CN215120735U - 一种具备隔直功能的弱信号放大电路 - Google Patents
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Abstract
一种具备隔直功能的弱信号放大电路，包括一级放大电路、ADC采集电路、MCU处理器、直流偏压补偿电路、差分放大电路，一级放大电路的输入端接入模拟弱信号，一级放大电路的输出端与ADC采集电路、差分放大电路的输入端连接，ADC采集电路的输出端与MCU处理器的输入端连接，MCU处理器的输出端与直流偏压补偿电路的输入端连接，直流偏压补偿电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，差分放大电路的输出端输出放大信号。本设计不仅响应速度快，而且抗工频噪声能力强。
Description
技术领域
本实用新型涉及模拟信号放大电路技术领域，尤其涉及一种具备隔直功能的弱信号放大电路，主要适用于加快响应速度与抗工频噪声能力。
背景技术
隔直和放大电路是模拟电路运用比较常用的，运用场景中，我们常常需要将一些弱信号进行放大，但是放大的同时肯定会伴随直流偏量的放大，而这些直流偏量是我们不需要的，而且这些直流偏量往往会限制运放的动态输入范围，这时候我们就要先将直流偏量滤除掉，然后在将有用的信号进行二次放大，达到最终拾取到有用的弱信号的效果。
中国专利，授权的公告号为CN205265637U，授权公告日为2016 年05月25日的实用新型提出了一种隔直馈电放大电路，其中该隔直馈电放大电路用一个隔直电容进行隔直，然后再进行放大，但是使用隔直电容进行隔直依然存在以下问题：
响应速度慢，隔直电容进行隔直，需要较长的响应时间，并且抗工频噪声能力差。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的响应速度慢与抗工频噪声能力差的缺陷与问题，提供一种响应速度快与抗工频噪声能力好且具备隔直功能的弱信号放大电路。
为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：一种具备隔直功能的弱信号放大电路，所述弱信号放大电路的输入端接入模拟弱信号，包括一级放大电路、ADC采集电路、MCU处理器、直流偏压补偿电路、差分放大电路，所述一级放大电路的输入端接入模拟弱信号，所述一级放大电路的输出端与ADC采集电路、差分放大电路的输入端连接，所述ADC采集电路的输出端与MCU处理器的输入端连接，所述MCU处理器的输出端与直流偏压补偿电路的输入端连接，所述直流偏压补偿电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，所述差分放大电路的输出端输出放大信号。
所述一级放大电路包括运算放大器U2A、电阻R6、电阻R7与电容C5，所述模拟弱信号与运算放大器U2A的正向输入端连接，所述运算放大器U2A的反向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、电容C5的一端都连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端、电容C5的另一端均与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的输出端与ADC采集电路的的输入端、差分放大电路的输入端连接。
所述ADC采集电路包括电阻R4、电阻R5与电容C7，所述电阻R4的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R4的另一端与电容C7的一端、电阻R5的一端、MCU处理器3的输入端连接，所述电容C7的一端与电阻R5的另一端均接地。
所述直流偏压补偿电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、数字电位器U1与运算放大器U3A，所述数字电位器U1包括RH端口、U/D端口、CS端口、RL端口、GND端口、VCC端口与RW端口，所述电阻R1的一端接入+5V电源，所述电阻R1的另一端与数字电位器U1的RH端口、电容C1的一端、电容C2的一端连接，所述电容C1另一端、电容C2的另一端接地，所述数字电位器U1的U/D端口、INC端口与MCU处理器的输出端连接，所述数字电位器U1的CS端口、RL端口、GND端口都接地，所述数字电位器U1的VCC端口接入+5V电源，所述数字电位器U1的RW端口与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与运算放大器U3A正向输入端、电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U3A的反向输入端与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端与差分放大电路的输入端连接。
所述差分放大电路包括电阻R8、电阻R3、电阻R9、电容C4、电容C6与运算放大器U4A，所述电阻R8的一端与运算放大器U3A的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电容C4的一端、运算放大器U4A的反向输入端连接，所述电阻R9的另一端、电容C4的另一端与运算放大器U4A的输出端连接，所述电阻R3的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R3的另一端与电容C6的一端、运算放大器U4A的正向输入端连接，所述电容C6的另一端接地。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型一种具备隔直功能的弱信号放大电路中设置有直流偏压补偿电路与MCU处理器，通过对模拟弱信号进行数字化处理，再通过直流偏压补偿电路进行直流偏补偿输出，最后进行差分，该电路通过将直流偏量由模拟量转化成数字量，再通过MCU处理器进行处理后输出，从而提高了直流偏量补偿响应的时间，提高隔直的响应速度，同时通过差分放大电路的特点，在进行差分放大的同时，去掉了直流偏量，还能很好的提高电路的抗干扰能力。因此，本实用新型隔直相应速度快，而且抗干扰能力好。
2、本实用新型一种具备隔直功能的弱信号放大电路中设置有数字电位器，使用时，通过数字电位器进行调节直流偏量的输出，将直流偏量滤波后直接给差分放大的输入端，数字电位器在调节直流偏量时，调节精度较高，响应速度快，而且电路的基线也不易发生偏离，稳定性较好，通过数字电位器进行调节直流偏量，提高整个电路的使用寿命，应用范围广。因此，本实用新型稳定性好与使用寿命长。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图。
图2是本实用新型的电路原理图。
图中：一级放大电路1、ADC采集电路2、MCU处理器3、直流偏压补偿电路4、差分放大电路5。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参见图1至图2，一种具备隔直功能的弱信号放大电路，所述弱信号放大电路的输入端接入模拟弱信号，包括一级放大电路1、ADC采集电路2、MCU处理器3、直流偏压补偿电路4、差分放大电路5，所述一级放大电路1的输入端接入模拟弱信号，所述一级放大电路1的输出端与ADC采集电路2、差分放大电路5的输入端连接，所述ADC采集电路2的输出端与MCU处理器3的输入端连接，所述MCU处理器3的输出端与直流偏压补偿电路4的输入端连接，所述直流偏压补偿电路4的输出端与差分放大电路5的输入端连接，所述差分放大电路5的输出端输出放大信号。
所述一级放大电路1包括运算放大器U2A、电阻R6、电阻R7与电容C5，所述模拟弱信号与运算放大器U2A的正向输入端连接，所述运算放大器U2A的反向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、电容C5的一端都连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端、电容C5的另一端均与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的输出端与ADC采集电路2的的输入端、差分放大电路5的输入端连接。
所述ADC采集电路2包括电阻R4、电阻R5与电容C7，所述电阻R4的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R4的另一端与电容C7的一端、电阻R5的一端、MCU处理器3的输入端连接，所述电容C7的一端与电阻R5的另一端均接地。
所述直流偏压补偿电路4包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、数字电位器U1与运算放大器U3A，所述数字电位器U1包括RH端口、U/D端口、CS端口、RL端口、GND端口、VCC端口与RW端口，所述电阻R1的一端接入+5V电源，所述电阻R1的另一端与数字电位器U1的RH端口、电容C1的一端、电容C2的一端连接，所述电容C1另一端、电容C2的另一端接地，所述数字电位器U1的U/D端口、INC端口与MCU处理器3的输出端连接，所述数字电位器U1的CS端口、RL端口、GND端口都接地，所述数字电位器U1的VCC端口接入+5V电源，所述数字电位器U1的RW端口与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与运算放大器U3A正向输入端、电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U3A的反向输入端与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端与差分放大电路5的输入端连接。
所述差分放大电路5包括电阻R8、电阻R3、电阻R9、电容C4、电容C6与运算放大器U4A，所述电阻R8的一端与运算放大器U3A的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电容C4的一端、运算放大器U4A的反向输入端连接，所述电阻R9的另一端、电容C4的另一端与运算放大器U4A的输出端连接，所述电阻R3的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R3的另一端与电容C6的一端、运算放大器U4A的正向输入端连接，所述电容C6的另一端接地。
本实用新型的原理说明如下：
本设计主要是利用差分放大电路，采集放大前段直流偏量，然后通过MUC处理器数字化处理，在通过数字电位器进行直流偏补偿输出，最后和原信号进行差分，最终达到隔直，同时也达到了对有用信号放大的目的，具备隔直功能的弱信号放大电路有较快的响应速度，通过MCU处理器能够快速的响应，拥有较强的抗工频干扰的能力。
开始时模拟弱信号通过一级放大电路进行放大，放大的信号进行分压后通过ADC采集电路进行采集信号，MUC处理器将采集到的信号进行处理，通过数字化处理后，再将采集的直流偏量反馈给数字电位器，通过数字电位器进行调节直流偏量的输出，将直流偏量滤波后直接给差分放大电路的输入端，利用差分放大电路对共模信号抑制的特点，然后将放大后的直流分量进行抑制掉，当然被抑制的还有来自电源的工频噪声；
该电路通过将直流偏量由模拟量转化成数字量，再通过MCU处理器进行处理后输出，提高了直流偏量补偿响应的时间，同时通过差分放大电路的特点，在进行差分放大的同时，去掉了直流偏量，还能很好的提高电路的抗干扰能力。
实施例1：
参见图1至图2，一种具备隔直功能的弱信号放大电路，所述弱信号放大电路的输入端接入模拟弱信号，包括一级放大电路1、ADC采集电路2、MCU处理器3、直流偏压补偿电路4、差分放大电路5，所述一级放大电路1的输入端接入模拟弱信号，所述一级放大电路1的输出端与ADC采集电路2、差分放大电路5的输入端连接，所述ADC采集电路2的输出端与MCU处理器3的输入端连接，所述MCU处理器3的输出端与直流偏压补偿电路4的输入端连接，所述直流偏压补偿电路4的输出端与差分放大电路5的输入端连接，所述差分放大电路5的输出端输出放大信号。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
参见图1至图2，所述一级放大电路1包括运算放大器U2A、电阻R6、电阻R7与电容C5，所述模拟弱信号与运算放大器U2A的正向输入端连接，所述运算放大器U2A的反向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、电容C5的一端都连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端、电容C5的另一端均与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的输出端与ADC采集电路2的的输入端、差分放大电路5的输入端连接；所述ADC采集电路2包括电阻R4、电阻R5与电容C7，所述电阻R4的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R4的另一端与电容C7的一端、电阻R5的一端、MCU处理器3的输入端连接，所述电容C7的一端与电阻R5的另一端均接地；所述直流偏压补偿电路4包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、数字电位器U1与运算放大器U3A，所述数字电位器U1包括RH端口、U/D端口、CS端口、RL端口、GND端口、VCC端口与RW端口，所述电阻R1的一端接入+5V电源，所述电阻R1的另一端与数字电位器U1的RH端口、电容C1的一端、电容C2的一端连接，所述电容C1另一端、电容C2的另一端接地，所述数字电位器U1的U/D端口、INC端口与MCU处理器3的输出端连接，所述数字电位器U1的CS端口、RL端口、GND端口都接地，所述数字电位器U1的VCC端口接入+5V电源，所述数字电位器U1的RW端口与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与运算放大器U3A正向输入端、电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U3A的反向输入端与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端与差分放大电路5的输入端连接；所述差分放大电路5包括电阻R8、电阻R3、电阻R9、电容C4、电容C6与运算放大器U4A，所述电阻R8的一端与运算放大器U3A的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电容C4的一端、运算放大器U4A的反向输入端连接，所述电阻R9的另一端、电容C4的另一端与运算放大器U4A的输出端连接，所述电阻R3的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R3的另一端与电容C6的一端、运算放大器U4A的正向输入端连接，所述电容C6的另一端接地。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (5)
1.一种具备隔直功能的弱信号放大电路，所述弱信号放大电路的输入端接入模拟弱信号，其特征在于：包括一级放大电路（1）、ADC采集电路（2）、MCU处理器（3）、直流偏压补偿电路（4）、差分放大电路（5），所述一级放大电路（1）的输入端接入模拟弱信号，所述一级放大电路（1）的输出端与ADC采集电路（2）、差分放大电路（5）的输入端连接，所述ADC采集电路（2）的输出端与MCU处理器（3）的输入端连接，所述MCU处理器（3）的输出端与直流偏压补偿电路（4）的输入端连接，所述直流偏压补偿电路（4）的输出端与差分放大电路（5）的输入端连接，所述差分放大电路（5）的输出端输出放大信号。
2.根据权利要求1所述的一种具备隔直功能的弱信号放大电路，其特征在于：所述一级放大电路（1）包括运算放大器U2A、电阻R6、电阻R7与电容C5，所述模拟弱信号与运算放大器U2A的正向输入端连接，所述运算放大器U2A的反向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、电容C5的一端都连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端、电容C5的另一端均与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的输出端与ADC采集电路（2）的输入端、差分放大电路（5）的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种具备隔直功能的弱信号放大电路，其特征在于：所述ADC采集电路（2）包括电阻R4、电阻R5与电容C7，所述电阻R4的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R4的另一端与电容C7的一端、电阻R5的一端、MCU处理器（3）的输入端连接，所述电容C7的一端与电阻R5的另一端均接地。
4.根据权利要求3所述的一种具备隔直功能的弱信号放大电路，其特征在于：所述直流偏压补偿电路（4）包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、数字电位器U1与运算放大器U3A，所述数字电位器U1包括RH端口、U/D端口、CS端口、RL端口、GND端口、VCC端口与RW端口，所述电阻R1的一端接入+5V电源，所述电阻R1的另一端与数字电位器U1的RH端口、电容C1的一端、电容C2的一端连接，所述电容C1另一端与电容C2的另一端均接地，所述数字电位器U1的U/D端口、INC端口与MCU处理器（3）的输出端连接，所述数字电位器U1的CS端口、RL端口、GND端口都接地，所述数字电位器U1的VCC端口接入+5V电源，所述数字电位器U1的RW端口与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与运算放大器U3A正向输入端、电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U3A的反向输入端与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端与差分放大电路（5）的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的一种具备隔直功能的弱信号放大电路，其特征在于：所述差分放大电路（5）包括电阻R8、电阻R3、电阻R9、电容C4、电容C6与运算放大器U4A，所述电阻R8的一端与运算放大器U3A的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电容C4的一端、运算放大器U4A的反向输入端连接，所述电阻R9的另一端、电容C4的另一端与运算放大器U4A的输出端连接，所述电阻R3的一端与运算放大器U2A的输出端连接，所述电阻R3的另一端与电容C6的一端、运算放大器U4A的正向输入端连接，所述电容C6的另一端接地。
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