專利名稱：一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種航空、航天用空間大動態(tài)范圍光電測量儀 器中的弱電流信號放大電路。
背景技術(shù)：
目前，弱電流放大電路是光電測量儀器的核心組成部分，眾多大動態(tài)范圍光電測 量儀器電路主要包括放大器，即前置放大器、主放大器、數(shù)字處理電路等。要進(jìn)行大動態(tài)范 圍信號輸入的測量，必須改變放大器的放大倍數(shù)，而放大器的放大倍數(shù)是通過改變放大器 的反饋電阻來實現(xiàn)。因此，反饋電阻的大變化范圍阻值切換是實現(xiàn)光電測量儀器大范圍動 態(tài)測量功能的核心部件。在地面上應(yīng)用的光電測量儀器中，放大器反饋電阻的阻值可以采用繼電器切換來 改變，以改變放大器的放大倍數(shù)。但是在空間光電測量儀器應(yīng)用中，繼電器存在壽命問題， 頻繁的放大倍數(shù)改變操作會使繼電器觸點很快達(dá)到壽命失效，影響儀器的正常運行；而且， 繼電器失效后，無法更換維修；因此，繼電器不能滿足空間儀器長壽命、高可靠性的使用要 求。雖然模擬開關(guān)可替代繼電器的切換功能，但其在斷開時不能做到阻值無窮大，會影響整 機(jī)性能指標(biāo)，從而限制了其在空間光電測量儀器中的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有空間光電測量儀器中弱電流放大器實現(xiàn)大范圍量程切換電路 困難的問題，提供一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路。一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路，包括第一級放大電 路、第二級放大電路和第三級放大電路，它還包括第一模擬開關(guān)、第二模擬開關(guān)和第三模擬 開關(guān)；弱電流信號輸入端與所述第一級放大電路的輸入端連接，所述第一級放大電路的輸 出端分別與第二級放大電路的輸入端、第一模擬開關(guān)的信號輸入端連接；所述第二級放大 電路的輸出端分別與第三級放大電路的輸入端、第二模擬開關(guān)的信號輸入端連接，第三級 放大電路的輸出端與第三模擬開關(guān)的信號輸入端連接；所述第一模擬開關(guān)的信號輸出端、 第二模擬開關(guān)的信號輸出端和第三模擬開關(guān)的信號輸出端同時與信號輸出端連接。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明采用模擬開關(guān)對光電測量中弱電流信號放大電路量程 的大范圍切換控制；實現(xiàn)了對大動態(tài)范圍弱電流的高性能放大，所述弱電流信號通過第一 級放大電路的放大后，轉(zhuǎn)換為電壓信號，在所述的第一級放大電路的輸出端輸出一個電壓 值與輸入電流信號成比例的電壓信號，并將此電壓信號作為一個可選量程信號連接到第一 模擬開關(guān)的信號輸入端，所述第一級放大電路的輸出與輸入的弱電流信號反相，并與第二 級放大電路中的第二放大器的正輸入端連接；所述第二級放大電路為比例放大電路，對第 一級放大電路的輸出的電壓信號進(jìn)一步放大；第二級放大電路的輸出與輸入同相，將輸出 的電壓信號作為一個可選量程信號連接到第二模擬開關(guān)的信號輸入端，第二級放大電路的 輸出端連接到第三級放大電路的第三放大器的正輸入端；所述第三級放大電路為比例放大電路，對第二級放大電路的輸出電壓信號進(jìn)一步的放大，所述第三級放大電路的輸出與輸 入同相，同樣將輸出的電壓信號作為一個可選量程信號連接到第三模擬開關(guān)的輸入端。所述每個模擬開關(guān)由地址信號控制，根據(jù)輸入的弱電流信號的大小選擇某一個模 擬開關(guān)的信號輸入端的信號，然后連接到輸出信號端。而其它兩個模擬開關(guān)的輸入端的信 號與輸出端斷開，并不影響輸出信號的大小，也不會改變第一級放大電路、第二級放大電路 以及第三級放大電路的工作狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用三個模擬開關(guān)對三個串聯(lián)在一起的放大電路的輸 出進(jìn)行切換，實現(xiàn)了光電測量中弱電流信號放大電路量程的大范圍切換控制；所述模擬開 關(guān)連接在放大電路的輸出端，對三個放大電路的輸出進(jìn)行選通切換，而不是連接在放大電 路的反饋回路中，避免了模擬開關(guān)漏電流對放大電路性能的影響；通過地址信號進(jìn)行控制， 實現(xiàn)了電路的軟切換控制，本發(fā)明所述裝置不含機(jī)械動作元件，響應(yīng)速度快，電路結(jié)構(gòu)簡 單，損耗小，壽命長，噪聲干擾小，可靠性高；本發(fā)明裝置是一種放大倍數(shù)切換控制靈活的大 動態(tài)范圍弱 電流放大電路。


圖1為本發(fā)明所述的一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述的一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路 的電路原理圖。圖中1、第一放大器，2、第二放大器，3、第三放大器，4、第一模擬開關(guān)，5、第二模擬 開關(guān)，6、第三模擬開關(guān)，7、第一級放大電路，8、第二級放大電路，9、第三級放大電路，A、弱電 流信號輸入端，B、信號輸出端。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖1說明本實施方式，一種用于空間光電測量儀器的大動 態(tài)范圍弱電流放大電路，包括第一級放大電路7、第二級放大電路8和第三級放大電路9，它 還包括第一模擬開關(guān)4、第二模擬開關(guān)5和第三模擬開關(guān)6 ；弱電流信號輸入端A與所述第 一級放大電路7的輸入端連接，所述第一級放大電路7的輸出端分別與第二級放大電路8 的輸入端、第一模擬開關(guān)4的信號輸入端連接；所述第二級放大電路8的輸出端分別與第三 級放大電路9的輸入端、第二模擬開關(guān)5的信號輸入端連接，第三級放大電路9的輸出端與 第三模擬開關(guān)6的信號輸入端連接；所述第一模擬開關(guān)4的信號輸出端、第二模擬開關(guān)5的 信號輸出端和第三模擬開關(guān)6的信號輸出端同時與信號輸出端B連接。
具體實施方式
二、本實施方式與具體實施方式
一所述的一種用于空間光電測量儀 器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路的區(qū)別在于，所述第一級放大電路7包括第一放大器1、第 一電阻Rl、第二電阻R2和電容C，所述弱電流信號輸入端A通過第一電阻Rl與第一放大器 1的負(fù)輸入端連接；所述第二電阻R2的一端與弱電流信號輸入端A連接，第二電阻R2的另 一端與第一放大器1的輸出端連接，所述電容C與第二電阻R2并聯(lián)連接；所述第一放大器 1的正輸入端接地；第一放大器1的正輸入端作為第一級放大電路7的輸入端，第一放大器 1的輸出端作為第一級放大電路7的輸出端。
本實施方式所述的第一級放大電路7為電流_電壓轉(zhuǎn)換電路，主要作用是對輸入 的弱電流信號、進(jìn)行積分，然后按照一定的比例系數(shù)將弱電流信號、轉(zhuǎn)換為電壓信號；所 述第二電阻R2的阻值較大時，第一級放大電路7對幅值很小的輸入信號進(jìn)行高精度的探 測；第二電阻R2的阻值較小時，所述第一級放大電路7對輸入信號進(jìn)行快速變換。所述第 二電阻R2、電容C、第一電阻Rl的參數(shù)值根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)換精度、輸入信號幅值綜 合來確定。所述第一級放大電路7的輸出信號電壓與輸入的弱電流信號iA的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路，包括第一級放大電路 (7)、第二級放大電路(8)和第三級放大電路(9)，其特征是，它還包括第一模擬開關(guān)(4)、第 二模擬開關(guān)(5)和第三模擬開關(guān)(6)；弱電流信號輸入端(A)與所述第一級放大電路(7) 的輸入端連接，所述第一級放大電路(7)的輸出端分別與第二級放大電路(8)的輸入端、第 一模擬開關(guān)(4)的信號輸入端連接；所述第二級放大電路(8)的輸出端分別與第三級放大 電路(9)的輸入端、第二模擬開關(guān)(5)的信號輸入端連接，第三級放大電路(9)的輸出端與 第三模擬開關(guān)(6)的信號輸入端連接；所述第一模擬開關(guān)(4)的信號輸出端、第二模擬開關(guān) (5)的信號輸出端和第三模擬開關(guān)(6)的信號輸出端同時與信號輸出端⑶連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路， 其特征在于，所述第一級放大電路(7)包括第一放大器(1)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2) 和電容(C)，所述弱電流信號輸入端(A)通過第一電阻(Rl)與第一放大器(1)的負(fù)輸入端 連接；所述第二電阻(R2)的一端與弱電流信號輸入端(A)連接，第二電阻(R2)的另一端與 第一放大器(1)的輸出端連接，所述電容(C)與第二電阻(R2)并聯(lián)連接；所述第一放大器 (1)的正輸入端接地；所述第一放大器(1)的負(fù)輸入端作為第一級放大電路(7)的輸入端， 第一放大器(1)的輸出端作為第一級放大電路(7)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路， 其特征在于，所述第二級放大電路(8)包括第二放大器(2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4) 和第五電阻(R5)，所述第四電阻(R4)的一端與第二放大器(2)的負(fù)輸入端連接，第四電阻 (R4)的另一端同時與第三電阻(R3)和第五電阻(R5)的一端連接，所述第三電阻(R3)的另 一端接地，第五電阻(R5)的另一端與第二放大器(2)的輸出端連接；所述第二放大器(2) 的正輸入端作為第二級放大電路(8)的輸入端，第二放大器(2)的輸出端作為第二級放大 電路(8)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路， 其特征在于，所述第三級放大電路(9)包括第三放大器(3)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7) 和第八電阻(R8)；所述第七電阻(R7)的一端與第三放大器(3)的負(fù)輸入端連接，第四電阻 (R4)的另一端同時與第六電阻(R6)和第八電阻(R8)的輸出端連接；所述第六電阻(R6) 的另一端接地，第八電阻(R8)的另一端與第三放大器(3)的輸出端連接；所述第三放大器 (3)的正輸入端作為第三級放大電路(9)的輸入端，第三放大器(3)的輸出端作為第三級放 大電路(9)的輸出端。
全文摘要
一種用于空間光電測量儀器的大動態(tài)范圍弱電流放大電路，涉及電子學(xué)領(lǐng)域，它解決空間光電測量儀器弱電流信號大范圍放大的切換問題。包括第一級放大電路、第二級放大電路和第三級放大電路，還包括第一模擬開關(guān)、第二模擬開關(guān)和第三模擬開關(guān)；弱電流信號輸入端與第一級放大電路的輸入端連接，第一級放大電路的輸出端分別與第二級放大電路的輸入端、第一模擬開關(guān)的信號輸入端連接；第二級放大電路的輸出端分別與第三級放大電路的輸入端、第二模擬開關(guān)的信號輸入端連接，第三級放大電路的輸出端與第三模擬開關(guān)的信號輸入端連接；第一模擬開關(guān)的信號輸出端、第二模擬開關(guān)的信號輸出端和第三模擬開關(guān)的信號輸出端同時與信號輸出端連接。
文檔編號H03F3/20GK102006014SQ201010529559
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者宋克非, 張佩杰 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所