一種前置放大電路的製作方法
2023-05-27 18:48:56 2
專利名稱：一種前置放大電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電路，具體的說，涉及一種前置放大電路。
背景技術：
對於微弱的極小的交流信號的提取一直使用電磁振蕩基本原理，它是使用磁性或杆狀天線，利用混頻電路對信號進行再生放大或差頻放大以提取微弱的音頻接收信號。
本實用新型所述電路是要解決的主要技術問題是將測量使用中的極其微弱的電容信號提取檢測出來。本電路將兩個倍壓混頻檢波電路接成惠斯通橋形，橋的平衡端的電容的不平衡變化反應到橋的激勵端成為頻率的變化。這個信號被引出進入其後的Π型濾波電路，祛除混頻中的高頻成分，提取出有效的變化信號，然後對其進行放大，相位調整，溫度補償等。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種適用於提取檢測測量變化極其微弱的電容信號的前置放大電路。
為了實現本實用新型的目的，本實用新型提供了一種前置放大電路，包括本振電路、惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路，Π型濾波電路、有源隔離電路、帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路和反相放大及相位調整電路，被測電容信號Cx與可調諧的電容信號Cj，由兩橋端輸入惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路，利用本振電路對該信號進行倍壓檢波，經檢波後載有Cx的信號電壓Ua以變頻形式被輸出給Π型濾波電路，產生反應Cx變化量的信號Ui，同時有源隔離電路的輸出電壓Us被用於監測Ui電壓，信號Ui被輸入給帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路調整後進入反相放大及相位調整電路調整，輸出反應Cx變化的信號Uo。
其中，被測電容信號Cx優選為2.500～15.625Hz的低頻交變信號，電容變化優選為0～50pF。
其中，可調諧的電容信號Cj調諧範圍為0～30pF，輸出級的峰-峰值輸出電壓為80～100VAC。
其中，調節Cj信號可以使信號Cx與Cj平衡，通過觀察電晶體有源隔離的在數值上等於一個PN結壓降值的輸出指示，可以知道Ui電壓，該電壓應為0V，表示兩個電容Cx與Cj達到了平衡。
其中，本振電路優選採用電晶體共射變壓器振蕩，本振頻率優選為350～400KHz。
其中，惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路為一個交流倍壓檢波電橋，信號Cx與Cj作為其平衡橋臂的輸入，本振輸出作為其激勵橋臂的輸入，Cx與Cj信號的任何變化，均使激勵橋臂的一端輸出一個頻率範圍為350～400KHz的變化的Ua。
其中，Π型濾波電路濾除Ua上的高頻信號，得到頻率為2.500～15.625Hz的Ui信號，電位為0V。
其中，有源隔離電路由一個PNP電晶體設計成一個具有1.2～3MΩ的輸入阻抗的射極輸出電路，作為基線指示的電壓Us由該電晶體發射極輸出，首先確認本底Cx，然後通過調節信號Cj信號使電壓Us為0.55～0.65V，這時Ui電壓值為0V。這種具有高輸入阻抗的電路能有效地避免或排除作為負載的監測電路對信號Ui進行觀測時的引起「接入擾動」。
其中，帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路將RC並聯反饋網絡及溫度補償電路進入運放的負端，Ui信號進入其正端對它們進行模擬運算，其中溫度補償使用NTC電阻，通過NTC電阻將溫度補償信號輸入給放大器正向輸入端，以作出正向的溫度補償。
其中，反相放大及相位調整電路使用RC並聯反饋網絡，通過RC並聯反饋網絡對輸入信號產生移相作用。同時其放大倍數通過調整輸入電阻與反饋電阻之比實現。
本實用新型優點在於結構簡單，製作容易，能有效地解決微弱電容信號的檢波濾波和提取。
圖1前置放大電路框圖。
圖中1、有源本振電路；2、惠斯通橋式倍頻檢波調頻部分；3、Π型濾波電路部分；4、有源隔離電路；5、同相放大溫度補償及相位調整部分；6、反相放大及相位調整部分。
具體實施方式
以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。
一種前置放大電路，包括本振電路1、惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路2，Π型濾波電路6、有源隔離電路3、帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路4和反相放大及相位調整電路5，被測電容信號Cx與一可調諧的電容信號Cj，由兩橋端輸入惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路2，利用本振電路1對該信號進行倍壓檢波，經檢波後載有Cx的信號Ua以變頻形式被輸出給Π型濾波電路6，產生反應Cx變化量的信號Ui，此信號被輸入給帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路4調整後進入反相放大及相位調整電路5調整，輸出反應Cx變化的信號Uo。同時，一個有源隔離電路3的輸出電壓Us被用於監測Ui電壓，調節Cj使Us為0.60V則使Ui達到基準狀態0V，它表示兩個電容Cx與Cj達到了平衡。有源隔離電路3被設計成具有高的輸入阻抗，能有效地避免或排除作為負載的監測電路對信號Ui進行觀測時的引起「接入擾動」。
其中被測電容信號Cx為6.25Hz的低頻交變信號，電容變化為30pF。
可調諧的電容信號Cj調諧範圍為20pF，輸出級的峰-峰值輸出電壓為100VAC。
本振電路1採用電晶體共射變壓器振蕩，本振頻率為375KHz。
惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路2為一個交流倍壓檢波電橋，信號Cx與Cj作為其平衡橋臂的輸入，本振輸出作為其激勵橋臂的輸入，Cx與Cj信號的任何變化，均使激勵橋臂的一端輸出Ua反應其變化。
信號Ui頻率為6.25Hz，電位為0V。
有源隔離電路3由一個PNP電晶體設計成一個具有2.0MΩ的輸入阻抗的射極輸出電路，基線指示由該電晶體發射極輸出，首先確認本底Cx，然後通過調節信號Cj信號使基線指示Us為0.6V。
帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路4將RC並聯反饋網絡及溫度補償電路進入運放的負端，Ui信號進入其正端對它們進行模擬運算，其中溫度補償使用NTC電阻，通過NTC電阻將溫度補償信號輸入給放大器正向輸入端，以作出正向的溫度補償。
反相放大及相位調整電路5使用RC並聯反饋網絡，對信號放大的同時也具有相移調整作用。
處理後的信號Uo已去除載波且幅值有mV級。
本電路之物理結構對電路輸出質量有直接影響。包括元器件(包括安裝孔)相對位置、板子形狀，其上的電路走線，這種安排能有效解決高頻噪聲及長期穩定性問題，有效地解決了微弱電容信號的檢波濾波和提取。
以上為本實用新型的最佳實施方式，本領域的普通技術人員能夠依據本發明公開的內容而顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應落入本實用新型保護的範圍。
權利要求1.一種前置放大電路，其特徵在於包括本振電路(1)、惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路(2)，Π型濾波電路(6)、有源隔離電路(3)、帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路(4)和反相放大及相位調整電路(5)，被測電容信號Cx與一可調諧的電容信號Cj，由兩橋端輸入惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路(2)，利用本振電路(1)對該信號進行倍壓檢波，經檢波後載有Cx的信號電壓Ua以變頻形式被輸出給Π型濾波電路(6)，產生反應Cx變化量的信號Ui，同時有源隔離電路(3)的輸出電壓Us被用於監測Ui電壓，信號Ui被輸入給帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路(4)調整後進入反相放大及相位調整電路(5)調整，輸出反應Cx變化的信號Uo。
2.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於被測電容信號Cx為2.500～15.625Hz的低頻交變信號，電容變化為0～50pF。
3.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於可調諧的電容信號Ci調諧範圍為0～30pF，輸出級的峰-峰值輸出電壓為80～100VAC。
4.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於本振電路(1)採用電晶體共射變壓器振蕩，本振頻率為350～400KHz。
5.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路(2)為一個交流倍壓檢波電橋，信號Cx與Cj作為其平衡橋臂的輸入，本振電路(1)輸出作為其激勵橋臂的輸入，Cx與Cj信號的任何變化，均使激勵橋臂的一端輸出一個頻率範圍為350～400KHz的變化的Ua。
6.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於Π型濾波電路(6)濾除Ua上的高頻信號，得到頻率為2.500～15.625Hz的Ui信號，電位為0V。
7.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於有源隔離電路(3)由一個PNP電晶體設計成一個具有1.2～3MΩ的輸入阻抗的射極輸出電路，作為基線指示的電壓Us由該電晶體發射極輸出，首先確認本底Cx，然後通過調節信號Cj使電壓Us為0.55～0.65V。
8.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路(4)將RC並聯反饋網絡及溫度補償電路進入運放的負端，Ui信號進入其正端對它們進行模擬運算，其中溫度補償使用NTC電阻，通過NTC電阻將溫度補償信號輸入給放大器正向輸入端，以作出正向的溫度補償。
9.如權利要求1所述的前置放大電路，其特徵在於反相放大及相位調整電路(5)使用RC並聯反饋網絡，對信號放大的同時也具有相移調整作用。
專利摘要本實用新型涉及一種前置放大電路，包括本振電路、惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路，∏型濾波電路、有源隔離電路、帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路和反相放大及相位調整電路，被測電容信號Cx與一可調諧的電容信號Cj，由兩橋端輸入惠斯通橋型倍壓檢波調諧電路，利用本振電路對該信號進行倍壓檢波，經檢波後載有Cx的信號電壓Ua以變頻形式被輸出給∏型濾波電路，產生反應Cx變化量的信號Ui，同時有源隔離電路的輸出電壓Us被用於監測Ui電壓，信號Ui被輸入給帶有溫度補償的同相放大及相位調整電路調整後進入反相放大及相位調整電路調整，輸出反應Cx變化的信號Uo。該前置放大電路適用於對各種可以導致微弱的電容變化信號進行測量或「提取」的應用。
文檔編號G01R23/00GK2924543SQ20062011907
公開日2007年7月18日 申請日期2006年7月28日 優先權日2006年7月28日
發明者郭肇新 申請人:北京北分麥哈克分析儀器有限公司