（14）、第二滤波电容（15）、第一椭圆滤波电容（16）、第二椭圆滤波电容（17）、第三椭圆滤波电容（18）、第四椭圆滤波电容（19）、第五椭圆滤波电容（20）、第六椭圆滤波电容（21）、第七椭圆滤波电容（22）、第一椭圆滤波电感（23）、第二椭圆滤波电感（24）、第三椭圆滤波电感（25）；其中，第一运放芯片（1）的第一管脚接第一反馈电阻（4），第一反馈电阻（4）的另一端接第一运放芯片（1）的第二管脚，第一运放芯片（1）的第一管脚接反馈电容（13），反馈电容（13）的另一端接第一运放芯片（1）的第二管脚，第一接地电阻（7）的一端接地、另一端接第一运放芯片（1）的第三管脚，阻抗匹配电阻（8）的一端接第一运放芯片（1）的第一管脚、另一端接椭圆滤波器网络；第一滤波电容（14）的一端接第二运放芯片（2）的第一管脚、另一端接第二滤波电阻（10），第二滤波电容（15）的一端接地、另一端接第二运放芯片（2）的第三管脚，第二反馈电阻（5）的一端接第二运放芯片（2）的第一管脚、另一端接第二运放芯片（2）的第二管脚，第一滤波电阻（9）的一端接第二滤波电阻（10）的一端、另一端接椭圆滤波器网络，第二滤波电阻（10）的另一端接第二运放芯片（2）的第三管脚，第二接地电阻（11）的一端接地、另一端接第二运放芯片（2）的第二管脚，第三反馈电阻（6）的一端接第三运放芯片（3）的第七管脚、另一端接第三运放芯片（3）的第六管脚，第三接地电阻（12）的一端接地、另一端接第三运放芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜兵，张建勇，张伟光，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14