CN107565917A - 一种智慧型微小电压测量放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智慧型微小电压测量放大电路，该电路由滤波电路、负反馈电路和对称放大电路组成。所述的滤波电路由电阻R1和R2、电容C1组成，所述的负反馈电路由运算放大器A1以及电阻R3和R4组成，所述的对称放大电路由运算放大器A2、A3、A4、电阻R5~R11组成。该电压测量放大电路结构简单、成本低廉，可以减少等效输入的共模干扰电压，提高共模抑制比，有效抑制电路温度漂移、零点漂移和共模噪声。

Description

一种智慧型微小电压测量放大电路

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种智慧型微小电压测量放大电路。

背景技术

对微弱电信号进行放大是各种不同用途的电子测量仪器的关键部分——前置放大器的任务。前置放大器的灵敏度主要受到以下因素的影响：微弱电信号输出电路的输出阻抗(通常是变化的，会影响到后面放大电路的电压放大倍数)、放大器本身的背景噪声、放大器的输入失调和漂移、共模抑制能力等；因此，提高测量仪器前端放大电路的输入阻抗和共模抑制能力是至关重要的。

前置放大电路通常选择输入阻抗和共模抑制比都很高的电路。场效应管放大电路和运算放大电路的输入阻抗均较大，但场效应管电路不能对共模干扰进行抑制，因此多选用运算放大器电路。测量仪器性能的好坏在很大程度上取决于其前端放大电路的性能，常选择具有较强噪声抑制能力和较大输入阻抗的运算放大电路和仪用放大电路。在微小电压的精密测量时，仪用放大电路的对称性很难完全保证，在强噪声的环境中，在仪用放大电路中加入共模电压的负反馈电路可抵消共模噪声或其中的一部分；在长距离信号传输时，在电路输入端加入跟随器电路可很好地克服由于测量电缆较长造成的输入电路不平衡而引入的测量误差。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种智慧型微小电压测量放大电路，本发明的智慧型微小电压测量放大电路可以减少等效输入的共模干扰电压，提高共模抑制比，有效抑制电路温度漂移、零点漂移和共模噪声。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种智慧型微小电压测量放大电路，包括滤波电路、负反馈电路和对称放大电路，所述的滤波电路由电阻R1和R2、电容C1组成，所述的电阻R1连接在信号输入端In1与电容C1的之间，所述的电阻R2连接在信号输入端In2与电容C1的之间；所述的负反馈电路由运算放大器A1以及电阻R3和R4组成，所述的运算放大器A1的输出端与电阻R2连接，运算放大器A1的负输入端与输出端相连，所述的电阻R3接在A1的正输入端与运算放大器A2的正输入端之间，所述的电阻R4接在电阻R3与运算放大器A3的负输入端之间；所述的对称放大电路与信号输出端Out相连；所述的对称放大电路由运算放大器A2、A3、A4、电阻R5～R10组成，所述的运算放大器A4与信号输出端Out相连，所述的电阻R5连接运算放大器A2的输出端与正输入端之间，所述的电阻R6连接在A2的正输入端与A3的负输入端之间，所述的电阻R7接在运算放大器A3的输出端与负输入端之间，所述的电阻R8接在A2的输出端与电阻R10之间，所述的电阻R9接在电阻R7与运算放大器A4的正输入端之间，所述电阻R10接在运算放大器A4的负输入端与输出端之间，所述电阻R11接在电阻R9与地之间。

本发明的有益效果是：

对称放大电路的结构是完全对称的。对称电路是指双线电路中的两根导线及其连接的所有电路对地或对其他导线都具有相同的阻抗(电路平衡)。电路对称的目的在于使这两根导线所检测的噪声相等，此时的噪声是共模噪声，可以在对称的负载上自行抵消。若再结合屏蔽保护可以进一步降低噪声和干扰。对称放大电路由3块集成运放以及外部电阻构成(又称三运放电路)。整个电路组成两级放大器。第一级是A2、A3运放和电阻R5、R6及R7组成的同相并联差分放大器，第二级为运放A4和电阻R8、R9、R10及R11组成的减法器。理想的减法器只放大In1、In2的差模部分，它将双端输入信号放大后变为单端输出，以适应后级放大器的要求。为了保证有足够大的共模抑制比，该电路的电阻需满足对称条件：R1＝R2、R3＝R4、R5＝R6。对于放大器两个输入端的差值电压(差模电压)，电路的差模电压增益可以达到一个较大的数值，且调节外接电阻R6可以方便地改变差模电压增益的大小。可见，电路放大差模信号能够抑制共模信号，差模放大倍数越大，共模抑制比越大。仪用对称放大电路的结构在实际应用中对***元件的公差要求严格，电阻、测量线的长度等参数需要完全对称也很难做到；因此，可采用带共模电压负反馈的仪用放大电路，以弥补上述仪用放大电路的不足。为进一步提高电路的共模抑制比，可以在上述电路中加入共模电压的负反馈电路，以抵消共模噪声或其中的一部分。

该电压测量放大电路结构简单、成本低廉，可以减少等效输入的共模干扰电压，提高共模抑制比，有效抑制电路温度漂移、零点漂移和共模噪声。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

图1是微小电压测量放大电路原理图。

图1中，A1～A4是高输入阻抗运算放大器OPA2335，R1～R11为高精度电阻，C1为滤波电容。

具体实施方式

如图1为微小电压测量放大电路，该电路由滤波电路、负反馈电路和对称放大电路组成，所述的滤波电路由电阻R1和R2、电容C1组成，所述的电阻R1连接在信号输入端In1与电容C1的之间，所述的电阻R2连接在信号输入端In2与电容C1的之间；所述的负反馈电路由运算放大器A1以及电阻R3和R4组成，所述的运算放大器A1的输出端与电阻R2连接，运算放大器A1的负输入端与输出端相连，所述的电阻R3接在A1的正输入端与运算放大器A2的正输入端之间，所述的电阻R4接在电阻R3与运算放大器A3的负输入端之间；所述的对称放大电路与信号输出端Out相连；所述的对称放大电路由运算放大器A2、A3、A4、电阻R5～R10组成，所述的运算放大器A4与信号输出端Out相连，所述的电阻R5连接运算放大器A2的输出端与正输入端之间，所述的电阻R6连接在A2的正输入端与A3的负输入端之间，所述的电阻R7接在运算放大器A3的输出端与负输入端之间，所述的电阻R8接在A2的输出端与电阻R10之间，所述的电阻R9接在电阻R7与运算放大器A4的正输入端之间，所述电阻R10接在运算放大器A4的负输入端与输出端之间，所述电阻R11接在电阻R9与地之间。

在测量放大器的输入端增加一个由运放A4组成的跟随器电路，被测信号在传输时，将跟随器的输出端与信号传输电缆的屏蔽层相接，使电缆的屏蔽层电位跟随放大器输入端的共模电位变化，即电缆屏蔽层与放大器输入端共模电位相同，于是共模信号在漏电阻和分布电容上的分压作用消失，测量放大器输入端就不存在由共模信号经分压产生的具有差模特征的电压，从而达到减少等效输入的共模干扰电压，提高了整个测量电路的共模抑制能力。

Claims (2)

1.一种智慧型微小电压测量放大电路，其特征在于，由滤波电路、负反馈电路和对称放大电路组成；所述的滤波电路由电阻R1和R2、电容C1组成，所述的电阻R1连接在信号输入端In1与电容C1的之间，所述的电阻R2连接在信号输入端In2与电容C1的之间；所述的负反馈电路由运算放大器A1以及电阻R3和R4组成，所述的运算放大器A1的输出端与电阻R2连接，运算放大器A1的负输入端与输出端相连，所述的电阻R3接在A1的正输入端与运算放大器A2的正输入端之间，所述的电阻R4接在电阻R3与运算放大器A3的负输入端之间；所述的对称放大电路与信号输出端Out相连。

2.如权利要求1所述的一种智慧型微小电压测量放大电路，其特征在于，所述的对称放大电路由运算放大器A2、A3、A4、电阻R5～R11组成，所述的运算放大器A4与信号输出端Out相连，所述的电阻R5连接运算放大器A2的输出端与正输入端之间，所述的电阻R6连接在A2的正输入端与A3的负输入端之间，所述的电阻R7接在运算放大器A3的输出端与负输入端之间，所述的电阻R8接在A2的输出端与电阻R10之间，所述的电阻R9接在电阻R7与运算放大器A4的正输入端之间，所述电阻R10接在运算放大器A4的负输入端与输出端之间，所述电阻R11接在电阻R9与地之间。