一种用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路制造技术

本发明专利技术提供了一种用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路，属于空间测量技术领域。所述电路包括信号源、一级放大电路、保护电路、二级放大及整流电路；其中信号源的等效电路包括信号源电压VS和内阻RS，一级放大电路包括运算放大器A1、电容C1、电阻R1、R4、R5，保护电路包括运算放大器A4、电阻R2、R3、电容C2，二级放大及整流电路包括运算放大器A2、A3、电阻R6、R7、二极管D、电容C3；所述电路具有低噪声、高输入阻抗、低输出阻抗的特点，能减少测量误差，实现高阻抗微弱信号的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路，属于空间测量

技术介绍
随着航天技术的不断发展，人类的空间探测活动越来越频繁，探测领域也越来越广。但在空间环境及效应的探测中，由于微弱信号幅值很低，通常被强噪声淹没，以及高阻抗微弱信号的测量容易受到测量系统输入阻抗的分压与系统输入偏置电流的影响，微弱信号的探测非常困难，成为空间测量领域的核心问题。实际测量中，从传感器输出的微弱信号幅值小(在十几微伏到几百微伏之间)，常常掩埋在其他噪声信号中，只有在有效抑制噪声的条件下才能增大微弱信号的幅度。同时·信号的阻抗较大，在经过放大之前需要经过各种调理，才能提取出有用信号。因此，需要一种信号调理电路，用于解决空间测量中弱信号难以获取的问题。
技术实现思路
为了解决空间探测中弱信号测量问题，本专利技术提供了一种用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路，可实现高阻抗微弱信号的测量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路，所述电路包括信号源、一级放大电路、保护电路、二级放大及整流电路；其中信号源的等效电路包括信号源电压Vs和内阻Rs，一级放大电路包括运算放大器Al、电容Cl、电阻R1、R4、R5，保护电路包括运算放大器A4、电阻R2、R3、电容C2，二级放大及整流电路包括运算放大器A2、A3、电阻R6、R7、二极管D、电容C3 ；所述前置调理电路的连接方式如下其中，信号源一端接地，另一端通过电容Cl后分为两路，一路与运算放大器Al的同相端连接，另一路与电阻Rl的一端连接；运算放大器Al的反相端与运算放大器A4的同相端连接，运算放大器A4的反相端和输出端连接后，依次接电阻R3和电容C2，然后分为两路，一路与电阻Rl的另一端连接，另一路与电阻R2连接后接地；运算放大器Al的输出端分为两路，一路与电阻R4的一端连接后，经过电阻R5后接地；另一路接电阻R6后与运算放大器A2的反相端连接；同时运算放大器Al的反相端与电阻R4的另一端连接；运算放大器A2的同相端接地，运算放大器A2的电源端一端接地，另一端接电压信号；电容C3的一端分别与电阻R6和运算放大器A2的反相端连接，另一端接地；运算放大器A2的输出端与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与运算放大器A3的同相端连接，运算放大器A3的反相端与输出端连接；电阻R7 —端与运算放大器A2的反相端连接，另一端与二极管D的阴极连接；所述前置调理电路的工作方式如下信号源获取的电压信号经电容Cl后，进入运算放大器Al的同相端，经运算放大器Al的输出端输出后，经电阻R4后分为两路，一路进入运算放大器Al的反向端；另一路进入运算放大器A4的同相端，由运算放大器A4的输出端输出后，依次经过电阻R3和电容C2后，经过电阻Rl反馈至运算放大器Al的同相端；经过一级放大的信号经过电阻R6后进入运算放大器A2的反相端，输出信号经过二极管D后，经电阻R7反馈至运算放大器A2的反相端；反馈后的信号进入运算放大器A3的同相端，由运算放大器A3的输出端输出后，经运算放大器A3的反相端进行闭环反馈，从运算放大器A3的输出端得到输出信号。有益效果I.常规方法测量时，电阻Rl的下端直接与地相连，系统的输入阻抗主要取决于电 阻Rl的阻值，因此测量误差较大。本专利技术通过使用保护电路，可以很好地解决这一问题。具体为在低阻抗的保护电路中使用高输入阻抗的电压跟随器，把电路中低阻抗节点(运算放大器Al的同相端)的电势强制拉升到与高阻抗输入端(信号源输出端)的电势近似相等，然后通过一级放大电路中的运算放大器Al进行一级放大，将弱信号的衰减降到最小。2.信号调理过程中，信号内部噪声随着信号放大也被放大，需要设置滤波器消除这部分噪声。目前，对于传感器信号滤波常用的是由单一运算放大器和电阻电容构成的RC有源模拟滤波器。同时，为了保证后续AD转换电路只能输入正脉冲信号，对于含有负脉冲的信号需要二极管进行整流。同时前置放大部分由于运算放大器带宽的限制，放大倍数可能不够，而且有时前置放大电路的负载能力低，因此需要采用低噪声、高带宽的运算放大器的二级放大及整流电路。本专利技术通过在二极管整流后加入高输入阻抗的电压跟随器A3，进一步提高前置调理电路的输入阻抗，抑制噪声。附图说明图I为本专利技术所述的用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路的电路图。具体实施例方式下面通过实施例，对本专利技术进一步说明。如图I所示的用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路，所述电路包括信号源、一级放大电路、保护电路、二级放大及整流电路；其中信号源的等效电路包括信号源电压％和内阻Rs，一级放大电路包括运算放大器Al、电容Cl、电阻R1、R4、R5，保护电路包括运算放大器A4、电阻R2、R3、电容C2，二级放大及整流电路包括运算放大器A2、A3、电阻R6、R7、二极管D、电容C3 ；对于信号源的等效电路，信号源电压Vs为O. ImV,内阻Rs为10ΜΩ，所述信号源可以为探测器、传感器的探头产生的电信弱信号；电容Cl = lnF、C2=lyF、C3=10yF、电阻Rl=100M Ω、电阻 R2=100K Ω、电阻 R3=10K Ω、电阻 R4=100K Ω、R5=R6=1K Ω、R7=100K Ω，A2 的电压源大小为+12V ;运算放大器Α1、Α2、Α3、Α4的型号均为AD743，二极管D的型号为2CP33型硅塑封整流二极管。所述前置调理电路的连接方式如下其中，信号源一端接地，另一端通过电容Cl后分为两路，一路与运算放大器Al的同相端连接，另一路与电阻Rl的一端连接；运算放大器Al的反相端与运算放大器A4的同相端连接，运算放大器A4的反相端和输出端连接后，依次接电阻R3和电容C2，然后分为两路，一路与电阻Rl的另一端连接，另一路与电阻R2连接后接地；运算放大器Al的输出端分为两路，一路与电阻R4的一端连接后，经过电阻R5后接地；另一路接电阻R6后与运算放大器A2的反相端连接；同时运算放大器Al的反相端与电阻R4的另一端连接；运算放大器A2的同相端接地，运算放大器A2的电源端一端接地，另一端接电压信号；电容C3的一端分别与电阻R6和运算放大器A2的反相端连接，另一端接地；运算放大器A2的输出端与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与运算放大器A3的同相端连接，运算 放大器A3的反相端与输出端连接；电阻R7 —端与运算放大器A2的反相端连接，另一端与二极管D的阴极连接。所述前置调理电路的工作方式如下信号源获取的电压信号经电容Cl后，进入运算放大器Al的同相端，经运算放大器Al的输出端输出后，经电阻R4后分为两路，一路进入运算放大器Al的反向端；另一路进入运算放大器A4的同相端，由运算放大器A4的输出端输出后，依次经过电阻R3和电容C2后，经过电阻Rl反馈至运算放大器Al的同相端；经过一级放大的信号经过电阻R6后进入运算放大器A2的反相端，输出信号经过二极管D后，经电阻R7反馈至运算放大器A2的反相端；反馈后的信号进入运算放大器A3的同相端，由运算放大器A3的输出端输出后，经运算放大器A3的反相端进行闭环反馈，从运算放大器A3的输出端得到输出信号。一级放大电路采用具有高输入阻抗、低输出阻抗的同相比例运算电路，所述同相比例运算电路包括运算放大器A1、电阻R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高阻抗弱信号测量的前置调理电路，其特征在于：所述电路包括信号源、一级放大电路、保护电路、二级放大及整流电路；其中信号源的等效电路包括信号源电压VS和内阻RS，一级放大电路包括运算放大器A1、电容C1、电阻R1、R4、R5，保护电路包括运算放大器A4、电阻R2、R3、电容C2，二级放大及整流电路包括运算放大器A2、A3、电阻R6、R7、二极管D、电容C3；所述前置调理电路的连接方式如下：其中，信号源一端接地，另一端通过电容C1后分为两路，一路与运算放大器A1的同相端连接，另一路与电阻R1的一端连接；运算放大器A1的反相端与运算放大器A4的同相端连接，运算放大器A4的反相端和输出端连接后，依次接电阻R3和电容C2，然后分为两路，一路与电阻R1的另一端连接，另一路与电阻R2连接后接地；运算放大器A1的输出端分为两路，一路与电阻R4的一端连接后，经过电阻R5后接地；另一路接电阻R6后与运算放大器A2的反相端连接；同时运算放大器A1的反相端与电阻R4的另一端连接；运算放大器A2的同相端接地，运算放大器A2的电源端一端接地，另一端接电压信号；电容C3的一端分别与电阻R6和运算放大器A2的反相端连接，另一端接地；运算放大器A2的输出端与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与运算放大器A3的同相端连接，运算放大器A3的反相端与输出端连接；电阻R7一端与运算放大器A2的反相端连接，另一端与二极管D的阴极连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛玉雄，安恒，杨生胜，把得东，曹洲，冯展祖，柳青，石红，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所，
类型：发明
国别省市：