年月传感技术学报第期传感器微弱信号低噪声斩波放大器李孝轩电子工业部第十四研究所微电子应用技术研究室摘要本文介绍一种实用的传惑器微弱信号低噪声新波放大器它由精密绝对值整流电路电新波放大电路和低通滤波电路三部分组成适用于传感器或经一级前放输出的微弱波动信号需直观地由其直流电压正幅值来反映其变化的场合输入信号即使只有几十微伏或几百微伏此放大器都能正常工作而且在红外浏温判别产品质量才面应用效果良好获得了激光加热工件时靶点温升温降的红外热谱曲线关镇词传感器红外允损检浏激光信号处理引言为克眼各种射线传感器中常规的机械调制盘体积庞大噪声大且调制频率精度难以保证的缺陷我们研制毯凋制方式的传感器微弱信号低噪声斩波放大器它体积小又可远离光学系统克服了江外光学系统无法放置机械调制盘的困难在激光调制输出的情况下获得实际应用效果良好低噪声斩波放大器工作原理放大器主要由三部分组成①首先将输入信号的正峰值点取出并相互平滑连接成缓变波形峰值点采集选用精密绝对值整流电路②为降低噪声和进一步放大避免对微弱的传感器输入信号再带来干扰采取非直流放大方式充分利用斩波稳零运算放大器的高精度低漂移针对交流信号不存在零点漂移的特点先把整流后的微弱直流信号变成方波并放大再还原成直流信号③斩波放大后接一低通滤波电路一方面有效地滤掉电路内部时钟斩波频率所引起的微小尖峰脉冲干扰另一方面使所探测的一个传感器周期信号通过这里暂取低通滤波器带宽为。电路原理见图当输入电压为正时二极管导通截止,接成跟随器形式来稿日期年月日第期李孝轩传感器微弱信号低噪声斩波放大器其反向输入端的电压等于对值放大器电路等效为图可见此时过绝一一吮一一亡一一一一一了一二一一一,,和匕无电流流。组成一个跟随器当输入电压为负时止截,导通接成同向放大显然一〔器等效电路见图。十,,但〕十,,一一于是可计算‘得。艺茹茹全三‘一整流后的信号经砂型阻容滤波滤除高频噪声后送入七“输入端以便斩波放大斩波放大器放大倍数取。。图低噪声斩波放大器电路原理图二倍电容。用来保持失调电压为开路增益很大即使选定二倍仍可得一的环路增益可见这是一种工作稳定输入电阻高适用于高精度的放大器八十节八图精密绝对值等效电路图。输出驱动能力一般很小只有左右负载时后接的低通滤波电路利用了接成跟随器形式的集成运放作为缓冲就能提高的输出幅度和驱动能力此低通滤波电路又能有效地滤掉引起的微小尖峰脉冲千扰起到带宽限制去除高频噪声的目的电路内部时钟斩波频率所元器件选择和组装调试绝对值放大器采用了低失调低漂移的运算放大器因此精度高且性能不受负载影响并增加第二级缓冲放大为了放大几十微伏乃至几百微伏的微弱电压信号选择进口的斩波稳零运传感技术学报年算放大器件为本放大器的核心器件是采用工艺制作的第四代集成运算放大器伪成以内外时钟选多外时钟抽入是一种高精度低漆移运算放大器特点是①极低舞护内时钟拍出一轴出的输入失调电压拜②极低的温漂保护刊指令栩出一回拜℃③极高的输人阻抗④极高的返共模抑制比⑥较快的转换速率邵⑥在输入输出端只有极微小的斩波尖峰泄图管脚排列图漏⑦工作电源电压范围为土士⑧低成本它的管脚排列图如图所示是脚双列直插塑封器件与其它通用型运放的应用相同输入信号一般只要有几百微伏乃至几十微伏就能正常工作放大器电阻一律采用精密电阻温度系数小士以内‘采用介质损耗小绝缘电阻高“的聚脂薄膜电容由于放大器的核心器件是。为使其得到充分利用斩波运放的一对输入保护二极管使用锗开关二极管啡或等硅整流管高频管从而增加了对的输入保护功能线的加入增强了对。的输出保护功能最后十分关键的措施是整流电路输入端的接入阻止了斩波放大电路的自激振荡从而解决了整个放大电路的饱和输出间题在后述的应用中由于接地电位差异曾导致集成片烧毁击穿及数据采集转换器部分集成块的击穿现象若在低通滤波电路输出端串接的电阻器就增强了对集成片的保护确保了整个放大器可靠工作经实测电路放大倍斩波运放的内部时钟输出频率为在红外测温上的实际应用在某科研攻关项目所设计的红外检测系统中激光由光纤输入通过光纤聚焦镜头将激光束聚会于工件上工件靶点的温升温降的热辐射经光学系统收集并聚焦到红外探测器的敏感元上其输出的信号送前置放大图示出了前放输出的一个激光加热周期的信号激光为调制输出红外光学系统空间无法放置调制盘由上述可见前放输出信号仍较微小无法由计算机采集并用于靶点红外谱研究前放输出的信号形式为上下振荡波形既不直观也不能反映激光加热下工件处的热特性物理化学变化由于信号本身较小易受外界环境干扰而应用本文所设计的低噪声斩波放大器对前放输出信号进行放大再通过计算机数据采集放大器输出信号直接给转换器和波形显示就解决了以上的问题获得了清晰的激光加热工件时靶点工件处的温升温降的红外热谱曲线较为直观地反映了工件处激光加热下的热温度特性变化如图所示传感技术学报年刘杰红外技术,崔忠勤蒋建飞标准集成电路数据手册运算放大器北京电子工业出版社“、、,。、,℃、一。、。、、飞心以。。、。,、。
