CN106059510A - 一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置及方法。该装置包括直流漂移获取单元和直流漂移处理单元，所述直流漂移获取单元连接在电容耦合放大电路的输出端，用来获得输出信号的直流漂移，并将获得的信号传输给直流漂移处理单元；所述直流漂移处理单元对信号进行处理，产生消除直流漂移所需的直流消除信号并接入到所述电容耦合放大电路输入端的接地点处，该接地点处不接地。本发明在电容耦合放大电路输入级通过改变地电平主动进行输出直流漂移的消除，避免开关使用，具有改善放大电路自身的工作状态，不受输入耦合电容影响，易于实现的优点。

Description

一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置及方法

技术领域

本发明涉及在测量低频电压或电场信号时传感电路输出信号直流漂移消除的装置与方法，特别涉及一种消除电容耦合放大电路输出端的直流漂移的装置及方法。

背景技术

低频(0.1Hz—10kHz)电信号检测方法有接触式和非接触式两大类。在非接触测量中，通常采用电容耦合方式进行检测，输入耦合电容为皮法量级，为了能够将信号较好地耦合到电路，对输入阻抗要求很高，通常需要吉欧姆量级。然而，高输入阻抗和小输入电容，容易引起电容电荷积累，进而通过传感放大电路输入端在输出端引起直流漂移。电容越小，直流漂移越明显，且在输入阻抗极高的情况下随着时间积累直流漂移有增大趋势。这样的直流漂移有可能导致放大器输出接近工作电压，不利于长期工作。同时，由于放大电路输出直流电平较高，如接近放大电路的供电电压，将使得输出信号的动态范围变小，降低***的信噪比，影响检测性能。

目前的解决方法多为使用各类高通滤波器或带通滤波器，在放大电路后级直接滤除输出信号中的直流成分。但这样的解决方法只是被动的在后级滤除输出信号的已有直流漂移，并不能从根本上改变前级电容耦合放大电路的工作状态。若电容耦合输出直流漂移存在缓慢增长或漂移，会降低检测动态范围，甚至造成检测信号失真，此时即便对输出信号进行被动直流滤除也无法得到无失真的检测信号。为此，需要采用主动直流消除方法，来改善放大电路自身的工作状态。主动直流消除方法多采用开关复位或相关双采样实现，然而对于电容耦合放大电路，输入耦合电容为皮法量级，通常低于吉欧姆关断阻抗开关，连接这样小的输入耦合电容后无法正常工作，因此需采用百吉欧姆以上的关断阻抗开关，这通常难以实现，限制了开关复位或相关双采样的主动直流消除实现。为此，需要一种方法避免使用开关实现主动电容耦合放大电路本身输出直流漂移的抑制与滤除，改善放大电路自身的工作状态。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提出一种在电容耦合放大电路输入级通过改变地电平主动进行输出直流漂移消除的装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案为：

一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置，包括直流漂移获取单元和直流漂移处理单元，所述直流漂移获取单元连接在电容耦合放大电路的输出端，用来获得输出信号的直流漂移，直流漂移获取单元将获得的信号传输给直流漂移处理单元；所述直流漂移处理单元对信号进行处理，产生消除直流漂移所需的直流消除信号并接入到所述电容耦合放大电路输入端的接地点处，该接地点处不接地。

本发明一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的方法，包括如下步骤：

(1)直流漂移获取：获取电容耦合放大电路输出信号的直流漂移；

(2)直流漂移处理：对步骤(1)获得的直流漂移信号进行处理，产生消除直流漂移所需的直流消除信号；

(3)直流漂移消除：将步骤(2)中产生的直流消除信号接入到电容耦合放大电路输入级的接地点处，该接地点处不接地；

进一步地，该方法还包括步骤(4)直流漂移确认：获取电容耦合放大电路输出信号的直流漂移，检测经步骤(3)后放大电路输出直流漂移的情况，如果直流漂移的消除程度不够，则重复步骤(2)至(4)直到满足要求。

所述步骤(1)利用直流测量仪器或者低通滤波器获得输出信号的直流漂移。

所述步骤(2)利用稳压电源直接输出所需的的直流消除信号，或者利用放大电路或低通滤波器对获得的直流漂移信号进行幅度和相位处理，产生直流消除信号。

直流漂移主要是由于电容耦合放大电路中输入端电容积累的电荷不能及时通过对地电阻泄放而产生，进而通过放大电路输入端在输出端引起直流漂移。因此，改变输入端的地电平可以在源头上减轻甚至消除这一状况。本发明方法的显著特征在于：改变输入级地电平主动消除输出直流漂移，避免开关使用，具有改善放大电路自身的工作状态，不受输入耦合电容影响，易于实现的优点。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图。

图2为本发明实例1的实施结构图。

图3为本发明实例2的实施结构图。

具体实施方式

为使本发明所提技术方案更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明方法的具体实施可以分为自动消除方式和手动消除方式。对于自动消除方法是指在步骤(1)中使用各类低通滤波器得到放大电路输出的直流漂移，在步骤(2)中，采用各类低通滤波器实现对步骤(1)获取的直流漂移做相位和幅度上的处理，从而得到所需直流消除信号。对于手动消除方法是指在步骤(1)中通过仪器测量放大电路输出信号得到直流漂移，在步骤(2)中采用稳压电源直接输出所需的直流消除信号。

实施例1

本实施例为一电容耦合自举高阻放大电路输出直流漂移手动消除方式，具体电路结构参见图2，描述如下：

(1)直流漂移获取：通过仪器测量放大电路输出信号得到直流漂移，仪器可以采用万用表、示波器等。本实施例中使用RIGOL公司的DS1104B型号的示波器测量输出信号的直流大小。

(2)直流漂移处理：采用GW公司GPD-3303S型号的稳压电源直接输出所需的直流消除信号，调整稳压源尝试性输出一个较小的直流量后利用测量仪器观察放大电路输出端的变化，来确定稳压源输出直流信号的大小与方向。发现使用稳压源输出一个与直流获取步骤中获得的直流信号同方向的直流信号可以达到输出直流漂移减少的目的。

(3)直流漂移消除：将步骤(2)中产生的直流消除信号接入到电容耦合放大电路输入级的R₂和R₃的共地点，该共地点不接地。

(4)直流漂移确认：应用步骤(1)的方法检测放大电路输出直流漂移情况，如果直流漂移消除程度不够，重复步骤(2)至(4)直到满足要求。

实施例2

本实施例为一电容耦合双向稳压管实现高阻放大电路输出直流漂移自动消除方式，具体电路结构参见图3，描述如下：

(1)直流漂移获取：使用低通滤波器获取电容耦合放大电路输出信号的直流漂移。将阻容耦合放大电路输出信号通过一个常规的带有增益的二阶有源低通滤波器获得输出信号中的直流漂移，并确定直流量的极性，其中电阻R₃与R₄、R₅与R₆、电容C₂与C₃与运算放大器A₂构成带增益的有源低通滤波器。

此处采用的是二阶有源低通滤波器，其传递函数如下：

$A\left(s\right)=\frac{A_{VF}}{1+(3-A_{VF})sCR+{\left(sCR\right)}^2}---\left(1\right)$

其中：

A_VF＝1+R₆/R₅ (2)

其截止频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}RC}---\left(3\right)$

C＝C₂＝C₃ (4)

R＝R₃＝R₄ (5)

(2)直流漂移处理：对步骤(1)获取的直流漂移信号进行适当地幅度和相位处理产生直流消除信号，采取带增益的反相放大电路实现。电阻R₇与R₈与运算放大器A₃构成反相放大器。

其中电阻R₇与R₈决定了反相放大电路的增益：

A＝R₈/R₇ (6)

(3)直流漂移消除：将步骤(2)中产生的直流消除信号接入到电容耦合放大电路输入级的R₁和双向稳压管D₁与D₂的共地点，该共地点不接地。

(4)直流漂移确认：应用步骤(1)的方法检测放大电路输出直流漂移情况，如果直流漂移消除程度不够，重复步骤(2)至(4)直到满足要求。

对于实施例1的放大电路，当然也可以采用实施例2中的自动消除方法。同样，实施例2放大电路也可以采用实施例1中的手动消除方法。两个实施例中的直流漂移获取的方法也可以通用。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替换均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (8)

1.一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置，包括直流漂移获取单元和直流漂移处理单元，其特征在于，所述直流漂移获取单元连接在电容耦合放大电路的输出端，用来获得输出信号的直流漂移，并将获得的信号传输给直流漂移处理单元；所述直流漂移处理单元对信号进行处理，产生消除直流漂移所需的直流消除信号并接入到所述电容耦合放大电路输入端的接地点处，该接地点处不接地。

2.根据权利要求1所述的一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置，其特征在于，该装置还包括直流漂移确认单元，所述直流漂移确认单元连接在电容耦合放大电路的输出端，用来检测直流漂移的去除情况。

3.根据权利要求1或2所述的一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置，其特征在于，所述直流漂移获取单元采用直流测量仪器或者低通滤波器获得输出信号的直流漂移。

4.根据权利要求1或2所述的一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的装置，其特征在于，所述直流漂移处理单元采用稳压电源、放大电路或者低通滤波器产生直流消除信号。

5.一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)直流漂移获取：获取电容耦合放大电路输出信号的直流漂移；

(2)直流漂移处理：对步骤(1)获得的直流漂移信号进行处理，产生消除直流漂移所需的直流消除信号；

(3)直流漂移消除：将步骤(2)中产生的直流消除信号接入到电容耦合放大电路输入级的接地点处，该接地点处不接地。

6.根据权利要求5所述的一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的方法，其特征在于，该方法还包括步骤(4)直流漂移确认：获取电容耦合放大电路输出信号的直流漂移，检测经步骤(3)后放大电路输出直流漂移的情况，如果直流漂移的消除程度不够，则重复步骤(2)至(4)直到满足要求。

7.根据权利要求5或6所述的一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的方法，其特征在于，所述步骤(1)利用直流测量仪器或者低通滤波器获得输出信号的直流漂移。

8.根据权利要求5或6所述的一种消除电容耦合放大电路输出直流漂移的方法，其特征在于，所述步骤(2)利用稳压电源直接输出所需的的直流消除信号，或者利用放大电路或低通滤波器对获得的直流漂移信号进行幅度和相位处理，产生直流消除信号。