一种高性能数控跨阻放大电路的制作方法

1.本实用新型一种高性能数控跨阻放大电路属于电子测量技术领域。


背景技术：

2.跨阻放大电路在微弱电流信号处理和光电信号处理领域均有应用广泛。在微弱电流信号处理领域中，因电流是基本的物理参数，在很多场合都需要对电流变换成电压后进行信号处理，因而产生了一种名为跨阻放大器的电路；在光电信号处理领域中，光电检测器的应用范围十分广泛，从人民生活到工业生产的各个环节都充斥着光电检测器的身影，光电检测器通常由光电放大器和检测电路两部分构成，光电放大器的工作原理是通过模拟式光电传感器，将被测量的光信号转换成连续变化的电流信号，其实就是光电传感器与跨阻放大电路的组合。
3.目前，市面上有不少价格低廉的跨阻放大电路模块，这些模块通常都使用电位器进行增益调节，定量调节时不够便捷；国外厂家也有数控增益光电信号放大器，这些跨阻放大电路多采用单级信号放大电路来实现功能，导致随着增益的增高，信号的频带宽度受增益影响较大。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本实用新型公开了一种高性能数控跨阻放大电路，采用纯逻辑电路设计，利用编码开关即可实现数字控制；通过两级确定阻值的t型电阻反馈网络，不仅实现增益的定量调节，而且提高增益的准确度；通过采用两级放大电路，使输入信号的总增益由两级放大电路各自增益进行组合，从而降低高增益应用时对信号带宽的限定，提高输入信号的频带宽度。
5.本实用新型的目的是这样实现的：
6.一种高性能数控跨阻放大电路，其特征在于：由电压转换单元、数控增益译码单元、数控增益i/v信号变换单元、数控增益电压信号放大单元、具有信号调零的功率放大单元构成；
7.所述电压转换单元由线性稳压芯片78l05，线性稳压芯片79l05和多个电容构成；线性稳压芯片78l05的引脚3连接 pw，同时通过滤波电容e5耦合到gnd，引脚2直接连接gnd，引脚1通过滤波电容e6耦合到gnd，同时作为线性稳压芯片的 5v电压输出；线性稳压芯片79l05的引脚2连接到
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pw，同时通过滤波电容e7耦合到gnd，引脚1直接连接gnd，引脚3通过滤波电容e8耦合到gnd，同时作为线性稳压芯片的
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5v电压输出；
8.所述数控增益译码单元由一个3位二进制旋转编码开关swdb，一个3线—8线译码器和多个电阻构成；所述3位二进制旋转编码开关产生8种状态，所述8种状态对应3位逻辑信号；3位二进制旋转编码开关swdb的公共端接 5v，3位二进制旋转编码开关swdb的k1引脚，k2引脚和k3引脚均通过下拉电阻接地，产生的3位二进制逻辑信号驱动3线—8线译码器，实现8种增益状态的控制;
9.所述数控增益i/v信号变换单元由1个3脚模拟输入接线端子15edgx3，1个低噪声运放u1a，3个场效应管，6个开关二极管，多个电阻和多个电容构成；利用3脚模拟输入接线端子15edgx3输入电流信号，通过t型反馈电阻网络对电流信号跨阻放大；3脚模拟输入接线端子15edgx3为模拟输入连接器，有3个接线端子，接线端子1通过限流电阻r5接入 5v，同时通过c6接模拟地gnd；接线端子2作为电路信号的输入，接线端子3连接模拟地gnd；低噪声运放u1a为低噪声双运放芯片中的1个低噪声运放，用作数控增益i/v信号变换单元的i/v信号变换，和范围为ga—gd增益放大；低噪声运放u1a的同相输入端通过电阻r6接地，低噪声运放u1a的反相输入端与3脚模拟输入接线端子15edgx的接线端子2直接耦合，作为信号的输入端；场效应管q1的引脚1和引脚4与r7并联，并联后的引脚4连接到低噪声运放u1a的引脚2，引脚1通过r12连接到低噪声运放u1a的引脚1，引脚3与引脚6相连接，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r24接地，同时通过二极管d1接入增益控制端ga；场效应管q2的引脚1通过并联的r8和r9与r12相连，接入低噪声运放u1a的引脚1；引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r25接地，同时通过二极管d2接入增益控制端gg，通过二极管d3接入增益控制端gd，通过二极管d4接入增益控制端ge；场效应管q3的引脚1通过并联的r10和r11与r12相连，接入低噪声运放u1a的引脚1；引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r26接地，同时通过二极管d5接入增益控制端gf，通过二极管d6接入增益控制端gh；
10.所述数控增益电压信号放大单元由1个低噪声运放u1b，3个场效应管，6个开关二极管，多个电阻和多个电容构成；通过t型反馈电阻网络实现对电压信号的比例放大；通过电阻r13将数控增益i/v信号变换单元中低噪声运放u1a的输出引脚1与数控增益电压信号放大单元中低噪声运放u1b的反相端输入引脚6相连接；低噪声运放u1b的同相输入端引脚5通过电阻r14接gnd；场效应管q4的引脚1和引脚4与r15并联，并联后的引脚4连接到低噪声运放u1b的引脚6，引脚1通过r20连接到低噪声运放u1b的引脚7，引脚3与引脚6相连接，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r27接地，同时通过二极管d7接入增益控制端ga，通过二极管d8接入增益控制端gb；场效应管q5的引脚1通过并联的r16和r17与r20相连，接入低噪声运放u1b的引脚7，引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r28接地，同时通过二极管d9接入增益控制端ge，通过二极管d10接入增益控制端gf；场效应管q6的引脚1通过并联的r18和r19与r20相连，接入低噪声运放u1b的引脚1；引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r29接地，同时通过二极管d11接入增益控制端gg，通过二极管d12接入增益控制端gh；
11.所述信号调零的功率放大单元由1个低失真电流反馈运放u2，2个场效应管，1个sma接口和多个电阻构成，用于调理信号的失调电压和偏置电流，在单级放大ga—gd时，通过t型电阻网络对失调电压进行调节，在单级放大ge以上时对偏置电流进行调理；r21作为低失真电流反馈运放u2的输入电阻，一端连接低噪声运放u1b的输出引脚7，一端连接低失真电流反馈运放u2的反相输入端引脚2；r22作为低失真电流反馈运放u2的反馈电阻一端连接低失真电流反馈运放u2的引脚2，另一端连接低失真电流反馈运放u2的输出引脚6；r32一端连接 pw，另一端连接低失真电流反馈运放u2的引脚2的同时，通过r22接入低失真电流反馈运放u2的输出引脚6；r33一端连接
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pw，另一端连接低失真电流反馈运放u2的引脚2的同时，通过r22接入低失真电流反馈运放u2的输出引脚6；场效应管q7的引脚1通过r22接入低
失真电流反馈运放u2的输出引脚6，引脚2接入增益控制端gg或者gh，引脚6通过r30接入
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5v，通过r31接入 5v；r23用作输出阻抗匹配电阻，一端连接低失真电流反馈运放u2的输出引脚6，一端连接out作为电路的输出；电路的总输出接口选择sma接口。
12.有益效果：
13.第一、本实用新型一种高性能数控跨阻放大电路，采用纯逻辑电路设计，利用编码开关即可实现数字控制。
14.第二、本实用新型一种高性能数控跨阻放大电路，通过两级确定阻值的t型电阻反馈网络，不仅实现增益的定量调节，而且提高增益的准确度。
15.第三、本实用新型一种高性能数控跨阻放大电路，通过采用两级放大电路，使输入信号的总增益由两级放大电路各自增益进行组合，从而降低高增益应用时对信号带宽的限定，提高输入信号的频带宽度。
附图说明
16.图1是本实用新型一种高性能数控跨阻放大电路的整体结构示意图。
17.图2电压转换单元电路图。
18.图3数控增益译码单元电路图。
19.图4数控增益i/v信号变换单元电路图。
20.图5数控增益电压信号放大单元电路图。
21.图6 具有信号调零的功率放大单元电路图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。
23.本实用新型高性能数控跨阻放大电路，如图1所示，电路包括：电压转换单元、数控增益译码单元、数控增益i/v信号变换单元、数控增益电压信号放大单元、具有信号调零的功率放大单元。
24.请参考图2，电压转换单元由2个线性稳压芯片、多个电容构成。线性稳压芯片v1的引脚3连接﹢pw电源电压，作为其电压输入，同时利用电容e5做电源滤波耦合到gnd。线性稳压芯片v1的引脚2直接连接gnd，引脚1作为线性稳压芯片的电压输出引脚，输出﹢5v的电压。同时利用电容e6做电源滤波连接到gnd。线性稳压芯片v2的引脚2连接﹣pw电源电压，作为其电压输入。同时利用电容e7做电源滤波耦合到gnd。v2的引脚1直接连接gnd，v2的引脚3线性稳压芯片的电压输出引脚，输出﹣5v的电压，同时利用电容e8做电源滤波连接到gnd。
25.请参考图3，数控增益译码单元由一个编码开关swdb、一个3线—8线译码器74hc238、若干电阻构成。一个3位二进制旋转编码开关产生8种状态，这8种状态对应着的3位逻辑信号驱动74hc238译码器，实现8种增益状态的控制。swdb的公共端引脚2与引脚5相连接入﹢5v。swdb的引脚1通过下拉电阻r2接gnd，同时连接u4译码器74hc238的引脚1，作为3线—8线译码器74hc238的一个地址输入端；引脚4通过下拉电阻r3接gnd，同时连接u4译码器74hc238的引脚2，作为3线—8线译码器74hc238的一个地址输入端；引脚3通过下拉电阻r4接gnd，同时连接u4译码器74hc238的引脚3，作为3线—8线译码器74hc238的一个地址输入端。74hc238的电源输入引脚16与高电平使能端引脚6相连接入﹢5v。引脚4和引脚5作为低
电平使能端与引脚8相连接接gnd。输出引脚15作为增益为ga时的控制端；输出引脚14作为增益为gb时的控制端；输出引脚13作为增益为gc时的控制端；输出引脚12作为增益为gd时的控制端；输出引脚11作为增益为ge时的控制端；输出引脚10作为增益为gf时的控制端；输出引脚9作为增益为gg时的控制端；输出引脚7作为增益为gh时的控制端。
26.请参考图4，数控增益i/v信号变换单元，电路由一个3脚模拟输入接线端子15edgx3、1个低噪声的运放芯片、3个场效应管、6个开关二极管、若干电阻和电容构成。本单元利用15edgx3模拟输入连接器输入电流信号，通过t型反馈电阻网络对电流信号实现跨阻放大。15edgx3为模拟输入连接器，有3个接线端子，接线端子1连接限流电阻r5接入﹢5v，同时连接c6接本电路模拟地gnd。接线端子2作为电路信号的输入，接线端子3连接模拟地gnd。u1a为低噪声双运放芯片中的1个集成运放，用作数控增益i/v信号变换单元的i/v信号变换，以及范围为ga—gd增益放大。运放u1a的同相输入端通过电阻r6接地，u1a的反相输入端引脚2与15edgx的接线端子2直接耦合，作为信号的输入端。场效应管q1的引脚1和引脚4与r7并联，并联后的引脚4连接到运放u1a的引脚2，引脚1通过r12连接到运放u1a的引脚1，引脚3与引脚6相连接，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r24接地，同时通过二极管d1接入增益控制端ga。场效应管q2的引脚1通过并联的r8和r9与r12相连，接入运放u1a的引脚1。引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r25接地，同时通过二极管d2接入增益控制端gg，通过二极管d3接入增益控制端gd，通过二极管d4接入增益控制端ge。场效应管q3的引脚1通过并联的r10和r11与r12相连，接入运放u1a的引脚1。引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r26接地，同时通过二极管d5接入增益控制端gf，通过二极管d6接入增益控制端gh。
27.当运放采用﹢5v电源供电时，选取增益的步进值为6db时，r6的电阻值取1k5ω、r7的电阻值取1k5ω、r8的电阻值取1k5ω、r9的电阻值取1k5ω、r10的电阻值取500ω、r11的电阻值取500ω、r12的电阻值取1k5ω。选取增益的步进值为10db时，r6的电阻值取1k5ω、r7的电阻值取3k3ω、r8的电阻值取900ω、r9的电阻值取1kω、r10的电阻值取220ω、r11的电阻值取220ω、r12的电阻值取1k5ω。选取增益的步进值为12db时，r6的电阻值取1k5ω、r7的电阻值取4k5ω、r8的电阻值取750ω、r9的电阻值取750ω、r10的电阻值取320ω、r11的电阻值取320ω、r12的电阻值取1k5ω。
28.请参考图5，数控增益电压信号放大单元，电路由1个低噪声的运放芯片、3个场效应管、6个开关二极管、若干电阻和电容构成。本单元通过t型反馈电阻网络实现对电压信号的比例放大。
29.通过电阻r13将数控增益i/v信号变换单元u1a的输出引脚1，与数控增益电压信号放大单元u1b的反相端输入引脚6相连接。u1b的反相输入端引脚5通过电阻r14接gnd。场效应管q4的引脚1和引脚4与r15并联，并联后的引脚4连接到运放u1b的引脚6，引脚1通过r20连接到运放u1b的引脚7，引脚3与引脚6相连接，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r27接地，同时通过二极管d7接入增益控制端ga，通过二极管d8接入增益控制端gb。场效应管q5的引脚1通过并联的r16和r17与r20相连，接入运放u1b的引脚7，引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r28接地，同时通过二极管d9接入增益控制端ge，通过二极管d10接入增益控制端gf。场效应管q6的引脚1通过并联的r18和r19与r20相连，接入运放u1b的引脚1。引脚3与引脚6相连接，引脚4接gnd，引脚2与引脚5相连接后通过电阻r29接
地，同时通过二极管d11接入增益控制端gg，通过二极管d12接入增益控制端gh。
30.当运放采用﹢5v电源供电时，选取增益的步进值为6db时，r13的电阻值取1k5ω、r14的电阻值取1k5ω、r15的电阻值取1k5ω、r16的电阻值取1k5ω、r17的电阻值取1k5ω、r18的电阻值取200ω、r19的电阻值取200ω、r20的电阻值取1k5ω。选取增益的步进值为10db时，r13的电阻值取1k5ω、r14的电阻值取1k5ω、r15的电阻值取3k3ω、r16的电阻值取900ω、r17的电阻值取1kω、r18的电阻值取65ω、r19的电阻值取70ω、r20的电阻值取1k5ω。选取增益的步进值为12db时，r13的电阻值取1k5ω、r14的电阻值取1k5ω、r15的电阻值取4k5ω、r16的电阻值取750ω、r17的电阻值取750ω、r18的电阻值取20ω、r19的电阻值取20ω、r20的电阻值取1k5ω。
31.请参考图6，具有信号调零的功率放大单元，电路由1个低失真的电流反馈运算放大器、2个场效应管、1个接口、若干电阻构成。本单元对信号的失调电压和偏置电流进行调理，在单级放大0—30db时，通过t型电阻网络对失调电压进行调节，在单级放大40db以上时对偏置电流进行调理。
32.r21作为u2的输入电阻，一端连接u1b的输出引脚7，一端连接u2的反相输入端引脚6。r22作为u2的反馈电阻一端连接u2的引脚2，另一端连接u2的输出引脚6。r32一端连接﹢pw，另一端连接运放u2引脚2的同时，通过r22接入u2的输出引脚6。r33一端连接﹣pw，另一端连接运放u2的引脚2的同时，通过r22接入u2的输出引脚6。场效应管q7的引脚1通过r22接入u2的输出引脚6，引脚2接入增益控制端gg或者gh，引脚6通过r30接入﹣5v，通过r31接入﹢5v。r23用作输出阻抗匹配电阻，一端连接u2的输出引脚6，另一端连接sma接口作为电路的总输出。
33.按照以上实施例给出的技术参数，本实用新型高性能数控跨阻放大电路具有如下功能指标：实现i/v变换信号可选增益范围，步进值为6db时可选增益范围为0—42db；步进值为10db时可选增益范围为0—70db；步进值为12db时可选增益范围为0—84db。
34.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。