一種直流放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種直流放大器，屬于微弱直流信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在所有需要微弱信號(hào)檢測(cè)的領(lǐng)域中，各種微弱的物理量信號(hào)都需要先轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)之后再進(jìn)行放大、并進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)處理。由各種微弱物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)多數(shù)是微弱的直流或低頻信號(hào)。直接放大直流或慢變信號(hào)會(huì)受到諸多直流誤差的影響，特別是直流放大器失調(diào)電壓的影響。為了減小各種誤差對(duì)微弱直流電壓信號(hào)檢測(cè)的影響，首先將直流信號(hào)調(diào)制到某一頻率處變成交流信號(hào)。而且交流信號(hào)的頻率不能太低，因?yàn)樵肼暤墓β首V密度與頻率成反比關(guān)系，所以過低的頻率會(huì)使微弱的交流信號(hào)完全淹沒在噪聲中。
[0003]目前，調(diào)制和斬波技術(shù)被廣泛應(yīng)用于低頻的弱信號(hào)的檢測(cè)中。調(diào)制的主要目的是用來消除電路的低頻噪聲和低頻漂移，這種通過把慢變信號(hào)或直流信號(hào)調(diào)制成交流信號(hào)的檢測(cè)方法可以減小檢測(cè)干擾和誤差，而且這種直流調(diào)制檢測(cè)原理被應(yīng)用在很多微弱物理量信號(hào)的檢測(cè)中。
[0004]鎖定放大器自問世以來，在微弱信號(hào)檢測(cè)方面顯示出優(yōu)秀的性能，在科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、地震、海洋等行業(yè)的發(fā)展。鎖定放大器是一個(gè)以互相關(guān)鎖定接收原理為核心，通過低通濾波實(shí)現(xiàn)的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，它能將微弱交流信號(hào)的幅值、相位信息從強(qiáng)噪聲背景中提取出來。相敏檢測(cè)器是鎖定放大器的核心器件。調(diào)制后的信號(hào)只要使用一般的解調(diào)就可以恢復(fù)出信號(hào)，但是通過使用同頻參考信號(hào)進(jìn)行同步解調(diào)的方式能將噪聲更徹底的抑制，從而將信號(hào)輸出信噪比提高。信號(hào)的相敏檢波就是通過這種同步解調(diào)的方式實(shí)現(xiàn)的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以避免電路低頻噪聲和檢測(cè)干擾，將信號(hào)以更高的信噪比解調(diào)出來，并避免通過帶通濾波器的信號(hào)頻率的漂移和變化的直流放大器。
[0006]為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種直流放大器，包括前置調(diào)理電路和鎖定放大器，所述前置調(diào)理電路包括依次連接的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路和前置放大電路，所述鎖定放大器包括依次連接的頻率合成器、混頻器、帶通濾波器、相敏檢測(cè)器、低通濾波器和直流放大器，所述頻率合成器的輸出端同時(shí)與移相器的輸入端相連接，所述移相器的輸出端與所述相敏檢測(cè)器的輸入端相連接。
[0007]帶通濾波器輸出的信號(hào)和移相器輸出的參考信號(hào)一起輸入到相敏檢測(cè)器進(jìn)行相敏檢測(cè)和低通濾波，最后經(jīng)直流放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度的測(cè)量。
[0008]所述前置放大電路包括高精度儀表放大器AD620芯片，對(duì)斬波后的交流信號(hào)進(jìn)行放大處理。
[0009]所述調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路包括集成運(yùn)放電路。調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生相位相反的兩路方波控制信號(hào)，采用集成運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)的產(chǎn)生，集成運(yùn)放作為高增益放大器，只要加入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，利用正反饋原理，使其滿足振蕩條件就可以組成各種波形振蕩電路。
[0010]所述調(diào)制電路包括ADG711四通道互補(bǔ)對(duì)稱型集成模擬開關(guān)。微弱直流信號(hào)經(jīng)過調(diào)制開關(guān)的換流在電阻上產(chǎn)生方向相反的電壓，進(jìn)而在負(fù)載上形成方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)制電路。
[0011]所述頻率合成器的電路中包括晶體振蕩器，所述晶體振蕩器與一個(gè)閉環(huán)回路組成的鎖相環(huán)相連接。
[0012]所述閉環(huán)回路包括依次環(huán)狀連接的鑒相器、積分器、放大器、壓控振蕩器、乘法器、低通濾波器，所述晶體振蕩器與所述乘法器相連接。
[0013]頻率合成器產(chǎn)生的高穩(wěn)定度的fdPh+fo兩種頻率輸出，^經(jīng)移相用作相敏檢測(cè)器的參考信號(hào);h+fo送給混頻器，與頻率為fo的待測(cè)信號(hào)進(jìn)行混頻?；祛l器輸出的差頻項(xiàng)及和頻項(xiàng)經(jīng)中心頻率為^的帶通濾波器后，輸出頻率為A的中頻信號(hào)，其幅度正比于被測(cè)信號(hào)幅度。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015]1.采用前置調(diào)理電路，利用斬波技術(shù)，將微弱直流信號(hào)調(diào)制成交流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了避免各種直流誤差和檢測(cè)干擾；
[0016]2.采用鎖定放大器，實(shí)現(xiàn)了將信號(hào)以更高的信噪比解調(diào)出來；調(diào)制技術(shù)通常只能消除來自測(cè)量?jī)x器內(nèi)部的失調(diào)與部分干擾，對(duì)于外部干擾這種方法不能很好的解決，只要待測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)同頻，就可以通過信號(hào)的鎖定放大技術(shù)檢測(cè)，即鎖定放大器不但能很好的解決來自檢測(cè)系統(tǒng)外部的干擾，也能同時(shí)消除來自儀器內(nèi)部的噪聲；
[0017]3.采用頻率合成器，實(shí)現(xiàn)了避免通過帶通濾波器的信號(hào)頻率的漂移和變化;頻率合成器將被測(cè)信號(hào)首先變頻到一個(gè)固定的中頻，然后進(jìn)行帶通濾波和相敏檢測(cè)，這樣可以避免當(dāng)調(diào)制頻率或斬波頻率發(fā)生變化時(shí)，通過帶通濾波器的信號(hào)頻率的漂移和變化。
[0018]因此，本實(shí)用新型所提供的一種直流放大器，通過將調(diào)制或斬波技術(shù)和鎖定放大檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，可以避免電路低頻噪聲和檢測(cè)干擾，將信號(hào)以更高的信噪比解調(diào)出來，并避免通過帶通濾波器的信號(hào)頻率的漂移和變化，性能優(yōu)良，可以用于微伏級(jí)直流電壓信號(hào)的檢測(cè)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的檢測(cè)系統(tǒng)方框圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型的前置調(diào)理電路；
[0021 ]圖3為本實(shí)用新型的調(diào)制電路原理圖；
[0022]圖4為本實(shí)用新型的鎖定放大器結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖5為本實(shí)用新型的頻率合成器結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0025]如圖1所示的一種直流放大器，包括前置調(diào)理電路和鎖定放大器，被測(cè)微弱直流信號(hào)經(jīng)前置調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)直流信號(hào)到交流信號(hào)的變換，經(jīng)鎖定放大器的鎖定放大檢測(cè)得到輸出的放大直流信號(hào)。
[0026]直流放大器的前置調(diào)理電路如圖2所示，前置調(diào)理電路包括依次連接的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路和前置放大電路。在各種直流調(diào)制技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的就是通過場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)特性來作為調(diào)制器。通過一定頻率的控制信號(hào)控制場(chǎng)效應(yīng)管的通斷，以達(dá)到調(diào)制直流信號(hào)的目的。如圖3所示，調(diào)制電路采用DC-AC調(diào)制變換原理，電路采用單相逆變?cè)韥淼玫綆аa(bǔ)償性質(zhì)的方波信號(hào)。電路中有四個(gè)模擬互補(bǔ)型串并聯(lián)開關(guān)調(diào)制元件VT^VTs、VT3、VT4，這四個(gè)開關(guān)分成兩組成對(duì)導(dǎo)通。當(dāng)VT1、VT4導(dǎo)通，VT2、VT3斷開時(shí)，直流電壓信號(hào)Vi通過開關(guān)VT^ VT4將電流送到負(fù)載R上，形成左邊為正、右邊為負(fù)的輸出電壓να;而當(dāng)開關(guān)VT2、VT3導(dǎo)通，而VT^ VT4關(guān)斷時(shí)，電路實(shí)現(xiàn)換流，從而使負(fù)載上的電流反相。這兩對(duì)開關(guān)管輪流切換導(dǎo)通，則負(fù)載上便可得到由直流信號(hào)到交流電壓的變換，且輸出電壓的幅度等于輸入的直流電壓的幅度?？刂苾蓪?duì)開關(guān)管切換和導(dǎo)通頻率，即控制信號(hào)的頻率，就可以調(diào)節(jié)輸出交流信號(hào)的頻率，即控制信號(hào)的頻率，就可以調(diào)節(jié)輸出交流信號(hào)的頻率，改變直流電壓的大小就可以調(diào)節(jié)輸出的交流電壓信號(hào)的幅值。
[0027]鎖定放大器結(jié)構(gòu)如圖4所示，把頻率為fo的參考信號(hào)r(t)輸入到頻率合成器，由頻率合成器產(chǎn)生高穩(wěn)定度的fdPh+fo兩種頻率輸出。其中用作相敏檢測(cè)器的參考信號(hào);f#fo送給混頻器，與頻率為fo的待測(cè)信號(hào)進(jìn)行混頻?；祛l器實(shí)際上也是一個(gè)乘法器，產(chǎn)生兩路輸入的差頻項(xiàng)f i及和頻項(xiàng)f i+2f ο，再經(jīng)中心頻率為fi的帶通濾波器后，輸出頻率為fi的中頻信號(hào)，其幅度正比于被測(cè)信號(hào)幅度。之后經(jīng)過相敏檢測(cè)器的相敏檢測(cè)、低通濾波及直流放大，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度的測(cè)量。
[0028]頻率合成器結(jié)構(gòu)如圖5所示，它的功能是產(chǎn)生高穩(wěn)定度的中頻6和混頻所需要的頻率f1+fQ。頻率合成器內(nèi)部有一個(gè)頻率為^的晶體振蕩器，其頻率穩(wěn)定性很高，再利用鎖相環(huán)合成，當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)圖中的左邊的閉環(huán)回路組成鎖相環(huán)。
[0029]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直流放大器，其特征在于:包括前置調(diào)理電路和鎖定放大器，所述前置調(diào)理電路包括依次連接的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路和前置放大電路，所述鎖定放大器包括依次連接的頻率合成器、混頻器、帶通濾波器、相敏檢測(cè)器、低通濾波器和直流放大器，所述頻率合成器的輸出端同時(shí)與移相器的輸入端相連接，所述移相器的輸出端與所述相敏檢測(cè)器的輸入端相連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種直流放大器，其特征在于:所述前置放大電路包括高精度儀表放大器AD620芯片。3.如權(quán)利要求1所述的一種直流放大器，其特征在于:所述調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路包括集成運(yùn)放電路。4.如權(quán)利要求1所述的一種直流放大器，其特征在于:所述調(diào)制電路包括ADG711四通道互補(bǔ)對(duì)稱型集成模擬開關(guān)。5.如權(quán)利要求1所述的一種直流放大器，其特征在于:所述頻率合成器的電路中包括晶體振蕩器，所述晶體振蕩器與一個(gè)閉環(huán)回路組成的鎖相環(huán)相連接。6.如權(quán)利要求5所述的一種直流放大器，其特征在于:所述閉環(huán)回路包括依次環(huán)狀連接的鑒相器、積分器、放大器、壓控振蕩器、乘法器、低通濾波器，所述晶體振蕩器與所述乘法器相連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種直流放大器，包括前置調(diào)理電路和鎖定放大器,所述前置調(diào)理電路包括依次連接的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路和前置放大電路，所述鎖定放大器包括依次連接的頻率合成器、混頻器、帶通濾波器、相敏檢測(cè)器、低通濾波器和直流放大器，所述頻率合成器的輸出端同時(shí)與移相器的輸入端相連接，所述移相器的輸出端與所述相敏檢測(cè)器的輸入端相連接。本實(shí)用新型所提供的一種直流放大器，通過將調(diào)制或斬波技術(shù)和鎖定放大檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，可以避免電路低頻噪聲和檢測(cè)干擾，將信號(hào)以更高的信噪比解調(diào)出來，并避免通過帶通濾波器的信號(hào)頻率的漂移和變化，性能優(yōu)良，可以用于微伏級(jí)直流電壓信號(hào)的檢測(cè)。
【IPC分類】H03G3/20, H03L7/16
【公開號(hào)】CN205232168
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521099145
【發(fā)明人】行鴻彥, 閆巖
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日